Traditional channel capacity based on the discrete spatial dimensions mismatches the continuous electromagnetic fields. For the wireless communication system in a limited region, the spatial discretization may results in information loss because the continuous field can not be perfectly recovered from the sampling points. Therefore, electromagnetic information theory based on spatially continuous electromagnetic fields becomes necessary to reveal the fundamental theoretical capacity bound of communication systems. In this paper, we first model the communication process between two continuous regions by random fields. Then, we analyze a special case with parallel linear finite-length source and destination to derive the mutual information and the capacity bound. Specifically, we use Mercer expansion to derive the mutual information between the source and the destination. We introduce Fredholm determinant to provide a closed-form solution of the mutual information and provide numerical calculation scheme under non-white noise model. Finally, we build an ideal model with infinite-length source and destination which shows a strong correpsondance with the model in classical information theory in the time domain. The mutual information and the capacity are derived through the spatial spectral density.


翻译:基于离散空间维度的传统频道能力使连续电磁场不匹配。对于有限区域的无线通信系统,空间离散可能导致信息损失,因为连续字段无法完全从取样点中恢复。因此,基于空间连续电磁场的电磁信息理论对于揭示通信系统的基本理论约束是有必要的。在本文中,我们首先通过随机字段来模拟两个连续区域的通信进程。然后,我们用平行线性长源和目的地来分析一个特殊案例,以得出相互的信息和能力约束。具体地说,我们利用Mercer扩展来获取源与目的地之间的相互信息。我们介绍Fredholm决定因素,以提供一个封闭式的互通信息解决方案,并在非白色噪音模型下提供数字计算方案。最后,我们用无限源和目的地构建一个理想模型,该模型在时间域内与古典信息理论的模型有着很强的共鸣。相互信息和能力是通过空间光密度衍生的。

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