全息MIMO小尺度衰落的空域平稳模型

设想一个在紧凑空间中具有海量（可能是不可数无限）天线的阵列。我们将此类系统称为全息MIMO。鉴于大规模MIMO的优异特性，人们可能期望全息阵列实现极高的空间分辨率、惊人的能量效率和前所未有的频谱效率。然而目前，其根本极限尚未被确切确立。此类范式转换分析与理解的一大挑战在于，缺乏既数学上易处理又可数值复现、且保留一定物理真实性的信道模型。详尽的物理模型通常过于复杂而难以进行易处理的分析。本文旨在深入审视这一跨学科挑战。特别地，我们考虑远场中的小尺度衰落，并将其建模为零均值、空域平稳且相关的高斯标量随机场。通过要求该随机场与标量亥姆霍兹方程一致，获得了具有物理意义的相关性。该表述直接导出了三维小尺度衰落作为傅里叶平面波谱表示的相当简单且精确的描述。适当离散化后，得到该场作为傅里叶平面波级数展开的离散表示，并由此开发出一种在计算上高效的方法来生成空间受限紧凑区域上小尺度衰落的样本。文中深入讨论了其与线性系统理论和傅里叶变换常规工具之间的联系。