近日，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）副教授Said Mikki团队在物理信息理论（Electromagnetic Information Theory, EIT）与随机场计算方向取得重要研究进展，相关成果以两篇连续论文形式分别发表于国际期刊Entropy和IEEE Transactions on Antennas and Propagation。其中，论文A Random Field Theory of Electromagnetic Information的唯一作者为Said Mikki，论文A Random Field-Theoretic Framework for Electromagnetic Information Computation的第一作者为浙江大学2024级电子科学与技术博士研究生徐露萌，通讯作者为Said Mikki。

随着6G技术的快速演进，超大规模MIMO、全息MIMO、连续MIMO 及近场通信等新一代关键技术不断涌现。传统通信理论中基于点到点信道假设与理想化天线阵列的经典建模范式，已难以全面表征复杂无线系统中真实的电磁传播与多体交互过程。在此背景下，如何从麦克斯韦电磁理论本源出发，构建融合物理建模、概率论、随机场理论与信息论的统一分析框架，已成为支撑下一代通信系统精准建模、性能分析与全局优化的核心基础科学问题。

Said Mikki的研究完成了从基础理论创新到工程化数值实现的闭环研究体系构建。A Random Field Theory of Electromagnetic Information从根本上回应了"为何需要电磁信息随机场理论"这一核心问题，首次建立了融合物理建模、概率论与信息论的统一数学框架；A Random Field-Theoretic Framework for Electromagnetic Information Computation则完成了从理论到实践的关键跨越，提出了可落地的通用数值计算方法，并以6G核心技术之一的连续MIMO系统为典型场景完成了系统性验证。这系列研究成果根植于ZJUI副教授Said Mikki在应用物理基础研究领域的长期理论积淀，其核心学术思想最早可追溯至他2016年出版的专著New Foundations for Applied Electromagnetics。

A Random Field Theory of Electromagnetic Information

Journal: Entropy

本研究构建了电磁信息随机场理论（Electromagnetic Random Field Theory, EM-RFT），为复杂无线通信系统中的信息传输提供统一的数学描述框架。不同于传统通信理论中简化的信道模型，EM-RFT从麦克斯韦方程出发，将发射端、传播介质、散射体和接收端视为统一的随机电磁系统，系统阐述了辐射场、感应电流、散射环境和多体互耦对信息产生、传播与接收过程的影响。

▲电磁信息传输系统的随机场理论框架

EM-RFT融合概率论、随机场理论、格林函数方法、微分几何和经典电磁理论，以格林函数描述系统输入—输出关系，将复杂天线结构、散射体分布和传播环境统一表示为符合物理规律的系统响应函数，并引入协方差、伪协方差和相关传播子等概念，描述随机场统计结构在电磁系统中的传播与演化。与此同时，EM-RFT还利用Karhunen–Loève正交展开，将随机场分解为空间模式与随机变量的组合，为数值仿真、系统建模和互信息分析提供数学基础。

总体而言，EM-RFT不仅为揭示电磁场承载、传输与转换信息的内在物理机制提供了全新的理论范式，更为未来6G通信、近场全息通信、超大规模MIMO及复杂散射环境下的无线系统性能分析与优化设计奠定了坚实的理论基础。

Entropy是MDPI旗下的国际开放获取期刊，关注信息论、统计物理、复杂系统、随机过程和跨学科科学中的熵等相关理论问题。该期刊为电磁信息理论、随机场理论和物理信息建模等交叉研究提供了重要发表平台。

A Random Field-Theoretic Framework for Electromagnetic Information Computation

Journal: IEEE Transactions on Antennas and Propagation

本研究在前述理论的基础上，进一步提出并验证面向信息计算的全波随机场格林函数框架。该框架以精确刻画格林函数为核心，引入天线电流格林函数（ACGF）和自由空间格林函数（FSGF），统一描述入射场、发射端感应电流、空间辐射场和接收端感应电流之间的完整信号流动过程，从而将通信系统中的发射、辐射与接收纳入统一计算体系。

▲通用通信系统的三个基本工作模式

此外，基于EM-RFT理论，研究团队结合Karhunen–Loève正交展开方法，选取连续MIMO系统作为验证场景，实现了严格满足麦克斯韦方程约束的高精度随机电磁仿真。与传统仅聚焦自由空间传播过程的模型不同，该框架同时精准刻画天线电流响应与传播介质的电磁响应，能够完整复现信号从激发、辐射、传播到接收的全链路物理过程。

▲随机计算框架的数值验证结果图

在实验中，研究团队发现即便输入随机场服从理想高斯分布，系统输出的感应电流与辐射场仍会呈现明显的非高斯、非正规复随机特性。这一现象表明了传统高斯信道假设难以精准刻画复杂无线系统的实际特征。针对这一问题，本文提出了可以直接利用系统固有电磁随机波动计算互信息的方法，无需依赖加性噪声假设，为 6G、连续 MIMO 等下一代无线系统的信道建模、性能分析与优化设计提供了新的计算范式。

IEEE Transactions on Antennas and Propagation 是IEEE天线与传播学会旗下的国际权威期刊，长期发表天线理论、无线传播、电磁散射、计算电磁学和相关通信电磁问题领域的高水平研究成果。该期刊在天线与传播、电磁工程和无线通信基础理论研究中具有重要影响力。