这篇文档属于类型b，是一篇关于近场通信（Near-Field Communications, NFC）的综述性学术论文，旨在为下一代多址接入（Next-Generation Multiple Access, NGMA）提供理论基础和技术指导。以下是该论文的详细报告：

作者与发表信息

本文由Chongjun Ouyang（IEEE会员）、Zhaolin Wang（IEEE研究生会员）、Yan Chen（IEEE会员）、Xidong Mu（IEEE会员）和Peiying Zhu（IEEE Fellow）共同撰写。其中，Chongjun Ouyang来自都柏林大学学院（University College Dublin）和伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London），Zhaolin Wang来自伦敦玛丽女王大学，Yan Chen和Peiying Zhu来自华为技术加拿大公司（Huawei Technologies Canada Co., Ltd.），Xidong Mu来自贝尔法斯特女王大学（Queen’s University Belfast）。该论文于2024年8月20日发表在《IEEE Proceedings》期刊上，DOI为10.1109/JPROC.2024.3436513。

论文主题与背景

本文的主题是近场通信（NFC），特别聚焦于多用户通信和多址接入（Multiple Access, MA）的应用。随着多天线技术向极大孔径阵列（Extremely Large Aperture Arrays, ELAAs）和极高频段（Extremely High Frequencies, EHFs）的发展，近场通信因其球面波传播特性而成为下一代多址接入技术的关键。近场通信通过引入额外的距离维度，显著提升了系统吞吐量，并为多用户通信提供了新的可能性。

本文的主要目标是提供近场通信的入门教程，重点探讨其在多用户通信和多址接入中的应用。论文从三个方面展开：1）近场信道模型的回顾及其在不同近场条件下的简化；2）基于这些模型，分析近场多址接入（NFC-MA）的信息理论容量极限，包括下行链路和上行链路场景的和速率容量及容量区域的推导；3）详细研究近场多用户波束成形设计，提出在空间域和波数域（角域）中低复杂度且有效的NFC-MA设计方法。

主要观点与论据

1. 近场信道模型的回顾

本文首先回顾了常用的近场信道模型，包括视距（Line-of-Sight, LOS）和多径传播环境下的模型。近场传播与远场传播的主要区别在于，远场通常用平面波近似，而近场则需要用球面波精确建模。论文详细介绍了球面波信道模型，并讨论了其在不同条件下的简化方法。例如，当用户位于均匀功率距离之外时，信道功率差异可以忽略；当用户位于菲涅尔距离之外时，信道相位可以使用菲涅尔近似进行简化。

支持这一观点的证据包括：论文通过数学推导和仿真验证了这些简化的有效性，并指出在近场区域的大部分区域，这些简化是有效的。此外，论文还提出了一种基于傅里叶平面波传播的新方法，该方法在波数域或角域中提供了低维稀疏表示。

2. 近场多址接入的信息理论容量极限

本文深入探讨了近场多用户通信的信息理论容量极限，特别关注了信道容量区域和和速率容量的推导。论文通过分析多址信道（Multiple Access Channel, MAC）和广播信道（Broadcast Channel, BC）的容量极限，展示了近场通信在干扰管理方面的优越性。

支持这一观点的证据包括：论文推导了MAC和BC的和速率容量，并通过数值和理论分析证明了近场通信在抑制用户间干扰（Inter-User Interference, IUI）方面的鲁棒性和灵活性。结果表明，近场通信在MAC和BC场景下都能接近容量上限。

3. 近场多用户波束成形设计

本文详细介绍了近场多用户波束成形设计，提出了在空间域和波数域中的低复杂度设计方法。论文引入了近场范围分多址（Range-Division Multiple Access, RDMA）和波数分多址（Wavenumber-Division Multiple Access, WDMA）的概念，并提出了有效的算法来管理高维近场信道的计算复杂度。

支持这一观点的证据包括：论文通过理论和数值分析证实了这些设计方法能够显著提高系统频谱效率，并展示了利用波数信息可以有效降低计算复杂度和增强波束成形设计的鲁棒性。

论文的意义与价值

本文为近场通信在多用户通信和多址接入中的应用提供了全面的理论基础和技术指导。通过对近场信道模型、信息理论容量极限和波束成形设计的深入探讨，本文不仅填补了现有研究的空白，还为下一代多址接入技术的发展提供了新的思路。本文的研究成果对于未来无线通信系统的设计和优化具有重要的科学价值和应用价值。

论文的亮点

1. 新颖的信道模型：本文提出了一种基于傅里叶平面波传播的新方法，为近场信道建模提供了低维稀疏表示。
2. 信息理论容量极限的推导：本文首次系统地分析了近场多址接入的和速率容量及容量区域，展示了近场通信在干扰管理方面的优越性。
3. 低复杂度波束成形设计：本文提出的RDMA和WDMA设计方法在保证系统性能的同时，显著降低了计算复杂度，为实际应用提供了可行性。

其他有价值的内容

本文还对比了近场通信与远场通信的性能，通过数值仿真验证了近场通信在多用户场景下的优越性。此外，论文还探讨了近场通信在集成感知与通信（Integrated Sensing and Communications, ISAC）中的应用，为未来的研究方向提供了新的视角。