Realizace komunikace Ultra-Massive MIMO (1024×1024) v (0,06-10) terahertzovém pásmu

Zvyšující se poptávka po větší šířce pásma a vyšší rychlosti bezdrátové komunikace motivuje ke zkoumání vyšších frekvenčních pásem. Terahertzové (THz) pásmo (0,06-10 THz) se předpokládá jako jeden z klíčových hráčů, kteří uspokojí poptávku po takové vyšší šířce pásma a rychlosti přenosu dat. Dostupná šířka pásma na frekvencích THz je však spojena s mnohem vyššími ztrátami při šíření. Vzhledem k výkonovým omezením kompaktních polovodičových THz vysílačů to vede k velmi krátkým komunikačním vzdálenostem přibližně jednoho metru. V tomto článku je představen koncept komunikace s ultramasivním vícenásobným vstupem a výstupem (UM MIMO) jako způsob, jak zvýšit komunikační vzdálenost a dosažitelnou kapacitu komunikačních sítí v THz pásmu. Velmi malé rozměry THz plazmonických nanoantén, které využívají vlastností nanomateriálů a metamateriálů, umožňují vývoj velmi velkých plazmonických polí ve velmi malých rozměrech. Pro frekvence v rozsahu 0,06-1 THz umožňují metamateriály navrhovat plazmonická anténní pole se stovkami prvků na několika čtverečních centimetrech (např. 144 prvků na 1 cm2 při frekvenci 60 GHz). V pásmu 1-10 THz lze do několika čtverečních milimetrů zabudovat plazmonická nanoanténová pole na bázi grafenu s tisíci prvky (např. 1024 prvků na 1 mm2 při 1 THz). Výsledná pole lze využít jak při vysílání, tak při příjmu (např. 1024 × 1024 UM MIMO při 1 THz) k podpoře různých režimů, od ostrého UM beamformingu po UM prostorový multiplexing, a také vícepásmových komunikačních schémat. Po představení hlavních vlastností plazmových nanoanténních polí jsou uvedeny pracovní režimy UM MIMO a předběžné výsledky, které zdůrazňují potenciál tohoto paradigmatu. Nakonec jsou popsány otevřené výzvy a potenciální řešení umožňující komunikaci UM MIMO.