Realisering af ultra-massiv MIMO-kommunikation (1024×1024) i (0,06-10) Terahertz-båndet

Den stigende efterspørgsel efter større båndbredde og højere hastighed i trådløs kommunikation motiverer udforskningen af højere frekvensbånd. Terahertz (THz)-båndet (0,06-10 THz) er tænkt som en af de vigtigste aktører til at imødekomme efterspørgslen efter en sådan højere båndbredde og datahastighed. Den tilgængelige båndbredde ved THz-frekvenser er imidlertid forbundet med prisen for et meget højere udbredelsestab. På grund af strømbegrænsningerne for kompakte THz-transceivere med faststofmodtagere resulterer dette i meget korte kommunikationsafstande på ca. en meter. I denne artikel introduceres konceptet UM MIMO-kommunikation (Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output) som en metode til at øge kommunikationsafstanden og den opnåelige kapacitet i THz-band-kommunikationsnetværk. Den meget lille størrelse af THz-plasmoniske nano-antenner, som udnytter egenskaberne ved nanomaterialer og metamaterialer, gør det muligt at udvikle meget store plasmoniske arrays på meget små arealer. For frekvenser i 0,06-1 THz-området gør metamaterialer det muligt at designe plasmoniske antennerækker med hundredvis af elementer på få kvadratcentimeter (f.eks. 144 elementer på 1 cm2 ved 60 GHz). I 1-10 THz-båndet kan grafenbaserede plasmoniske nano-antenner med tusindvis af elementer indlejres i nogle få kvadratmillimeter (f.eks. 1024 elementer i 1 mm2 ved 1 THz). De resulterende arrays kan anvendes både til transmission og modtagelse (f.eks. 1024×1024 UM MIMO ved 1 THz) til at understøtte forskellige tilstande, fra knivskarp UM-beamforming til rumlig UM-multiplexing, samt multibåndskommunikationsordninger. Efter at have introduceret de vigtigste egenskaber ved plasmoniske nano-antennefelter præsenteres arbejdsformerne for UM MIMO, og der gives foreløbige resultater for at fremhæve potentialet i dette paradigme. Endelig beskrives åbne udfordringer og potentielle løsninger for at muliggøre UM MIMO-kommunikation.