Realizing Ultra-Massive MIMO (1024×1024) communication in the (0.06-10) Terahertz band

La creciente demanda de un mayor ancho de banda y una mayor velocidad de comunicación inalámbrica motiva la exploración de bandas de frecuencia más altas. La banda de terahercios (THz) (0,06-10 THz) se vislumbra como una de las claves para satisfacer la demanda de ese mayor ancho de banda y velocidad de datos. Sin embargo, el ancho de banda disponible en las frecuencias de THz tiene el coste de una pérdida de propagación mucho mayor. Debido a las limitaciones de potencia de los transceptores compactos de estado sólido de THz, esto se traduce en distancias de comunicación muy cortas, de aproximadamente un metro. En este artículo, se introduce el concepto de comunicación ultramasiva de entrada y salida múltiple (UM MIMO) como forma de aumentar la distancia de comunicación y la capacidad alcanzable de las redes de comunicación en banda THz. El tamaño muy reducido de las nanoantenas plasmónicas de THz, que aprovechan las propiedades de los nanomateriales y los metamateriales, permite desarrollar matrices plasmónicas muy grandes en espacios muy reducidos. Para las frecuencias en el rango de 0,06-1 THz, los metamateriales permiten diseñar conjuntos de antenas plasmónicas con cientos de elementos en unos pocos centímetros cuadrados (por ejemplo, 144 elementos en 1 cm2 a 60 GHz). En la banda de 1 a 10 THz, se pueden incorporar matrices de nanoantenas plasmónicas basadas en grafeno con miles de elementos en unos pocos milímetros cuadrados (por ejemplo, 1024 elementos en 1 mm2 a 1 THz). Las matrices resultantes pueden utilizarse tanto en transmisión como en recepción (por ejemplo, 1024×1024 UM MIMO a 1 THz) para admitir diferentes modos, desde la formación de haces UM de gran nitidez hasta la multiplexación espacial UM, así como esquemas de comunicación multibanda. Tras presentar las principales propiedades de los conjuntos de nanoantenas plasmónicas, se exponen los modos de trabajo de UM MIMO y se ofrecen resultados preliminares para destacar el potencial de este paradigma. Por último, se describen los retos pendientes y las posibles soluciones para hacer posible la comunicación UM MIMO.