Réalisation d’une communication MIMO (1024×1024) ultra-massive dans la bande (0,06-10) Terahertz

La demande croissante pour une bande passante plus large et une communication sans fil plus rapide motive l’exploration de bandes de fréquences plus élevées. La bande Térahertz (THz) (0,06-10 THz) est envisagée comme l’un des acteurs clés pour répondre à la demande de cette bande passante et de ces débits de données plus élevés. Cependant, la largeur de bande disponible aux fréquences THz a pour prix une perte de propagation beaucoup plus élevée. En raison des limites de puissance des émetteurs-récepteurs THz compacts à semi-conducteurs, les distances de communication sont très courtes, de l’ordre d’un mètre. Dans cet article, le concept de communication MIMO (Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output) est présenté comme un moyen d’augmenter la distance de communication et la capacité réalisable des réseaux de communication en bande THz. La très petite taille des nano-antennes plasmoniques THz, qui exploitent les propriétés des nanomatériaux et des métamatériaux, permet de développer de très grands réseaux plasmoniques dans de très petites empreintes. Pour les fréquences comprises entre 0,06 et 1 THz, les métamatériaux permettent de concevoir des réseaux d’antennes plasmoniques comportant des centaines d’éléments dans quelques centimètres carrés (par exemple, 144 éléments dans 1 cm2 à 60 GHz). Dans la bande 1-10 THz, des réseaux de nano-antennes plasmoniques à base de graphène avec des milliers d’éléments peuvent être intégrés dans quelques millimètres carrés (par exemple, 1024 éléments dans 1 mm2 à 1 THz). Les réseaux qui en résultent peuvent être utilisés à la fois en émission et en réception (par exemple, 1024×1024 UM MIMO à 1 THz) pour prendre en charge différents modes, du beamforming UM très précis au multiplexage spatial UM, ainsi que des schémas de communication multi-bandes. Après avoir introduit les principales propriétés des réseaux de nano-antennes plasmoniques, les modes de fonctionnement de l’UM MIMO sont présentés, et des résultats préliminaires sont fournis pour souligner le potentiel de ce paradigme. Enfin, les défis ouverts et les solutions potentielles pour permettre la communication UM MIMO sont décrits.