Realizzare la comunicazione Ultra-Massive MIMO (1024×1024) nella banda (0.06-10) Terahertz

La crescente domanda di maggiore larghezza di banda e maggiore velocità di comunicazione wireless motiva l’esplorazione di bande di frequenza più elevate. La banda Terahertz (THz) (0.06-10 THz) è immaginata come uno degli attori chiave per soddisfare la domanda di tale larghezza di banda e velocità di dati più elevate. Tuttavia, la larghezza di banda disponibile alle frequenze THz ha il costo di una perdita di propagazione molto più alta. A causa delle limitazioni di potenza dei ricetrasmettitori THz compatti a stato solido, questo si traduce in distanze di comunicazione molto brevi di circa un metro. In questo articolo, il concetto di comunicazione Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output (UM MIMO) è introdotto come un modo per aumentare la distanza di comunicazione e la capacità raggiungibile delle reti di comunicazione in banda THz. Le dimensioni molto piccole delle nano-antenne plasmoniche THz, che sfruttano le proprietà dei nanomateriali e dei metamateriali, consentono lo sviluppo di array plasmonici molto grandi in spazi molto ridotti. Per le frequenze nella gamma 0.06-1 THz, i metamateriali permettono la progettazione di array di antenne plasmoniche con centinaia di elementi in pochi centimetri quadrati (ad esempio, 144 elementi in 1 cm2 a 60 GHz). Nella banda 1-10 THz, gli array di nano-antenne plasmoniche a base di grafene con migliaia di elementi possono essere incorporati in pochi millimetri quadrati (ad esempio, 1024 elementi in 1 mm2 a 1 THz). Gli array risultanti possono essere utilizzati sia in trasmissione che in ricezione (ad esempio, 1024×1024 UM MIMO a 1 THz) per supportare diverse modalità, dal beamforming UM tagliente come un rasoio al multiplexing spaziale UM, così come schemi di comunicazione multi-banda. Dopo aver introdotto le principali proprietà degli array di nano-antenne plasmoniche, vengono presentate le modalità di lavoro di UM MIMO, e vengono forniti risultati preliminari per evidenziare il potenziale di questo paradigma. Infine, vengono descritte le sfide aperte e le potenziali soluzioni per abilitare la comunicazione UM MIMO.