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

Rosnące zapotrzebowanie na wyższą przepustowość i większą prędkość komunikacji bezprzewodowej motywuje do eksploracji wyższych pasm częstotliwości. Terahertz (THz) pasmo (0.06-10 THz) jest przewidywany jako jeden z kluczowych graczy, aby zaspokoić zapotrzebowanie na takie wyższej przepustowości i szybkości danych. Jednakże, dostępna szerokość pasma przy częstotliwościach THz wiąże się z kosztem znacznie większych strat propagacyjnych. Ze względu na ograniczenia mocy kompaktowych półprzewodnikowych transceiverów THz, skutkuje to bardzo krótkimi odległościami komunikacyjnymi rzędu jednego metra. W niniejszej pracy przedstawiono koncepcję komunikacji Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output (UM MIMO) jako sposób na zwiększenie odległości komunikacyjnej i możliwej do uzyskania pojemności sieci komunikacyjnych w paśmie THz. Bardzo mały rozmiar nanoanten plazmonicznych THz, które wykorzystują właściwości nanomateriałów i metamateriałów, umożliwia rozwój bardzo dużych matryc plazmonicznych w bardzo małych obudowach. Dla częstotliwości w zakresie 0,06-1 THz, metamateriały umożliwiają projektowanie plasmonicznych matryc antenowych z setkami elementów na kilku centymetrach kwadratowych (np. 144 elementy na 1 cm2 przy 60 GHz). W paśmie 1-10 THz, oparte na grafenie nanoanteny plasmoniczne o tysiącach elementów mogą być osadzone w kilku milimetrach kwadratowych (np. 1024 elementy na 1 mm2 przy 1 THz). Powstałe w ten sposób tablice mogą być wykorzystywane zarówno w transmisji, jak i w odbiorze (np. 1024×1024 UM MIMO przy 1 THz) do obsługi różnych trybów, od ostrego jak brzytwa kształtowania wiązki UM do multipleksacji przestrzennej UM, a także schematów komunikacji wielopasmowej. Po przedstawieniu głównych właściwości nanoanten plasmonowych, zaprezentowane są tryby pracy UM MIMO oraz wstępne wyniki podkreślające potencjał tego paradygmatu. Wreszcie, opisano otwarte wyzwania i potencjalne rozwiązania umożliwiające komunikację UM MIMO.