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

A crescente demanda por maior largura de banda e comunicação sem fio de maior velocidade motiva a exploração de bandas de freqüência mais altas. A banda Terahertz (THz) (0.06-10 THz) é vista como um dos principais players para atender à demanda por essa maior largura de banda e taxas de dados. No entanto, a largura de banda disponível nas frequências THz vem com o custo de uma perda de propagação muito maior. Devido às limitações de potência dos transceptores de THz em estado sólido compactos, isto resulta em distâncias de comunicação muito curtas de aproximadamente um metro. Neste artigo, o conceito de comunicação Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output (UM MIMO) é introduzido como uma forma de aumentar a distância de comunicação e a capacidade alcançável das redes de comunicação em banda THz. O tamanho muito pequeno das nano-antenas plasmônicas de THz, que aproveitam as propriedades dos nanomateriais e metamateriais, permite o desenvolvimento de matrizes plasmônicas muito grandes em pegadas muito pequenas. Para frequências na faixa de 0,06-1 THz, os metamateriais permitem o desenho de matrizes de antenas plasmônicas com centenas de elementos em poucos centímetros quadrados (por exemplo, 144 elementos em 1 cm2 a 60 GHz). Na faixa de 1-10 THz, matrizes de nano-antenas plasmônicas à base de grafite com milhares de elementos podem ser embutidas em alguns milímetros quadrados (por exemplo, 1024 elementos em 1 mm2 a 1 THz). As matrizes resultantes podem ser utilizadas tanto na transmissão como na recepção (por exemplo, 1024 × 1024 UM MIMO a 1 THz) para suportar diferentes modos, desde a formação de feixes UM afiados até à multiplexação espacial UM, bem como esquemas de comunicação multi-banda. Após a introdução das principais propriedades das matrizes de nano-antenas plasmáticas, são apresentados os modos de trabalho do UM MIMO e são fornecidos resultados preliminares para destacar o potencial deste paradigma. Finalmente, são descritos desafios abertos e soluções potenciais para permitir a comunicação UM MIMO.