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

Den ökande efterfrågan på högre bandbredd och högre hastighet för trådlös kommunikation motiverar utforskning av högre frekvensband. Terahertz (THz)-bandet (0,06-10 THz) är tänkt som en av de viktigaste aktörerna för att möta efterfrågan på sådan högre bandbredd och datahastigheter. Den tillgängliga bandbredden vid THz-frekvenser har dock ett pris i form av en mycket högre spridningsförlust. På grund av effektbegränsningarna för kompakta THz-sändmottagare i fast tillstånd resulterar detta i mycket korta kommunikationsavstånd på cirka en meter. I den här artikeln introduceras konceptet UM MIMO-kommunikation (Ultra-Massive Multiple Input Multiple Output) som ett sätt att öka kommunikationsavståndet och den kapacitet som kan uppnås i THz-bandkommunikationsnätverk. Den mycket lilla storleken på THz-plasmoniska nano-antenner, som utnyttjar egenskaperna hos nanomaterial och metamaterial, gör det möjligt att utveckla mycket stora plasmoniska matriser på mycket små ytor. För frekvenser i intervallet 0,06-1 THz gör metamaterialen det möjligt att utforma plasmoniska antennar med hundratals element på några kvadratcentimeter (t.ex. 144 element på 1 cm2 vid 60 GHz). I 1-10 THz-bandet kan grafenbaserade plasmoniska nano-antennmatriser med tusentals element bäddas in i några kvadratmillimeter (t.ex. 1024 element i 1 mm2 vid 1 THz). De resulterande matriserna kan användas både vid sändning och mottagning (t.ex. 1024×1024 UM MIMO vid 1 THz) för att stödja olika lägen, från knivskarp UM-beamforming till spatial UM-multiplexering, liksom flerbandskommunikationssystem. Efter att ha presenterat de viktigaste egenskaperna hos plasmoniska nano-antennmatriser presenteras arbetslägena för UM MIMO, och preliminära resultat tillhandahålls för att belysa potentialen hos detta paradigm. Slutligen beskrivs öppna utmaningar och potentiella lösningar för att möjliggöra UM MIMO-kommunikation.