« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

הבא Leap in Wireless Communications

הביקוש הבלתי פוסק לשיעורי נתונים גבוהים יותר, נטיות נמוכות יותר, וקישוריות בכל מקום היא לדחוף טכנולוגיות אלחוטיות מעבר לגבולות תדרי מיקרוגל ומילימטר הרץ-גל (G) כבר מופרסים, אבל היכולות שלהם בסופו של דבר ייפולוות קצר מהדרישות ליישומים כגון ולוגרפיטי תקשורת אלחוטיים (MO) באופן נרחב, tbit-per-II אחוריים, וחוקרים דיגיטליים בזמן אמתיים הם שהופכים לתצורה של מספר רב (מהירות) של רשתות אלקטרו- 10 אנטים לדרגה גבוהה).

בניגוד ללהקות משנה 6 GHz ו- מילימטר, ספקטרום THz מציע הזמנות של רוחב פס גדול יותר - באופן פוטנציאלי מאות ג'יגה'רץ. עם זאת, ניצול תדרים אלה דורש הפסדים גדולים יותר ומגבלות חומרה. טכניקות MIMO, אשר משתמשים אנאנטות מרובות כדי לשדר ולקבל זרמי נתונים עצמאיים הרץ, יכול לעזור לפצות על החסרונות האלה על ידי מתן מגוון מרחבי ורווחים מרובים של סינרגיה הם רק קיבולת ערוץ זה לא ניתן להפחית; לא זמין.

מידע על Terahertz MIMO

להקת טרהארצ'רץ Frequency Band

אזור terahertz שוכן בין המיקרוגל לבין ספקטרום אינפרא אדום, תופס תדרים כובש מ 0.1 THz עד 10 THz. הלהקה זו כבר נחקרה במשך זמן רב עבור ספקטרוסקופיה, הדמיה, וחישה, אבל רק לאחרונה זה נחשב ברצינות לתקשורת אלחוטית.המשיכה העיקרית היא שפע של ספקטרום לא בשימוש. בעוד 5G משתמשת להקות מילימטר עד 50GHz עם רוחב פסים גולמי של מאות מטרים, אפילו יותר של כדורי רוחב פסים יכול להשתמש ב הרץ השני של הרץ.

התפקיד של MIMO

טכנולוגיות MIMO כבר מהווה מרכיב עיקרי של סטנדרטים אלחוטיים מודרניים (4G, 5G, Wi-Fi 6/7) היא משתמשת באנטנות מרובות הן משדר ומקבל לשלוח זרמי נתונים שונים בו זמנית על אותו משאב תדירות, ובכך מגבירה את היעילות הקישוטית.ב- GHz 6 GHz MIMO, אנטנה הם שטח חצי הרץ בנפרד, אשר ב-2.4GHz הוא בערך 6.25 , בתדרים זעירים, בטווח הארוך ביותר, אפילו בטווח הארוך ביותר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בטווח הארוך ביותר של פחות מ- 1 מ- 1 מטווח קצר יותר, כולל של פחות מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 1 מ- 10.

תמונות של THz MIMO

ההתפשטות THz שונה במידה ניכרת בתדרים נמוכים יותר.הערוץ נשלט על ידי אובדן נתיב חמור (הרחב לכיכר התדר), ספיגת מולקולרית (במיוחד על ידי מים וחמצן), ודרקון חזק של הראייה (LOS) דרישה. Diffraction הוא חלש, והשתקפות הם לעתים קרובות ספקטרום. עבור סביבות פנימיות, הערוץ הופך להיות ספורד במרחב הזוויתי, עם כמה קווי רוחב פס רחב יכול להשיג גם את זה.

היתרונות של Terahertz MIMO

THz MIMO מציע מגוון של יתרונות שהופכים אותו למועמד אטרקטיבי עבור רשתות אלחוטיות עתידיות.הסעיפים הבאים מפורטים את היתרונות העיקריים.

שיעור נתונים גבוה

רוחב הפס העצום הזמין בלהקות THz הוא היתרון המשכנע ביותר.לדוגמה, מערכת עם 100 GHz של רוחב פס יכול להשיג באופן תיאורטי את שיעורי הנתונים מעל 100 Gbps לזרם עם מודולציה פשוטה.עם ריבוי מרחבי באמצעות מערך גדול MIMO, עלייה במספרים בטראביטים לשנייה הופכת להיות אפשרית.

יעילות ספציפית ו-ספאטי מרובותxing Gains

עם תדרי MIMO מסיביים בתדרים THz, מספר הזרמים מרחביים יכול לעלות באופן דרמטי.מחקרים תיאורטיים מראים כי בתנאים אידיאליים LOS, היכולת גדלה ליניארית עם מספר זוגות אנטנה, מוגבל רק על ידי המערך aperture. כי ⁇ THz יכול להיות קומפקטי מאוד (למשל, 10×10 מ"מ יכול לארח אלפי אלמנטים), מרווחים מרובים לאזורי שטח גדול יותר יכול להיות יותר מאשר עיגול אפשרי על פני עיגולים אחרים.

התקן Miniaturization

אורך הגל הקטן בתדרי THz מאפשר אנטנות להיות מוטבע על שבב באמצעות CMOS או תהליכים מתקדמים למחצה. שבב יחיד יכול לשלב מערך גדול עם רכיבי RF הקדמיים, צמצום הגודל הכולל ואת העלות של ציוד משתמש. זה miniaturization הוא אמצעי מפתח עבור מכשירים ניידים, חיישניים לבישים, ואינטרנט של דברים (IoT) לא דורש גבוה באמצעות מודולים אנטנה ללא נפח.

אבטחה מוגברת והסתברות נמוכה של Intercept

דבורים THz הן כיוון גבוה מאוד בשל האנטנה הקטנה beamwidth. a eavesdropper הממוקם מחוץ לאולם הראשי הצר היה חווה ירידה אות חמורה. בשילוב עם האופי לטווח קצר של קישורים THz (בדרך כלל עשרות עד כמה מאות מטרים), הסיכון של יירוט הוא נמוך יותר מאשר עבור מערכות omnidirectional או רחב-be.

להיות מנגן ו-Beamsteering Capabilities

המספר העצום של אלמנטים אנטנה ב- THz MIMO מערך מאפשר זיהוי ברזולוציה גבוהה.על ידי התאמת השלב של כל אלמנט, המערכת יכולה לנווט דבורים צרות מאוד עם דיוק יוצא דופן.יכולות אלה הן קריטיות למעקב אחר משתמשים ניידים ולשמור על קשר חזק בתרחישים שאינם קו-of-sightHz אם ישמש נתיב משתקף.

אתגרים ב-Tahertz MIMO Systems

למרות הבטחתו, THz MIMO ניצב בפני מכשולים עצומים שיש להתגבר עליהם לפני המסחר.

אובדן ואובדן

אובדן נתיב בתדרים THz הוא קיצוני.אובדן נתיב החלל החופשי (FSPL) עולה עם כיכר התדירות; ב 1 THz, FSPL הוא 60 dB גבוה יותר מאשר 1 GHz באותו מרחק.בנוסף, ספיגה אטמוספירית - בעיקר מגובה מים, חמצן ומולקולות אחרות - ects חמורים בפסגות אטמומנטציה, במיוחד בתדרים סביב 0.56 מטרים, אולי מעל 10 מטרים, 000 טווח איטי יותר של T.

מכשולים קשיחים ואתגרי המרק

תכנון טרנזירים שיכולים לפעול ביעילות בתדרים THz הוא אתגר הנדסי גדול. CMOS הטכנולוגיה התקדמה עד לנקודה שבה טרנזיסטורים יכולים לעבור במהירויות THz, אבל כוח הפלט נשאר נמוך (בדרך כלל sub-milliוואט) ודמויות רעש הם בעלי הפיכה גבוהה (חומרים סיליקון) חומרים מתקדמים (חומרים מתקדמים) כמו גם חומרים מתקדמים לטבוליים מתקדמים (חומרים מתקדמים) ומשתנים גבוהים מאוד, כמו חומרים מתקדמים של חומרים סיליקון) עם דיוקים מתקדמים (חומרים מתקדמים) ואפקטיביים מתקדמים (CatephiphiphiphiRM) ואפקטים מתקדמים) כגון חומרים מתקדמים (חומרים מתקדמים) הדורשים מתקדמים של חומרים מתקדמים במיוחד עבור חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים (חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים) ואפקטים מתקדמים של חומרים מתקדמים (גנטיים מתקדמים (חומרים מתקדמים) עם דיוקים מתקדמים (גנטימיים מתקדמים) עם דיוק גבוה מאוד) ואפקטים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים של חומרים סיליקון) כמו גם חומרים מתקדמים של חומרים מתקדמים (חומרים מתקדמים של חומרים סיליקון) כמו גם חומרים מתקדמים של חומר סיליקון) כמו גם חומרים מתקדמים

עיצוב אותות מורכב ועיצוב אלגוריתמי

רוחב הפס חסר תקדים וספירת אנטנה גדולה כופים דרישות חישוביות עצומות.התעד אלגוריתמים לעיבוד אותות ערוץ, precoding, גילוי, ו beamforming חייב להתמודד עם מאות או אלפי אנטנה תוך הפעלת מאות ג'יגה'רצ של רוחב פס. הערוץ משתנה במהירות עקב ניידות המשתמש וריאציות סביבתיות, הדורשות אלגוריתמים בתדר נמוך יותר, בנוסף, התדירות הנדרשת על פני רוחב פס רחבת ביצועים או ממושכים (או-מחדש) וטכניקות למידה מרובות (מחדש) הן ממושכות) הן ממושכות לתדירות גבוהה.

פשטות וסטנדרטים

ספקטרום THz עדיין לא מוקצה במלואו לתקשורת אלחוטית מסחרית.איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU) ו הרגולטורים הלאומיים מתחילים לפתוח להקות ספציפיות (למשל, 252-296 GHz ו-75-450 GHz זוהו עבור שירותי תקשורת ניידים וקבועים). עם זאת, פגיעה ברחבי העולם עדיין בשלבים המוקדמים שלה של עסקאות סטנדרטיות כמו IEEE 805.3D הוגדרו תקשורת עבור סטנדרטים ניידים ותקני תקשורת קבועים, אך עדיין תחת תקני תקשורת אלחוטיים.

יישום של Terahertz MIMO

בשילוב עם MIMO, תקשורת THz יכולה לאפשר מגוון רחב של יישומים מהפכניים.

6G ומעבר ל- Mobile Networks

6G צפוי לפעול על פני תת- 6 GHz, mmWave, ולהקות THz. THz MIMO ישמש כמגביר את היכולת האולטימטיבית עבור תאים קטנים, backhaul אלחוטית, וגישה אלחוטית קבועה.היכולת שלה לספק שיעורי נתונים רב-אט-per-שנית יהיה לתמוך וידאו הגנה גבוהה מאוד, הזרמת holographic תצוגות, ומחשוב לבן-עקב קריטי.

Wireless Data Centers ו- Server Rack Interconnects

במרכזי נתונים, קלינג הוא צוואר בקבוק עבור קנה מידה וניהול חום.THz MIMO קישורים יכולים להחליף כבלים מרובי עם קשרים אלחוטיים מהירים בין צריפים ובתוך צריפים, צמצום משקל, דרישות קירור ותחזוקה. הטווח הקצר בתוך מרכז נתונים (<10 מ') מקל על בעיות אובדן פרופיל אלחוטי, ואת היחסות הגבוהה מצמצם חברות כמו Facebook ו-Google חקר ו-GoogleWalink for this interalinks for this.

מציאות מורחבת (XR)

מציאות מדומה, מציאות מוגברת, מציאות מעורבת דורשת שקיפות נמוכה מאוד (<5 מ's) ורזולוציה גבוהה (8K או יותר בעין) חיבורים Wired מגבילים את התנועה, בעוד אפשרויות אלחוטיות קיימות (Wi-Fi, 5G) לא יכולות להבטיח את הצורך באמצעות לוח.T MIMO יכול לייעל וידאו לא מדוכא או מדחוס בקלות לתצוגות מואצות ראש, המאפשרות באמת חוויות immerive ללא כבלים.

High-Resolution Sensing and Imaging

גלי THz יכולים לחדור חומרים לא מוליכים רבים (לבוש, פלסטיק, קרטון) ולספק הדמיה ברזולוציה גבוהה בשל אורכי גל תת-מילימטר. MIMO יכול לסנתז מספר גדול של תספורות כגון חישה, המאפשרת בדיקת אבטחה, בקרת איכות תעשייתית, אבחון ביו-רפואי. מערכת THz MI יכול לבצע תקשורת בו-זמנית ורגישות (C), שנחשבת לתכונה מרכזית של 6G.

האינטרנט של הדברים והסביבה החכמה

בעוד מכשירים IoT בדרך כלל דורשים כוח נמוך ושיעורי נתונים נמוכים, כמה יישומים (למשל, חיישנים וידאו ברזולוציה גבוהה, רכב אוטונומי platooning) דורשים גבוה דרך לוח. THz MIMO יכול לשמש כגיבוי עבור אשכולות IoT צפופים, ואת גודל האנטנה זעיר מאפשר שילוב לתוך חיישנים, מזל"טים, ולבושות.

מחקר ופרק דרך

מחקר ב-THz MIMO הוא מאיץ, עם כמה הישגים בולטים בשנים האחרונות.

תגית: Breaking Demonstrations

בשנת 2020, חוקרים במכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה (IEEE) דיווחו על מערכת 300 GHz MIMO להשגת 100 Gbps מעל 20 מטרים (ראהFLT:0;0) Xplore: 100 Gbps TMOFLT:1 לאחרונה, צוות מאוניברסיטת הירושימה הראה שידור חד-מ"מ עם אנטנה משולבת המסוגלת של 10 Gbps TMOFLT2: LT ראייה מדעית זורמת בהדרגה (T)

המונחים: Phase Shifter innovation

אדריכלות ההיברידית היא נושא חם.חוקרים באוניברסיטת ברקלי הציגו מערך של 140 GHz MIMO שלבד באמצעות טכנולוגיית SiGe BCMOS מתקדמת עם 256 אלמנטים, המדגימה את ההסתה האלקטרונית של ±40° (ראה FLT:0IEEE JSSC: 140 GHz שלב ArrayFLT:1 בינתיים, חומרים חדשים כמו גרפן מציעים פוטנציאל עבור צריכת חשמל מהירה יותר ונמוך יותר.

צילום: Machine Learning

מודלים לתקשורים מתקדמים עבור THz MIMO הם חיוניים לתכנון המערכת.המכון האירופי לתקני התקשורת (ETSI)cioFLT:1 ואת FLT:2ITU-RIRLT 3: פועלים על מודלים סטנדרטיים של ערוץ עבור הלהקה THz. חוקרים משתמשים במכונה כדי להעריך ערוצי THz בזמן אמת, כפי שהופך את הצטברות לטבע העופות וריאציות מהירות יותר מאשר זוגות עצביים יכול להיות מנבאים פחות על פני שיטות מסורתיות.

תחזית ואינטגרציה עתידיים עם 6G

הדרך ל-THz MIMO המסחרית צפויה להתפתח בעשור הבא.

מפת דרכים וציר זמן

פריסות ראשוניות של THz יהיו כנראה קישורים קבועים לנקודות עבור backhaul וסיבים חלופיים, אולי מוקדם ככל 2025–2027. Mobile THz MIMO למכשירים צרכניים צפוי ב- 6G מסגרת זמן (2030 ואילך) מחקר Pre-6G מתמקד כעת בפיתוח טרנזבולים רחבים יעילים, עיבוד דיגיטלי בעוצמה נמוכה, ואנטנות חדשניות.

סינרגיה עם AI ו- Reconfigurable Intelligent Surfaces

בינה מלאכותית תמלא תפקיד קריטי בניהול המורכבות של מערכות THz MIMO - סימולציה דפוסי בטאאם, תוכניות קידוד, הקצאת משאבים. Reconfigurable פניות חכמות (RIS) יכול לפעול כמשקף פסיבי כדי להרחיב את הכיסוי סביב מכשולים, יצירת נתיבים שאינם קו-of-of-sight כי להכפיל את טווח הנת של קישורים THz.שלב RIS עם מסיבי MIMO בתחנת הבסיס מציעה פתרון מבטיח לפתרון כיסוי בעיות.

שיקולים סביבתיים ובריאות

קרינה THz אינה מייננת ויש לה אנרגיה פוטונית נמוכה יותר מאשר אור גלוי.עם זאת, חשיפה בעוצמה גבוהה עלולה לגרום לאפקטים תרמיים.מחקר למגבלות בטיחות הוא מתמשך, אבל רמות הכוח במערכות תקשורת הן הרבה מתחת לאלה שיגרמו נזק.טווח הקצר והפנימיות גבוהה גם להפחית את הסיכון לחשיפה סביבתית.

מסקנה: עידן חדש של קישוריות

התקשורת של Terahertz MIMO עומדת בצומת רוחב פס קיצוני ועיבוד אנטנה מתקדם.הטכנולוגיה מבטיחה שיעורי נתונים כימד סטנדרטים נוכחיים, המאפשר יישומים שהיו פעם חומר מדע בדיוני.עם זאת, הדרך לאימוץ רחב היא תלולה, עם אתגרים משמעותיים באובדן התפוצה, חומרה, אלגוריתמים, ותקנה.אך קצב המחקר מעודד; פריצות דרך במעגלי CM THz, היברידית להיות מכנה ותרגול מתמיד של אינטליגנציה דיגיטלית, כמו גם עם תכונות אבטחה, ותרגול של 7G ללא ספק, וגמישות, עם זאת, עם מהירות אבטחה אלחוטית, ופעולות.