[논문 리뷰] Terahertz Communications (TeraCom): Challenges and Impact on 6G Wireless Systems

Chong Han, Yongzhi Wu외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 12.

Millimeter-Wave Propagation and Modeling참고 문헌 12인용 수 100

한 줄 요약

이 논문은 THz 대역의 이점과 도전과제를 검토하고, 디바이스 기술의 진행 상황을 조사하며, UM-MIMO, 빔포밍, MAC, 라우팅 및 THz 메시 네트워킹을 포함한 6G에 대한 THz 통신의 영향을 개요합니다.

ABSTRACT

Terahertz communications are envisioned as a key technology for 6G, which requires 100+ Gbps data rates, 1-millisecond latency, among other performance metrics. As a fundamental wireless infrastructure, the THz communication can boost abundant promising applications, including next-generation WLAN systems like Tera-WiFi, THz wireless backhaul, as well as other long-awaited novel communication paradigms. Serving as a basis of efficient wireless communication and networking design, this paper highlights the key THz channel features and recent advancements in device technologies. In light of these, impact and guidelines on 6G wireless communication and networking are elaborated. We believe the progress of THz technologies is helping finally close the so called THz Gap, and will realize THz communications as a pillar of 6G wireless systems.

연구 동기 및 목표

• THz 통신을 Tbps 규모의 데이터 속도와 초저 지연으로 6G의 핵심 촉진제로서 동기를 부여한다.
• THz 채널 특성과 이들이 6G 시스템 설계에 미치는 시사점을 요약한다.
• THz 트랜시버, 안테나 및 RIS의 진보를 조사하여 THz 격차를 해소한다.
• UM-MIMO, 변조, MAC, 라우팅 및 메시 네트워킹을 포함한 6G 네트워킹에 대한 가이드라인을 제시한다.

제안 방법

• THz 채널 특성을 마이크로웨어와 FSO와 비교하여 강점과 한계를 강조한다 (Table I).
• THz 트랜시버, 안테나 및 나노안테나의 하드웨어 성능 및 디바이스 기술을 검토한다 (Table II).
• 전파를 제어하고 LOS 문제를 극복하기 위한 수단으로 THz RIS를 논의한다.
• THz UM-MIMO, 변조/코딩, MAC 및 메시 네트워킹에 대한 크로스레이어 설계 고려사항을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 THz 채널의 기본 전파 특성은 무엇이며 이것이 6G 설계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 실용적인 THz 트랜시버와 안테나를 가능하게 하는 하드웨어 기술은 무엇이며, 그 거래 요소는 무엇인가?
• RQ3 UM-MIMO, 변조, MAC 및 라우팅을 THz 대역에 맞게 6G 요구사항을 충족하도록 어떻게 적응시킬 수 있는가?
• RQ4 RIS와 메시 네트워킹이 THz 커버리지와 신뢰성 확장에 어떤 역할을 할 수 있는가?

주요 결과

• THz는 넓은 대역폭과 잠재적인 Tbps 링크를 제공하지만 확산 및 대기 손실이 커 spectral windows와 거리 한계를 만들어낸다.
• 초거대 MIMO(최대 1024×1024)와 레이저처럼 예리한 빔 및 하이브리드 빔포밍 아키텍처는 희소한 THz 채널에서 공간 다중화를 가능하게 한다.
• THz 디바이스에는 전자/광학 트랜시버와 그래핀 기반 나노 안테나가 포함되며, 전송기 전력, 수신기 감도 및 데이터 속도 능력이 다양하다.
• RIS와 메타표면은 THz 전파를 적극적으로 조정하여 장애물을 극복하고 커버리지와 보안을 향상시킬 수 있다.
• THz 메시 네트워크는 MAC, PHY 및 라우팅 간의 크로스레이어 최적화가 필요하며, 주파수-거리 선택적 자원 할당으로 성능 이득이 시뮬레이션에서 나타난다.