Terahertz (THz) communications with a frequency band 0.1-10 THz are envisioned as a promising solution to the future high-speed wireless communication. Although with tens of gigahertz available bandwidth, THz signals suffer from severe free-spreading loss and molecular-absorption loss, which limit the wireless transmission distance. To compensate the propagation loss, the ultra-massive multiple-input-multiple-output (UM-MIMO) can be applied to generate a high-gain directional beam by beamforming technologies. In this paper, a tutorial on the beamforming technologies for THz UM-MIMO systems is provided. Specifically, we first present the system model of THz UM-MIMO and identify its channel parameters and architecture types. Then, we illustrate the basic principles of beamforming via UM-MIMO and introduce the schemes of beam training and beamspace MIMO for THz communications. Moreover, the spatial-wideband effect and frequency-wideband effect in the THz beamforming are discussed. The joint beamforming technologies in the intelligent-reflecting-surface (IRS)-assisted THz UM-MIMO systems are introduced. Further, we present the corresponding fabrication techniques and illuminate the emerging applications benefiting from THz beamforming. Open challenges and future research directions on THz UM-MIMO systems are finally highlighted.


翻译:Terahertz (THZ) 频率波段 0.1-10 THz 的通信被认为是未来高速无线通信的一个大有希望的解决办法。虽然有数十千兆赫可提供的带宽,但THZ 信号遭受了严重的自由扩散损失和分子吸附损失,这限制了无线传输的距离。为了补偿传播损失,可采用超大成模多投-多输出(UMIMO)计划,通过波形成形技术生成高相向波束。本文提供了THZ UM-MIMO系统成形技术的辅导。具体地说,我们首先介绍了THHz UM-MIMO的系统模型,并确定了其频道参数和结构类型。然后,我们展示了通过UM-MIMO成像成型成形的基本原则,并引入了用于THz通信的波段培训和波段MIMIMO计划。此外,TH-M-MIMO系统中的空间宽波段效应和频宽波效应得到了突出的强调。我们首先介绍了THUM-MIMIMIMO 和正版图应用中的联合成型系统。 和正版化技术正在对正版进行。

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