Terahertz (THz) communications with a frequency band $0.1-10$ THz are envisioned as a promising solution to 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 for 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 review of 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 discuss the far-field and near-field assumptions in THz UM-MIMO. Moreover, an important beamforming strategy in THz band, i.e., beam training, is introduced wherein the beam training protocol and codebook design approaches are summarized. The intelligent-reflecting-surface (IRS)-assisted joint beamforming and multi-user beamforming in THz UM-MIMO systems are studied, respectively. The spatial-wideband effect and frequency-wideband effect in the THz beamforming are analyzed and the corresponding solutions are provided. 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) 以频率波段 0.1-10-10美元THz 的通信被认为是未来高速无线通信的一个很有希望的解决办法。 虽然有数十千兆赫可提供的带宽, 但THZ 信号仍遭受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。 为了弥补传播损失, 特大大大成模多投入-多输出(UMIMO) 可以用光成形技术生成高上方方向光束。 在本文中, 对THz UM-MIMO系统信号成型技术的审查是很有希望的。 我们首先展示THz UM-MIMO的系统模型模型, 并确定其频道参数和结构类型。 然后, 我们通过UM-MIMO 来说明成形的原理, 讨论THz UM-MIMO的远场和近地假设。 此外, 在THz 频段中, 重要的光成形战略, 即培训, 正在引入了直径系统 和直径MMMM 的系统 正在最终进行 的系统 。

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