باند تراهرتز: مرز متعاقب در ارتباطات بی سیم

باند تراهرتز: مرز متعاقب در ارتباطات بی سیم –  ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

باند تراهرتز:

مرز متعاقب در ارتباطات بی سیم

ارتباطات فیزیکی

لابراتوار شبکه بندی بی سیم پهن باند (BWN)، کالج مهندسی برق و کامپیوتر، انستیتو فناوری جرجیا، آتلانتا، ایالات متحده

دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بوفالو، دانشگاه ایالتی نیویورک، بوفالو، ایالات متحده آمریکا

الزویر

2014

چکیده

این مقاله نسبت به ارائه نوعی نگرش عمیق راجع به ارتباطات باند تراهرتز (10-1/0 THz) اقدام می نماید، که به عنوان یک فناوری کلیدی جهت ارضای تقاضای فزاینده ارتباطات بی سیم پرسرعت به شمار می آید. ارتباطات باند THz سبب تعدیل ویژگی هایی نظیر کمیابی طیف و محدودیت های ظرفیت سیستم های بی سیم کنونی می شود و سیستم های کاربردی جدیدی را برای حوزه های شبکه بندی کلاسیک و همچنین الگوهای ارتباطاتی نانومقیاسی نوین ارائه می نماید. در این مقاله، طراحی ابزار و چالش های توسعه برای باند THz در ابتدا مورد بررسی قرار می گیرد. متعاقبا، محدودیت ها و راه حل های محتمل برای معماری های فرستنده و گیرنده پرسرعت مورد بررسی قرار گرفته و چالش های توسعه آنتن های فوق / ابر پهن باند جدید و آرایه های بسیار بزرگ مرتبط نیز مورد کنکاش قرار خواهد گرفت. به هنگام توسعه نهایی چنین ابزاره هایی، لازم است تا قابلیت برقراری ارتباطات با استفاده از باند تراهرتز (THz) حصل آید. در این زمینه چالش های ارتباطاتی بسیار زیاد و نوینی نظیر مدلسازی انتشار، آنالیز ظرفیت، طرح های مدولاسیون / تلفیق، و دیگر راه حل های فیزیکی و لایه لینک در باند THz وجود دارند که می توان آنها را به عنوان یک مرز جدید در تحقیقات مربوط به ارتباطات مورد نظر قرار داد. این چالش ها به طور عمیق در مقاله جاری مورد بررسی قرار گرفته و ویژگی های تحقیقاتی انجام شده موجود و آنچه که می بایست در آینده انجام شود ارائه خواهد شد.

کلمات کلیدی: باند تراهرتز، ارتباطات فوق / ابر پهن باند، لینک های ترابیت در ثانیه (Tbps)، گرافن

1- مقدمه

در خلال چندین سال گذشته، ترافیک داده های بی سیم به شدت افزایش یافته است و دلیل چنین افزایشی را می توان تغییرات اعمالی توسط جامعه امروزی، همراه با داده های به اشتراک گذاشته شده و مصرف فزاینده اطلاعات دانست. این چالش با یک تقاضای روبرشد برای حصول ارتباطات بی سیم پرسرعت، در هر کجا و در هر زمان، همراه می باشد. علی الخصوص، سرعت داده های بی سیم در هر هیجده ماه، در مقایسه با سه دهه قبل، دو برابر گردیده و به سرعت به ظرفیت سیستم های ارتباطات دارای سیم نزدیک می شود [1]. در پی این رویه، لینک های بدون سیم ترابیت در ثانیه (Tbps) به نظر در خلال پنج الی ده سال آینده به عنوان یک واقعیت ارائه خواهند شد. راه حل های سطح فیزیکی پیشرفته و مهمتر از آن، باندهای طیفی جدید، جهت پشتیبانی از این سرعت بسیار بالای اطلاعاتی مورد نیاز خواهند بود.

در این مضمون، ارتباطات باند تراهرتز [2 ـ 8] به عنوان یک فناوری بی سیم کلیدی نوظهور بشمار آمده و قابلیت مرتفع نمودن و ارضای تقاضاهای بیشمار، از طریق دسترسی بیشتر به طیف های مرتبط و حل محدودیت های ظرفیت سیستم های بی سیم جاری، و فراهم آوردن مجموعه ای از کاربردهای جدید در رشته های گوناگون، را خواهد داشت (بخش 2). باند THz به عنوان یک باند طیفی به شمار می آید که حوزه آن فرکانس های بین 1/0 THz و 10 THz می باشد. در عین آنکه نواحی دارای فرکانس زیر و روی این باند (میکروویوها و سیستم های مادون قرمز یا ریز قرمز دور، به ترتیب) به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته اند، چنین موردی همچنان به عنوان یکی از باندهای فرکانسی بشمار می آید که کمترین میزان بررسی در زمینه ارتباطات را بخود اختصاص داده است.

چندین دلیل در ارتباط با کاربرد باند THzبرای شبکه های ارتباطاتی ابر پهن باند وجود دارد:

• فناوریهای بی سیم زیر 1/0 THz قابلیت پشتیبانی از لینک های Tbps را ندارند. از طرف دیگر، مدولاسیون های پیشرفته دیجیتال نظیر همتافتگری تقسیم فرکانس متعامد (OFDM)، و طرح های ارتباطاتی پیچیده، نظیر سیستم های بسیار بزرگ بصورت چند ورودی و چند خروجی (MIMO) می باشند، که جهت حصول یک طیف بسیار بالای کارآمد در فرکانس های زیر 5 GHz بکار گرفته می شوند. با این وجود، کمیابی پهنای باند در دسترس سبب محدود شدن نرخ قابل حصول داده ها می گردد. به طور مثال، در شبکه های تکاملی پیشرفته بلند مدت (LTE-A)، نرخ پیک داده ها در مرتبه 1 Gbps به هنگامی محتمل خواهد بود که از یک طرح MIMO چهار به چهار با استفاده از یک پهنای باند انباشته 100 مگاهرتز استفاده شود [9]. این نرخ های داده از سه مرتبه بزرگی زیر 1 Tbps هدفمند برخوردار می باشند. از طرف دیگر، سیستم های ارتباطاتی موج میلی متری (mm-Wave))، نظیر سیستم های 60 گیگاهرتز، قابلیت پشتیبانی از نرخ های داده ای در مرتبه 10 Gbps در محدوده یک متر را خواهند داشت [10]. در حالی که چنین موردی را می توان قطعاً به عنوان مسیری مدنظر قرار داد که می بایست دنبال شود، این نرخ اطلاعاتی هنوز دو مرتبه بزرگی زیر میزان نیاز مورد انتظار است. مسیر ارتقای نرخ داده ها شامل توسعه معماری های گیرنده فرستنده پیچیده تری با قابلیت پیاده سازی راه حل های لایه فیزیکی دارای کارایی بسیار بالاتر طیفی می باشد. با این وجود، پهنای باند مورد مصرف محدود به کمتر از 7 گیگاهرتز می باشد، که به طور مؤثر سبب تحمیل نمودن یک کران بالایی بر روی نرخ های داده می شود. 

• فناوری های بی سیم متراکم فراتر از 10 هرتز قابلیت پشتیبانی از لینک های Tbps را ندارند. علیرغم پهنای باند بسیار بزرگ در دسترس در سیستم های ارتباطاتی نوری دارای فضای آزاد (FSO)، که در فرکانس های مادون قرمز  (IR) و  فراتر از آن کار می کنند، چندین مسئله وجود دارد که سبب محدود شدن قابلیت کاربرد این طرح ها برای ارتباطات بی سیم شخصی می شود. بودجه پایین توان ارسال به واسطه محدودیت های ایمنی، تأثیر ویژگی های مختلف اتمسفر یا آب و هوایی بر روی انتشار سیگنال (همانند مه گرفتگی، باران، گرد و غبار یا آلودگی)، اتلاف های پژواک یا انکسار بالای انتشار و تأثیر عدم یکنواختی بین فرستنده و گیرنده سبب محدود شدن نرخ داده های قابل حصول و محدوده ارسال سیستم های ارتباطاتی FSO می گردد [2]. به طور مثال، یک سیستم ارتباطات FSO IR قابلیت پشتیبانی از لینک های بی سیم گیگابیت در ثانیه، در مورد انتشار در خط دید (LOS)، را داشته و در این راستا برای شبکه های محلی بی سیم (WLANs) در مرجع [11] پیشنهاد شده است. با این وجود، تنها نرخ های بسیار پایین تر اطلاعاتی در ارتباط با ارتباطات غیرخط سیر (NLOS) پشتیبانی می شود، همانند موارد تحلیلی نشان داده شده در مرجع [12]. به طور مشابه، در مرجع [13]، یک سیستم ارتباطاتی FSO داخلی قابلیت پشتیبانی از یک لینک 1 گیگابیت در ثانیه در فرکانس های نور مرئی را خواهد داشت. از طریق پیگیری مجموعه ای از رویکردهای  مختلف، یک سیستم FSO دوردست قابلیت پشتیبانی از لینک 28/1 Tbps را خواهد داشت، همانگونه که در مرجع [14] نشان داده شده است. تجهیزات ارتباطاتی فیبر نوری متعارف جهت ایجاد و تشخیص سیگنال های نوری دارای ظرفیت بالا بکار گرفته شده اند، که متعاقباً از آنها در سری های سیستم های پیشرفته نوری استفاده گردیده است. این سیستم برابر با 12 cm × 12 cm × 20 cm و وزن آن نیز تقریباً 1 کیلوگرم می باشد و شامل بلوک های تولید / تشخیص و ماژوله سازی / غیرماژوله سازی نمی باشد. کلیه این قیدها سبب محدود شدن امکان پذیری کاربرد این رویکرد بزرگ مقیاس نوری برای ارتباطات شخصی و بی سیم موبایل شده است.

در مقابل، باند THz ارائه دهنده پهنای باند بزرگتری می باشد که از محدوده ای از ده ها گیگاهرتز تا چندین تراهرتز را شامل می شود که منوط به فاصله ارسال می باشد. پهنای باند در دسترس بیشتر از یک مرتبه بزرگی فراتر از سیستم های نوین موج ـ میلیمتری هستند، در حالی که فرکانس عملیات حداقل به میزان یک مرتبه بزرگی زیر سیستم FSO می باشد. به علاوه، فناوری مورد نیاز جهت برقراری ارتباطات باند THz به آسانی و به سرعت در حال پیشرفت بوده و ایجاد معماری های گیرنده و فرستنده جدید و ساخت آنتن های نوین با استفاده از مواد جدید با ویژگی های بی نظیر در نهایت سبب فایق آمدن بر یکی از چالش های اصلی شده است، یعنی آنچه تحت عنوان فاصله / شکاف THz خوانده می شود (بخش 3).

با این وجود، همچنان شاهد چالش های متعدد تحقیقاتی با توجه به ابزاره ها و سیستم های ارتباطاتی می باشیم که خود نیازمند راه حل های نوآورانه و حتی بازنگری مفاهیم کاملاً جاافتاده در ارتباطات بی سیم می باشند. یکی از چالش های اصلی به وسیله اتلاف مسیر بسیار بالا در فرکانس های باند THz تحمیل می گردد، که سبب محدودیت اصلی در زمینه فاصله ارتباطاتی شده است. چالش های دیگری نیز در محدوده ای از پیاده سازی گیرنده و فرستنده های باند THz دارای توان بالای فشرده، ایجاد و توسعه آنتن های فوق پهن باند یا ابر باند کارآمد در فرکانس باند THz، و ویژگی های اتلاف مسیر انتخابی ـ فرکانس کانال باند THz، الی توسعه مدولاسیون های نوین، طرح های ارسال و پروتکل های ارتباطاتی مد نظر می باشند، آن هم به گونه ای که قابلیت دربرگیری الگوهای خاص حاصل شود. بسیاری از این چالش ها برای سیستم های ارتباطات موج میلیمتری شایع بوده و در نتیجه راه حل های ارائه شده در این مقاله را نیز می توان برای این گونه سیستم ها نیز بکار گرفت.

علاوه بر این چالش ها، باند THz هنوز کاملاً تنظیم و تعدیل نگردیده است. بنابراین، هم اکنون برای جامعه ارتباطات راه دور وقت مناسبی جهت تعریف تعاملی ویژگی های مرتبط و هموار نمودن راه برای آینده این الگوی ارتباطاتی نوین به وجود آمده است. در این زمینه، شبکه های شخصی بی سیم IEEE 802.15 (WPAN) هم اکنون تحت مطالعه قرار گرفته اند و این بررسی با توجه به قابلیت های 100 گیگابیت در ثانیه بی سیم (SG100G) می باشد [15]، موردی که قبلاً تحت عنوان گروه تراهرتز IEEE 802.15 (IGThz) شناخته می شد هم اکنون به طور کامل موقعیت خود را مشخص ساخته است. هدف نهایی SC100G ایجاد نوعی استاندارد اولیه برای ارتباطات باند SC100G می باشد تا قابلیت پشتیبانی از چند ـ Gbps و لینک های Tbps به وجود آید.

در این مقاله، ما نگرش های نوین در ارتباط با شبکه های ارتباطاتی باند THz را مورد بازنگری قرار داده و نوعی بررسی عمیق را در ارتباط با این الگوی شبکه بندی نوین چه از نقطه نظر ویژگی های ابزارها و چه از نقطه نظر ویژگی های تئوریکی اطلاعاتی مد نظر قرار می دهیم. در بخش 2، کاربردهای بالقوه زیاد ارتباطات ابر پهن باند در باند  THzرا بررسی می کنیم. در بخش 3، ما چالش های فناوریهای مربوط به ابزاره های مرتبط را ارائه نموده که شامل طراحی فرستنده و گیرنده و همچنین آنتن در باند THz می باشد. در بخش 4، چالش های ارتباطاتی بر حسب مدلسازی کانال، ویژگی های فیزیکی، لینک، قابلیت های لایه های شبکه و انتقال برای شبکه های ارتباطات باند THz را مورد بررسی قرار می دهیم. در بخش پنج، ویژگی های نوین پلتفرم های تجربی و شبیه سازی شده را مشخص نموده و چالش های اصلی در ارتباط با پیاده سازی آنها را ارائه می نماییم. در نهایت در بخش 6 به نتیجه گیری این مقاله می پردازیم.

2- كاربردهای ارتباطات باند تراهرتز

پهن باند بسیار بزرگی كه به وسیله باند THz فراهم آمده است راه ها را به سوی بهره گیری از سیستم های كاربردی مختلف باز می نماید كه نیازمند نرخ داده های فوق سریع بوده و اجازه ایجاد یكسری از ویژگی های كاربردی جدید در سناریوهای شبكه بندی كلاسیك و همچنین در الگوهای ارتباطاتی نانو مقیاس جدید را خواهد داد. برخی از این كاربردها قبلاً مشخص شده اند و كاربردهای دیگر بدون شك با توجه به پیشرفت فناوری ظهور خواهند نمود.

2-1. ارتباطات باند تراهرتز ماكرو مقیاس

كاربردهای نوظهور ارتباطات باند THz در سطح ماكرو بشرح ذیل هستند:

• شبكه های سلولی نسل پنجم: ارتباطات باند THz را می توان در سلولهای كوچك نسل بعدی بكارگرفت، همانند بخشی از شبكه های سلولی سلسله مراتبی یا شبكه های ناهمگن [9]. باند THz قابلیت فراهم آوردن سلولهای كوچك با ارتباطات داده ای كاملاً پرسرعت در محدوده تحت پوشش تا 10 متر را خواهد داشت. محیط عملیاتی این سلولهای كوچك شامل كاربران استاتیك و سیار می باشند، یعنی هردوی سناریوهای داخل و خارج از ساختمان. كاربردهای خاص عبارتند از فراهم آوردن استریم چند رسانه ای با وضوح كاملاً بالا برای تلفن های هوشمند یا ارائه سیستم های ویدئو كنفرانس دارای وضوح كاملاً زیاد (شكل 1 الف). بعلاوه، از لینك های باند THz جهت دار به منظور فراهم آوردن تمرکز اطلاعاتی یك سیستم دور گشت بی سیم پر سرعت استفاده می شود.

• شبكه های محلی بی سیم ترابیت (T-WLAN): ارتباطات باند THz قابلیت ارائه ارتباطات یا اتصالات یكپارچه بین شبكه های با سیم ابر پرسرعت، همانند لینك های فیبرنوری، و ابزارهای بی سیم شخصی نظیر لپ تاپ ها و تبلت ها را خواهد داشت (عدم وجود تمایز سرعت بین لینك های بی سیم و با سیم). چنین موردی سبب تسهیل كاربرد سیستم هایی می شوند كه كاملاً به پهنای باند نیاز داشته و از كاربران استاتیك و سیاری برخوردار می باشند كه غالباً در ارتباط با سناریوهای داخل ساختمانی مدنظر خواهند بود. برخی از كاربردهای خاص شامل ویدئو كنفرانس هولوگرافیك دارای وضوح عالی (شكل 1ب) یا توزیع داده های بی سیم ابر پرسرعت در مراكز داده می باشند[17،16].

• شبكه های شخصی بی سیم ترابیت (T-WPAN): لینك های Tbps همراه با ابزاره هایی كه در مجاورت شما قرار دارند را می توان جزء موارد محتمل در ارتباط با ارتباطات باند THz دانست. محیط عملیاتی غالباً داخل ساختمانی می باشد و ترجیحاً بر روی میز است. كاربردهای خاص شامل كیوسك های چند رسانه ای و انتقال داده های ابر پرسرعت بین ابزارهای شخصی است (شكل 1 ج). به طور مثال، جهت انتقال محتویات متناظر یك دیسك بلوری (blue-ray) به یك ابزار همانند تبلت با استفاده از یك لینك 1 Tbps به زمانی كمتر از یك ثانیه نیاز خواهد بود، كه چنین پدیده ای سبب ارتقای نرخ ارسال اطلاعات در مقایسه با فناوری های موجود نظیر وای فای دیركت (WiFi Direct)، اپل ایرپلی (Apple Airplay)  یا  میراكست  (Miracast) می گردد.

• ارتباطات بی سیم ترابیت ایمن: باند THz همچنین قابلیت ارائه ارتباطات ایمن ابر پهن باند مخصوصاً در رشته های نظامی و تدافعی را دارا می باشد (شكل 1 د). تضعیف قدرت امواج تحت شرایط جوی در فركانس های باند THz و همچنین كاربرد آرایه های بسیار بزرگ آنتی جهت فایق آمدن بر ارتباطات محدود از نقطه نظر فاصله منجر به ارائه پرتوهای بسیار باریك و كاملاً تیز شده است كه به طور قابل توجهی سبب محدود شدن احتمال استراق سمع می شود. تكنیك های طیف گسترده را همچنین می توان برای كانال كاملاً گسترده پهن باند جهت ممانعت و فایق آمدن بر حملات پارازیتی شایع بكارگرفت.

2-2. ارتباطات باند تراهرتز در سطح میكرو/ نانومقیاس

باند THz قابلیت برقراری ارتباطات بی سیم در بین ماشین های نانومقیاس یا اصطلاحاً نانو ماشین ها را نیز خواهد داشت، یعنی ابزاره های كاربردی بسیار كوچكی كه قابلیت انجام وظایف ساده در مقیاس نانو را دارا می باشند، نظیر محاسبه، ذخیره سازی داده ها، حسگری یا سیستم های محرك. هر جزء یك نانو ماشین از نظر اندازه تا حداكثر چند صد نانومتر مكعب بوده، و اندازه كل این ابزارك در مرتبه حداكثر چندین میكرومتر مكعب می باشد. پیشرفتهای نوین در گیرنده و فرستنده های نانومقیاس و آنتن ها در ارتباط با باند THz به عنوان محدوده فركانس عملیاتی آنها می باشد [18-23]. البته این بدان معنا نمی باشد كه نانو ماشین ها به صورت عامدانه جهت برقراری ارتباط در باند تراهرتز ایجاد شده اند، بلكه اندازه بسیار كوچك و ویژگی های منحصربفرد نانو آنتن ها و گیرنده و فرستنده های نانویی سبب می شود تا نانو ماشین ها قابلیت برقراری ارتباط در این فركانس بسیار بالا را داشته باشند. برخی از كاربردهای خاص عبارتند از:

• سیستم های كنترل سلامت و بهداشت: یون های سدیم، گلوكز و یون های دیگر در خون [24]، كلسترول [25]، بیونشانگرهای سرطانی [26] یا وجود عامل های آلودگی مختلف [27] را می توان با استفاده از حسگرهای نانومقیاس یا نانو حسگرها كنترل نمود. چندین نانوحسگر كه در اطراف بدن توزیع شده اند قابلیت تعریف شبكه ای از نانو حسگرهای بدن انسان را خواهند داشت (شكل 2 الف)، كه می توان از آن جهت جمع آوری داده های مرتبط در خصوص وضعیت سلامت بیمار استفاده نمود. بر این اساس می توان از یك رابط بی سیم بین این نانو حسگرها و میكرو ابزاره ها نظیر تلفن سلولی یا تجهیزات پزشكی خاص، جهت جمع آوری اطلاعات و ارسال آن به پزشك معالج یا مركز بهداشتی مرتبط، استفاده نمود.

• دفاع هسته ای، بیولوژیكی و شیمیایی: نانو  حسگرهای  شیمیایی  و  بیولوژیكی  را  می توان جهت شناسایی مواد شیمیایی مضر و سلاح های بیولوژیكی در یك حالت توزیعی بكارگرفت. یكی از مزیت های اصلی كاربرد نانو حسگرها به جای حسگرهای شیمیایی كلاسیك آن است كه وجود تركیبات شیمیایی با تراکم به کوچکی یك مولكول را می توان بسیار سریعتر از حسگرهای میكرو مقیاس كلاسیك مورد شناسایی قرار داد [18]. با این وجود، با توجه به این موضوع كه این حسگرها می بایست از تماس مستقیم با مولكول ها برخوردار باشند، لازم است تا شبكه ای داشته باشیم كه دارای تعداد بسیار بزرگی از گره های نانو حسگر باشد. به وسیله طیف بینی توزیعی، یك شبكه نانو حسگر بی سیم قابلیت تحت پوشش قرار دادن اطلاعات تركیب مولكولی هوا در یك موقعیت خاص برای یك ابزاره سطح ماكرو در یك زمان بسیار كوتاه را خواهد داشت.

• اینترنت نانو چیزها: اتصال بینابینی ماشین های نانومقیاس به شبكه های ارتباطاتی موجود و نهایتاً اینترنت مشخص كننده یك سیستم سایبر فیزیكی حقیقی می باشد كه تحت عنوان اینترنت نانو چیزها (IoNT) خوانده می شود [28]. IoNT قابلیت فعال سازی برنامه های كاربردی قابل توجه جدیدی را خواهد داشت كه حتی می تواند بر روی روشی كه ما كار می كنیم نیز تاثیرگذار باشد. به طور مثال، در یك دفتر متصل شده به شبكه (شكل 2 ب)، یك سیستم گیرنده فرستنده نانویی و یك آنتن نانویی را می توان در هر شی یا آبجكت واحد جای داد تا قابلیت اتصال همیشگی به اینترنت به وجود آید. در نتیجه، كاربران قابلیت دنبال نمودن كلیه اقلام حرفه ای و شخصی خود در یك حالت ساده را خواهند داشت.

• ارتباطات ابر پرسرعت رو- تراشه ای: باند THz قابلیت فراهم آوردن كارا و مقیاس پذیر ارتباطات داخلی در شبكه های رو- تراشه ای بی سیم را خواهد داشت [29]، و برای این كار می بایست از آنتن های نانویی سطحی جهت ایجاد لینك های ابر پر سرعت استفاده نمود (شكل 2ج). این رویكرد نوین به طور قابل توجهی سبب تكمیل ضروریات اكید در ارتباط با محدودیتهای مربوط به جا یا مساحت و سناریوهایی كه در آن با ارتباطات زیاد به صورت روتراشه ای سروكار داریم، از طریق كاربرد پهنای باند بالا و سربار بسیار اندك، می گردد. مهمتر آنكه، كاربرد ارتباطات باند THz مبتنی بر گرافن [21] قابلیت برقراری ارتباطات ذاتی همزمان در سطح هسته را خواهد داشت.

3- چالش های مرتبط با فناوری های ابزاره باند تراهرتز

در این بخش، طراحی ابزاره و چالش های مرتبط با باند THz مورد بررسی قرار می گیرد. محدودیت ها و راه حل های محتمل برای معماری های فرستنده گیرنده ابر پرسرعت نیز مشخص شده و چالش ها در ارتباط با ایجاد آنتن های ابر پهن باند و آرایه های آنتنی نیز توصیف و تشریح خواهند شد.

3ـ1. گیرنده و فرستنده باند تراهرتز

نیاز جهت توسعه آن دسته از معماریهای جدید فرستنده و گیرنده که قابلیت عمل در فرکانس باند THz را داشته باشند به عنوان یک ویژگی مهم مطرح شده است و مهمتر از آن این سیستم می بایست قابلیت اکتشاف پهنای باند در دسترس بسیار بزرگ را نیز داشته باشند. توان سطح بالا، حساسیت زیاد و نویز پایین جزء ویژگی های دیگر این ادوات فرستنده و گیرنده به شمار می آیند، که می بایست قابلیت فایق آمدن بر مشکلات متعدد نظیر اتلاف بسیار بالای مسیر در فرکانس های باند THz را نیز داشته باشند. در حال حاضر، فناوریهای مختلف مدنظر هستند که متعاقباً مورد بررسی قرار می گیرند.

3ـ1ـ1. فناوری های سیلیکون ژرمانیوم BiCMOS  و CMOS

فناوری سیلیکون ژرمانیوم (SiGe) غالباً به عنوان اولین انتخاب برای سیستم های فرکانس رادیویی با فرکانس بالا دارای محدودیت عملکرد می باشد. فناوری SiGe برای طراحان ارائه دهنده ویژگی های قابل توجهی در خصوص عملکرد با توجه به کاربرد ترانزیستورهای دو قطبی دارای پیوند ناهمگن (HBTs) می باشد، همانند بهره بالا، نویز اندک، خطیت مناسب و توان خوب، و همچنین موارد دیگر که در این ارتباط می توان هزینه پایین جامعیت کامل، و ویژگی های فناوری سازگار سیلیکون را نیز از جمله خسیصه های این مورد برشمرد [30]. SiGe همچنین قابلیت فراهم آوردن نیمه رساناهای اکسید فلزی تکمیلی با قالب سیلیکون (CMO) فلزینه سازی سطح بالا با خطوط ارسال پایین گذر، و تناسب المان های پاسیو جامع، نظیر آنتن ها [31]، برای یک سیستم حقیقی مرتبط با فناوری روتراشه ای را خواهد داشت.

3ـ1ـ2. گالیوم نیترید، ایندیوم فسفید و فناوری های دگرگونه ای

با وجود آنکه سیستم های گیرنده و فرستنده مبتنی بر SiGe و CMOS را می توان برای بخش های پایین تر باند THz بکار گرفت، بهره محدود توان و ولتاژ قطع ترانزیستور ناکافی SiGe HBT از کاربرد در سیستم های دارای توان بالا در فرکانس های فراتر از 500 گیگاهرتز جلوگیری می نماید. بنابراین، تقویت توان در سطح بهره بالا جهت فایق آمدن بر اتلاف های کاملاً زیاد مسیر در باند THz مورد نیاز خواهد بود که اطلاعات مربوط بدان در بخش 4ـ1 مورد بحث قرار می گیرد.

3ـ1ـ3. فناوریهای فتونیک و موج پلاسما

راهکارهای کلاسیک جهت ایجاد و تشخیص پرتو باند THz شامل بکارگیری ابزارهای فتونیک می باشد. به طور مثال، از نقطه نظر تولید سیگنال، فتودیودها و لیزرهای کوآنتوم آبشاری (QCLs) [48 ، 49] به عنوان منابع توان بالای باند THz پیشنهاد شده اند، که می توان آنها را به عنوان نوسانگرهای محلی (LO) در معماریهای هترودین فرستنده گیرنده بکار برد. QCLs بر مبنای ترکیب های مختلف نیمه رسانه های III–V (همانند GaN، GaAs) قابلیت عمل در فرکانس های فراتر از چندین THz را داشته و همچنین قابلیت ایجاد یک توان میانگین در مرتبه چندین mW به هنگام عمل در دماهای بسیار اندک (تقریباً تبرید) را خواهد داشت. با این وجود، نیاز یک لیزر خارجی برای پمپ کردن الکترون نوری، عملکرد محدود در دمای اتاق، و اندازه می تواند عامل محدود کننده کاربرد آنها در برخی از کاربردهای فرضی در نظر گرفته شود.

3-1-4. فناوری گرافن

یكی از جایگزین های اخیر جهت توسعه گیرنده فرستنده های فشرده باند THz بكارگیری گرافن می باشد، یعنی یك نانو ماده به ضخامت یك اتم كه به صورت آزمایشی برای اولین بار در سال 2007 بدست آمده است [57،56]. گرافن دارای خواص قابل توجه فیزیكی، الكتریكی و نوری می باشد و غالباً تحت عنوان [ماده ای شگفت انگیز] در قرن 21 خوانده می شود [58]. تحرك حامل اندازه گیری شده در ابزاره های گرافن بسیار بالا و در مرتبه 8000-10,000 cm² V^-1 s^-1 در دمای اتاق می باشد، اما سرعت آن تا 200,000 cm² V^-1 s^-1 در دمای اتاق در گرافن ورقه ای معلق مشخص شده است. این مقدار در بردارنده چندین مرتبه بزرگی فراتر از مواد قبلی می باشد. بعلاوه، مسافت آزاد میانگین برای انتقال حامل بالستیك به میزان 300 الی 500 نانومتر تلقی شده و حتی می تواند بیش از 1 µm در موارد خاص در دمای اتاق نیز برسد.

3-2. آنتن های باند تراهرتز

علاوه بر دستگاه های گیرنده و فرستنده، آنتن های ابر پهن باند و چند باند نیز جهت فعالسازی لینك های چند – Gbps و Tbps در باند THz مورد نیاز هستند. بعلاوه، سیستم های آنتن پیشرفته جدید، نظیر آرایه های آنتنی بسیار بزرگ، نیز مورد نیاز خواهند بود تا قابلیت فایق آمدن بر مسئله اتلاف زیاد مسیر كانال باند THz را داشته باشیم (بخش 4-1). متعاقباً، ما چالش ها و فرصتهای این حوزه را مورد بررسی قرار می دهیم.

3-2-1. آنتن های ابر پهن باند و چند باند

مشابه با سیستم های گیرنده و فرستنده، این آنتن ها در سیستم ارتباطاتی باند THz جهت پشتیبانی از پهنای باند انتقال بسیار بزرگ مورد نیاز می باشند، كه از محدوده ای از ده ها گیگاهرتز تا چندین تراهرتز را شامل می شوند (بخش 4-1). كارایی آنتن های ابر پهن باند به هنگام كار در فركانس های باند THz شناخته شده نیست. به طور مثال، از یك طرف، سیستم های ارتباطاتی باند THz عملی موجود در 300 گیگاهرتز قابلیت استفاده از آنتن های كلاسیك نظیر آنتن های شاخكی یا آنتن های قطع مخروطی را داشته، كه قابلیت فراهم آوردن یك پهنای باند تابشی در مرتبه 10% مركز فركانس خود را خواهند داشت، یعنی در مرتبه 30 گیگاهرتز. از طرف دیگر، آنتن های موجی به عنوان موارد قابل توجه برای مدارهای باند THz نظیر تشخیصگرهای پهن باند مدنظر هستند [67]. این نوع خاص از آنتن های متناوب – لگاریتمی در ابتدا به وسیله DuHamel پیشنهاد شده و مورد مطالعه قرار گرفته است و متعاقباً برای بسیاری از مدارها و مولفه های عمده در محدوده فركانس مكروویو بكار گرفته شد [68].

3-2-2. آرایه های آنتی بسیار بزرگ

به منظور فایق آمدن بر بهره بسیار اندك و مساحت موثر بسیار كم آنتن های باند THz به صورت تكی، لازم است تا نسبت به بررسی عملكرد آرایه های آنتنی بسیار بزرگ جدید اقدام شود. در حقیقت، اندازه بسیار كوچك آنتن باند THz اجازه یكپارچه سازی و حصول تعداد بسیار زیادی از آنتن ها با استفاده از نشان ها یا ردپاهای بسیار كوچك را خواهد داد. چالش های اصلی در این زمینه عبارتند از:

4- چالش های شبكه های ارتباطات باند تراهرتز

چالش های بسیاری در خصوص پیاده سازی شبكه های ارتباطاتی كارامد و عملی باند THz وجود دارند كه  نیازمند  ایجاد  راه  حل های  نوآورانه  در  لایه های مختلف  پشته  پروتكل می باشند. ذیلاً، چالش های اصلی در یك رویكرد پایین به بالا مورد بررسی قرار می گیرند، كه این رویه كار خود را از مدلسازی كانال باند THz آغاز نموده و سپس به سمت توسعه راه حل های لایه های انتقال شبكه های ارتباطات فوق پهن باند در باند THz روی خواهد آورد. همانگونه كه در مقدمه این مقاله بحث شد، بسیاری از چالش ها در باند THz به عنوان موارد شایع برای سیستم های موج – mm به شمار می آیند. در بسیاری از موارد، راه حل های پیشنهادی در این بخش را می توان جهت فایق آمدن بر چالش های سیستم های موج –mm  بكار گرفت.

4-1. مدلسازی كانال

مدل های موجود كانال برای باندهای فركانس پایین تر را نمی توان در باند THz بكار گرفت، چرا كه آنها از رفتار مرتبط با این باند طیفی، بواسطه وجود اتلاف جذب بسیار بالای مولكولی یا اتلاف انعکاسی بسیار بالا، برخوردار نیستند [4-6]. برای زمان جاری، تلاش هایی جهت توصیف ویژگی های كانال انجام شده است كه نكته تمركز آنها بر روی پنجره انتقال 300 گیگا هرتز می باشد [76،71]، موردی كه به عنوان برآوردهای آزمایشی قبلاً نیز در دسترس بوده است. با این وجود، یك پنجره انتقال / ارسال با فركانس بالاتر، یا حتی چیزی بیش از یك پنجره در عین حال بر فراز كل باند THz، جهت فراهم آوردن لینك های Tbps با ثبات ضروری می باشد. بعلاوه، علاوه بر ارتباطات LOS، انتشار NLOS را نیز می بایست مدنظر قرار داد. در نهایت، یك مدل كانال چند مسیره كامل را می بایست در نظر گرفت كه برای محیط متغیر آماری ضروری می باشد.

4-1-1. انتشار در خط دید

اولین مرحله در زمینه درک کانال باند THz توصیف پدیده انتشار می باشد که تحت تاثیر انتشار فضای آزاد در تابش باند THz است. در این مسیر، ما اخیراً یک مدل انتشار LOS را برای کل باند THz (0.1-10 THz) را ارائه نمودیم [77]. علی الخصوص، ما از تئوری انتقال تابشی و اطلاعات موجود در مجموعه اطلاعاتی HITRAN [78]جهت آنالیز تاثیر جذب مولکولی بر روی اتلاف مسیر و نویز مسیر استفاده نمودیم.

4-1-2. انتشار بدون خط دید

انتشارهای LOS به واسطه وجود موانع ممکن است به صورت همیشگی امکان پذیر نباشند. علی الخصوص، انتشارهای NLOS را می توان به شرح ذیل طبقه بندی نمود: انتشار انعکاسی اسپکولار، انتشار پراکنده تفصیلی و انتشار پراشیده. جهت به حساب آوردن انتشار NLOS، لازم است تا قابلیت مشخص سازی ضرایب مربوطه برای فرآیندهای بازتاب، پراکنش و پراش امواج EM در فرکانس های باند THz مدنظر باشد. این ضرایب منوط به مواد و هندسه سطح و فرکانس و زاویه موج EM برخوردی یا تابشی هستند.

4-1-3. کانال چند مسیره

با توجه به پهنای باند فوق پهن، هر جز فرکانس در سیگنال ارسال شده، میرایی و تاخیر سیگنال قابل توجهی را تجربه می نماید. این تاثیر پراکندگی – فرکانس، یا اعوجاج متناظر در حوزه زمانی، در مدل های کانال چند مسیره موجود قابل حصول نخواهند بود. بنابراین، مدل های کانال چند مسیره جدید را می بایست برای ارتباطات باند THz توسعه داد.

4-1-4. منابع نویز در باند تراهرتز

چندین منبع نویز در باند THz وجود دارند. از طرف دیگر، نویز محیطی در كانال باند THz عمدتاً به وسیله نویز جذب مولكولی توزیع می شود. جذب از مولكول ها كه در این رسانه وجود دارد نه تنها سبب تضعیف سیگنال ارسالی می گردد، بلكه سبب ایجاد نویز نیز می شود [81]. دمای نویز متناظر در گیرنده به وسیله تعداد و تركیب خاص مولكول های یافت شده در امتداد مسیر مشخص می شود. نویز جذب مولكولی به صورت سفید نمی باشد. در حقیقت، به واسطه فركانس های تشدید مختلف هر نوع از مولكول ها، چگالی طیفی توان نویز به صورت مسطح نیست، بلكه دارای چندین پیك می باشد. بعلاوه، این نوع از نویز عمدتاً به هنگام ارسال به وجود می آید، یعنی به هنگامی كه كانال به خوبی استفاده نمی شود صرفاً شاهد نویز بك گراند خواهیم بود. چنین موردی را می توان در ارتباط با طراحی مدولاسیون های نوین و كدهای مربوط به كانال همانگونه كه در بخش 4-2 مشخص خواهد شد توصیف كرد.

4-2. لایه فیزیكی

از طریق بررسی قابلیت های ادوات فرستنده و گیرنده باند THz و آنتن های این باند و همچنین رفتارهای كانال، ما قابلیت توصیف چالش ها و فرصت های متعاقب در لایه فیزیكی، شامل مدوله سازی، كدگذاری، MIMO انبوه، سنکرون سازی، برابرسازی و ایمنی را خواهیم داشت.

4-2-1. مدوله سازی

 طرح های مدوله سازی كلاسیك را می توان برای ارتباطات باند THz بكارگرفت، اما آنها قابلیت بهره گیری كامل از خواص كانال باند THz را نخواهند داشت. همانگونه كه در بخش قبلی بحث شد، پهنای باند ابر پهن باند مرتبط با هر پنجره انتقال در باند THz به طور قابل توجهی با گوناگونی های اندك در فاصله با افت روبرو خواهد شد. به طور مثال، برای فواصل بسیار كمتر از 1 متر كانال باند THz رفتاری همانند یك پنجره گسترده – 10 THz را خواهد داشت. با این وجود، پهنای باند پنجره های متعدد انتقال به هنگامی كه فاصله انتقال از 1 به 10 متر افزایش می یابد به بیش از 10% تقلیل خواهند یافت (شكل 5). چنین موردی نیازمند ایجاد مدوله سازی های مختلفی برای كاربردهای متفاوت بر مبنای فاصله هدف می باشد.

4-2-2. کدنویسی

ویژگی های مربوط به کانال و قابلیتهای مورد انتظار گیرنده ها و فرستنده ها خود سبب ایجاد نوعی از کدنویسی کانال نوین برای ارتباطات باند THz شده است. رویکرد ظرفیت کلاسیک و کدنویسی های مربوطه به منظور به حداکثر رسانی نرخ داده برای یک توان مشخص ارسال و همچنین به حداقل رسانی توان مورد نیاز جهت ارسال با توجه به یک نرخ داده هدف مدنظر می باشد. با این وجود، علاوه بر توان ارسال، توان کدبرداری نیز به عنوان یکی دیگر از موارد  مهم در این زمینه تلقی می شود [91]. در حقیقت، برای فاصله کوچکتر از 10 متر، توان کدبرداری نیازمند جدیدترین سیستم های کدبردار می باشد که عمدتاً در قیاس یا حتی بزرگتر از توان ارسال خواهد بود. ارسال غیر کدگذاری شده غالباً در سیستم های 60 هرتز مدنظر است [92] تا قابلیت کاهش توان کدبرداری به وجود آید که این مهم علیرغم افزایش توان انتقال مدنظر خواهد بود. بنابراین،  برای  ارتباطات  باند  THz،  توان کد برداری و زمان کد برداری می بایست به دقت به هنگام طراحی و انتخاب کدهای کانال به واسطه پهنای باند ابر وسیع این سیستم و همچنین نرخ های بسیار بالای بیتی آن مدنظر قرار گیرد.

4-2-3. MIMO انبوه دینامیکی

همانگونه که در بخش 3-2-2 ذکر شد، آرایه های آنتنی بسیار بزرگ را می توان جهت فایق آمدن بر مشکل اتلاف بسیار زیاد مسیر کانال و محدودیت های توان دستگاه های فرستنده و گیرنده در باند THz بکار گرفت. چنین موردی سبب باز شدن فرصت های بسیاری جهت توسعه سیستم های MIMO انبوه در مقیاس بسیار بزرگی شده است.

4-2-4. همزمان سازی

فرآیند همزمان سازی به عنوان یك مولفه حیاتی در طرف گیرنده و همچنین در بخش های مختلف فرستنده در ارتباط با ویژگی های تعاملی و ارتباطاتی می باشد و چنین موردی در زمینه شبكه های ارتباطات ابر پهن باند به دلایل ذیل چالش برانگیزتر خواهد بود. در ابتدا، در نرخ داده Nyquist، فرآیند نمونه برداری سیگنال با نرخ نایكوئیست و انجام وظایف پردازش سیگنال كاملاً پیچیده و چالش برانگیز خواهد بود. دوماً، كاربران مختلف دارای نوسانات محلی مستقلی به منظور ایجاد فركانس های حامل هستند كه خود منجر به ارائه فركانس های معنی دار در ابزاره های مختلف می شود.

4-2-5. چالش های بیشتر در لایه فیزیكی

فرآیند برابرسازی برای یك كانال واحد بین دو ماشین نانومقیاس یا برای چند صد كانال موازی در یك سیستم انتقال MIMO انبوه ضروری می باشد. در نهایت، عملكرد راه حل های لایه فیزیكی كه در این بخش ارائه شده است متكی به داشتن اطلاعات مناسب كانال خواهد بود تا بر این مبنا قابلیت پیش پردازش سیگنال های مدوله شده یا پس پردازش شكل موج های دریافتی وجود داشته باشد. نرخ های داده ای بسیار بالا كه در آن سیگنال ها را می توان انتقال یا دریافت داشت سبب می شوند تا قابلیت استفاده از طرح های ساده و در عین حال متفاوت قبل و پس پردازش را داشته باشیم كه در آن می توان نسبت به ایجاد تراز در ارتباط با پیچیدگی بین سیستم های فرستنده و گیرنده اقدام نمود.

4ـ3. لایه لینک

قابلیت های ادوات گیرنده و فرستنده ابر فوق سرعت، همراه با رفتار آرایه های آنتنی بسیار بزرگ و عملکردهای مورد انتظار مربوط به راه حلهای لایه جدید فیزیکی به ایجاد راه حل های لایه لینک نوین نیاز خواهد داشت. در این بخش، ما چالش های تحقیقاتی در لایه لینک برحسب مکانیزم های کنترل دسترسی رسانه (MAC)، خط مشی کنترل خطها و طراحی اندازه پاکت برای شبکه های ارتباطات باند THz را تشریح می نمائیم.

4ـ3ـ1. کنترل دسترسی رسانه

پروتکل های MAC جدید برای شبکه های ارتباطات باند THz ضروری می باشند، چرا که راه حل های سنتی جهت حاصل آوردن ویژگی های ذیل کفایت نخواهند داشت. در ابتدا، باند THz قابلیت فراهم آوردن ابزارهای مرتبط با پهنای باند بسیار بزرگ، در محدوده ای از چندین پنجره پهن چند ـ GHz تا تقریباً محدوده 10 THz را خواهد داشت. بنابراین، این ابزارها الزامی برای حاصل آوردن کانال ها به صورت مهاجمانه نخواهند داشت. به علاوه، این پهنای باند بسیار بزرگ منجر به نرخ بیت بسیار بالایی شده و بنابراین منجر به زمان های انتقال بسیار کوتاهی می گردد. چنین موردی خود سبب احتمال برخورد بسیار اندک می گردد. به علاوه، کاربرد آرایه های بسیار بزرگ و پرتوهای جهت دار بسیار باریک نیز به طور قابل توجهی می توانند به کاهش تداخلات چند کاربره بیانجامند. با این وجود، نرخهای بسیار بالا و پرتوهای تیز سبب افزایش ضروریات سنکرون سازی / همزمان سازی می گردند.

4ـ3ـ2. چالش های اضافه در لایه لینک

مطالعات موجود در ارتباط با مکانیزم های کنترل بهینه خطا برای شبکه های ارتباطاتی در باند THz معتبر نمی باشند چرا که آنها قابلیت حاصل آوردن ویژگی های ضروری این کانال را ندارند. بنابراین، نیازی جهت توسعه الگوریتم های جدید به منظور انتخاب دینامیکی بین طرح های کنترل خطا احساس می شود. در نتیجه انتقال با نرخ های داده ای بسیار بالا و بکارگیری پرتوهای آنتن تیز، انرژی و زمان مصرف شده در خصوص انتقال یک پاکت بر مبنای انتظارات به میزان چندین مرتبه بزرگی کمتر از شبکه های بی سیم کلاسیک می باشد. در نتیجه، بر مبنای قابلیت های سیستم های فرستنده و گیرنده و نوع طرح کدگذاری کانال، زمان و انرژی مصرفی در خصوص کدگذاری یک پاکت قبل از ارسال می تواند بسیار بیشتر از زمان و انرژی مصرفی ارسال مجدد آن پاکت باشد. ارتباط بین این دامنه ها سبب ایجاد انگیزش بکارگیری فرم های مختلف کنترل خطا می شود، که از یک درخواست تکرار اتوماتیک ساده جهت ارسال اصلاح خطا یا یک ترتیبی از این دو متغیر خواهد بود.

4ـ4. لایه شبکه

اکتشاف ناحیه مجاور و مسیریابی به واسطه فاصله ارتباطات محدود و همچنین کاربرد سیستم های آنتنی کاملاً جهت دار در خصوص شبکه های ارتباطات باند THz چالش برانگیزتر خواهد بود. به علاوه، در خصوص ابزارهای موبایل در سیستم های سلولی کوچک، سوئیچ کردن به کانال های دیگر به عنوان یک امر متداول تلقی گردیده و بنابراین مکانیزم های  مناسبی  را  می بایست جهت حفظ قابلیت کارکرد شبکه مستقر نمود.

4ـ5. لایه ارسال

با توجه به آنکه لینک های متعدد ـ Gbps و Tbps به عنوان واقعیت مطرح می گردند، جریان انباشته ترافیک در امتداد شبکه و ویژگی های مربوط به آن سبب می شود تا اینترنت به طور دراماتیک گسترش یابد. در عین آنکه کنترل جریان در لایه لینک جهت ممانعت از اتلاف های داده ها در یک لینک واحد ضروری می باشد (بخش 4ـ3ـ2)، این مورد نیز ضروری خواهد بود تا قابلیت مشخص سازی مجدد عملکرد پروتکل های لایه انتقالی را داشته باشیم که به خوبی جا افتاده اند، نظیر TCP. در این راستا می بایست قابلیت ایجاد راه حل های جدید در ارتباط با لایه انتقال را داشت تا بتوان از انباشتگی شدید ترافیک جلوگیری کرده و آنها را محدود، کنترل و بازیابی کرد. به علاوه، سربار پروتکل های ارسال موجود را نیز می بایست به حداقل رساند تا بدین وسیله از قیدها و محدودیت های مرتبط جلوگیری نمود.

5- بسترهای آزمایشی تجربی و شبیه سازی

اعتبارسنجی راه حل های توسعه یافته نیازمند ایجاد پلتفرم ها یا خط مشی های تجربی و آزمایشی می باشد. به طور ایده آل، این سکوها را می بایست به وسیله حداقل یک سیستم فرستنده گیرنده و یک گیرنده به صورت جامع مورد بررسی قرار داده و به علاوه می بایست قابلیت پشتیبانی لینک های باند THz با ثبات نیز وجود داشته باشد. در حال حاضر، چندین پلتفرم در فرکانس های زیر 1 THz ایجاد گردیده و به طور موفقی برای ارسال داده ها، اندازه گیری های کانال، و مطالعات مربوط به انتشار و نشر اطلاعات مورد استفاده قرار گرفته اند. در مرجع [105]، یک ویژگی مشخص شده بر مبنای سیستم میکسر یا ترکیب کننده زیر هارمونیک دیود شوتکی با یک مولد سیگنال تجاری در فرآیند ارسال اطلاعات ترکیب شده و یک تحلیلگر طیف در خصوص دریافت اطلاعات نیز برای برآورد کانال و مطالعات انتشار اطلاعات تخصیص داده شده است. یک جریان یا استریم ویدیوئی آنالوگ بر فراز فواصل تا 22 متری ارسال شده است. در مرجع [106] پلتفرم مشابهی برای انتقال تصاویر ویدیوئی دیجیتال 1080p تا فاصله 52 متری بکار گرفته شده است.

6- نتیجه گیری

باند تراهرتز (0.1-10 THz) جهت ارضای نیاز به لینک های بیسیم Tbps در آینده نزدیک طراحی گردیده است. ارتباطات باند THz قابلیت مخاطب قرار دادن کمیابی طیف و محدودیت های ظرفیت سیستم های بیسیم موجود را خواهند داشت و امکان فراهم سازی مقدار زیادی از سیستم های کاربردی نظیر سیستم های ارسال ابر سریع و انبوه اطلاعات در بین ابزارهای مجاور را ارائه می نمایند و بعلاوه قابلیت ارائه نوعی ویدیو کنفرانس با رزولوشن و ویژگی دیداری بالا در بین ابزارهای شخصی موبایل در سلول های کوچک تلفنی را خواهند داشت. به علاوه،  باند  THz  همچنین  قابلیت  ارائه  الگوهای  شبکه بندی نوین در سطح  نانو را ارائه  می نماید، نظیر شبکه های نانو حسگر بیسیم و اینترنت نانوچیزها.

در این مقاله ما ویژگی های نوین فناوری باند THz از نقطه نظر ابزاره های مرتبط، از طریق بررسی معماریهای سیستم های فرستنده و گیرنده دارای تکنولوژی های مختلف، را ارائه نموده و همچنین طرح های آرایه های آنتنی بسیار بزرگ و ابر پهن باند جدید را نیز عرضه داشته ایم. به علاوه، ما چالش های ارتباطاتی را در نظر گرفته و راه حل های بالقوه ای را برحسب مدلسازی کانال و در لایه های مختلف پشته پروتکل، از لایه فیزیکی تا لایه ارسال، را عرضه نمودیم. در نهایت، ما ویژگی های نوین این سیستم ها برحسب ویژگیهای تجربی و شبیه سازی را در نظر گرفته و چالش های اصلی در زمینه پیاده سازی آنها را ارائه نموده ایم. ما عقیده داریم که این چالش ها فراهم آورنده نوعی نقشه راه در این زمینه بوده و قابلیت شبیه سازی تحقیقات مرتبط برای ایجاد مرزهای جدید در رابطه با ارتباطات بیسیم را خواهند داشت.