Millimeter wave and TeraHertz Spectrum for 6G en pt (1)

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Espectro de ondas milimétricas e Terahertz
para 6G Wireless
Shuchi Tripathi, Nithin V. Sabu, Abhishek K. Gupta, Harpreet S. Dhillon
Resumo—Com a padronização do 5G, as comunicações comerciais de 
ondas milimétricas (mmWave) se tornaram uma realidade, apesar de 
todas as preocupações sobre as características de propagação 
desfavoráveis dessas frequências. Mesmo que os sistemas 5G ainda 
estejam sendo implementados, argumenta-se que suas taxas de 
gigabits por segundo podem ser insuficientes no suporte a muitos 
aplicativos emergentes, como jogos 3D e realidade estendida. Essas 
aplicações exigirão taxas de dados de várias centenas de gigabits por 
segundo a vários terabits por segundo com baixa latência e alta 
confiabilidade, que devem ser os objetivos do projeto da próxima 
geração de sistemas de comunicação 6G. Dado o potencial dos sistemas 
de comunicação terahertz (THz) para fornecer tais taxas de dados em 
distâncias curtas, eles são amplamente considerados como a próxima 
fronteira para a pesquisa de comunicações sem fio. O objetivo principal 
deste capítulo é equipar os leitores com experiência suficiente sobre as 
bandas mmWave e THz para que sejam capazes de avaliar a necessidade 
de usar essas bandas para comunicações comerciais no cenário sem fio 
atual e raciocinar as principais considerações de design para o sistemas 
de comunicação operando nessas bandas. Com esse objetivo, este 
capítulo fornece um tratamento unificado dessas bandas, com ênfase 
particular em suas características de propagação, modelos de canal, 
considerações de design e implementação e aplicações em potencial 
para 6G sem fio. Um breve resumo das atividades de padronização 
atuais relacionadas ao uso dessas bandas para aplicações de 
comunicações comerciais também é fornecido.
como a densificação da rede por meio do uso de células pequenas, 
programação mais inteligente e sistemas de múltiplas antenas para 
melhorar a eficiência espectral, apenas para citar alguns. Talvez a 
diferença mais marcante do 5G em relação às gerações anteriores de 
sistemas celulares seja o reconhecimento de que oclássico o espectro 
sub-6 GHz não será suficiente para suportar os requisitos das 
aplicações emergentes. O espectro de ondas milimétricas (mmWave) 
surgiu naturalmente como uma solução potencial. Embora essas 
bandas fossem anteriormente consideradas inadequadas para as 
operações móveis devido às suas características de propagação 
desfavoráveis, as tecnologias modernas de dispositivos e antenas 
tornaram viável seu uso para aplicações sem fio comerciais [2]. Como 
resultado, os padrões 5G resultaram no nascimento da comunicação 
comercial mmWave.
Agora, ao olharmos para o futuro, é evidente que estamos caminhando 
lentamente em direção a aplicativos, como realidade virtual e aumentada, 
videoconferência ultra-HD, jogos 3D e o uso de wireless para interfaces cérebro-
máquina, o que vai colocar o mesmo restrições mais rígidas nos requisitos de 
rendimento, confiabilidade e latência. Com o avanço dos métodos de fabricação 
de dispositivos, também é razoável esperar que as comunicações em escala nano 
verão a luz do dia em breve. Com o recente sucesso da comunicação mmWave, foi 
bastante natural para os pesquisadores começarem a olhar para as outras bandas 
inexploradas do espectro de radiofrequência (RF), principalmente a banda 
terahertz (THz) que fica acima da banda mmWave. As ondas THz com largura de 
banda enorme podem ser usadas em muitas aplicações que requerem taxas de 
dados ultra-altas. Isso, junto com as bandas sub-6 GHz e mmWave existentes, 
pode nos ajudar a atingir o verdadeiro potencial de muitas aplicações emergentes. 
Além disso, devido ao seu pequeno comprimento de onda, eles também podem 
ser usados para comunicação em escala micro e nano. No passado, o uso de 
bandas THz era limitado a imagens e sensores devido à indisponibilidade de 
dispositivos viáveis e eficientes que pudessem trabalhar nessas frequências. No 
entanto, com os avanços recentes nos dispositivos THz, espera-se que a 
comunicação THz desempenhe um papel central nas próximas gerações de 
padrões de comunicação [3]. o uso de bandas THz foi limitado a imagens e 
sensores devido à indisponibilidade de dispositivos viáveis e eficientes que 
possam trabalhar nessas frequências. No entanto, com os avanços recentes nos 
dispositivos THz, espera-se que a comunicação THz desempenhe um papel central 
nas próximas gerações de padrões de comunicação [3].
O objetivo principal deste capítulo é equipar os leitores com 
experiência suficiente sobre as bandas mmWave e THz para que 
sejam capazes de avaliar a necessidade de usar essas bandas para 
comunicações comerciais no cenário sem fio atual e raciocinar as 
principais considerações de design para o sistemas de 
comunicação operando nessas bandas. Isso é alcançado por meio 
de um tratamento sistemático deste tópico, começando com uma 
discussão detalhada das características de propagação nessas 
frequências, levando naturalmente à discussão sobre os modelos 
de canal que capturam essas características. Ao longo deste
Termos do Índice—6G, ondas milimétricas, comunicação Terahertz.
I. Antecedentes e Motivação
A padronização do novo rádio 5G (NR) foi impulsionada pelos 
diversos requisitos de taxa de transferência, confiabilidade e 
latência do ecossistema em constante evolução de aplicativos que 
precisam ser suportados pelas redes celulares modernas. No 5G, 
esses aplicativos são categorizados como banda larga móvel 
aprimorada (eMBB), comunicação de baixa latência ultraconfiável 
(URLLC) e comunicação massiva de tipo de máquina (mMTC). 
Desde o início, ficou claro que uma solução única para todos pode 
não funcionar para todas as aplicações, devido às quais as 
gerações recentes de sistemas celulares exploraram o uso de 
comunicações avançadas e técnicas de rede, como
Shuchi Tripathi, Nithin V. Sabu e Abhishek K. Gupta estão com o 
Instituto Indiano de Tecnologia de Kanpur, Índia, Email:
shuchi@iitk.ac.in , nithinvs@iitk.ac.in , gkrabhi@iitk.ac.in.Harpreet S. 
Dhillon está com Wireless @ VT , Bradley Department of Electrical and 
Computer Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, USA, Email:
hdhillon@vt.edu. Esta pesquisa é apoiada pelo Conselho de Pesquisa de 
Ciência e Engenharia (DST, Índia) sob a bolsa SRG / 2019/001459.
Esta é uma pré-impressão do capítulo que aparecerá em [1]. Aqui estão os detalhes 
completos do capítulo:
S. Tripathi, NV Sabu, AK Gupta, HS Dhillon, "Millimeter-wave and Terahertz 
Spectrum for 6G Wireless", em 6G Mobile Wireless Networks. Y. Wu, S. Singh, 
T. Taleb, A. Roy, HS Dhillon, MR Kanagarathinam, A. De, eds. Springer, 2021.
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Traduzido do Inglês para o Português - www.onlinedoctranslator.com
https://www.onlinedoctranslator.com/pt/?utm_source=onlinedoctranslator&utm_medium=pdf&utm_campaign=attribution
2
Na discussão, comparamos e contrastamos cuidadosamente as 
características de propagação dessas novas bandas com as bandas 
celulares sub-6 GHz mais conhecidas e explicamos como as 
principais diferenças se manifestam nos modelos de canal. Com 
base nesse histórico, explicamos as implicações dessas diferenças 
nas considerações de design para sistemas de comunicação 
mmWave e THz e suas aplicações potenciais para sistemas 6G. O 
capítulo é concluído com uma breve discussão sobre as atividades 
atuais de padronização relacionadas ao uso dessas bandas para 
comunicações comerciais.
processamento multiponto, comunicações com várias antenas, 
bem como novas técnicas de modulação já foram exploradas no 
contexto das redes celulares atuais. As chances de obter pedidos 
de aprimoramento com essas técnicas são mínimas. Da mesma 
forma, a densificação da rede aumenta a interferência, o que 
coloca limites fundamentais nos ganhos de desempenho que 
podem ser alcançados com a adição de mais estações base [11], 
[12]. O foco deste capítulo está na terceirasolução, que é usar 
bandas de frequência mais altas.
A quantidade de espectro disponível nas frequências mmWave é 
muito grande quando comparada às frequências sub-6 GHz(∼ 50 - 
100 vezes). Como a largura de banda aparece no fator de pré-
registro da taxa de dados alcançável, a comunicação mmWave 
pode atingir uma taxa de dados ordem de magnitude mais alta, o 
que a torna atraente para inclusão nos padrões 5G. Embora as 
implantações 5G ainda estejam em sua infância, os aplicativos 
emergentes, como a realidade estendida, podem exigir links de 
terabits por segundo (Tbps) que podem não ser suportados pelos 
sistemas 5G (uma vez que a largura de banda disponível contígua é 
inferior a 10 GHz). Isso criou muito interesse em explorar a banda 
THz para complementar as bandas sub-6 GHz e mmWave em 
sistemas 6G e além [13], [14].
II. Introdução ao espectro mmWave e THz
Até o padrão celular 4G, a comunicação comercial (celular) era 
limitada às bandas convencionais de até 6 GHz, que agora são 
chamadas de bandas celulares sub-6 GHz. No entanto, existem muitas 
bandas na faixa de 6 a 300 GHz (com larguras de banda enormes) que 
foram usadas para uma variedade de aplicações não celulares, como 
comunicações por satélite, radioastronomia, sensoriamento remoto, 
radares, para citar alguns. Devido ao recente avanço na tecnologia de 
antenas, agora também é possível usar esse espectro para 
comunicação móvel. A banda de frequência de 30 - 300 GHz com os 
comprimentos de onda variando de 1 a 10 mm é chamada debanda 
mmWavee oferece centenas de vezes mais largura de banda em 
comparação com as bandas abaixo de 6 GHz. Embora maiores perdas 
de penetração e bloqueio sejam as principais desvantagens dos 
sistemas de comunicação mmWave, os pesquisadores mostraram que 
os mesmos efeitos são úteis para mitigar a interferência em sistemas 
celulares modernos, que exibem implantação densa de células 
pequenas. Isso naturalmente resulta em uma reutilização de 
frequência mais agressiva e maior segurança de dados devido ao maior 
requisito de direcionalidade nas frequências mmWave [4]. As 
frequências mmWave de cerca de 24 GHz a cerca de 100 GHz já estão 
sendo exploradas como parte do padrão 5G. À medida que pensamos 
no futuro em direção aos sistemas 6G e além, os pesquisadores 
também começaram a explorar o 0.Banda 1−10 THz, que é 
coletivamente conhecida como a Banda THz (com a extremidade 
inferior deste espectro sendo obviamente de maior interesse para 
aplicações de comunicações).
B. O que as frequências mmWave e THz podem ativar?
Larguras de banda maiores disponíveis no espectro 
mmWave tornam a comunicação sem fio multi-gigabit 
viável, abrindo portas para muitas inovações [4]. Por 
exemplo, as frequências mmWave podem permitir 
conexões de backhaul sem fio entre estações base 
externas (BSs), o que reduzirá os custos de aquisição, 
instalação e manutenção dos cabos de fibra óptica, 
especialmente para redes ultradensas (UDNs). Além 
disso, ele permite transformar os centros de dados “com 
fio” atuais em centros de dados completamente sem fio 
com servidores de dados que se comunicam em 
frequências mmWave com a ajuda de feixes de lápis 
altamente direcionados.
Além disso, o espectro THz consiste em bandas com larguras de 
banda disponíveis de algumas dezenas de GHz, que podem suportar 
taxas de dados na faixa de Tbps. A comunicação em THz é ainda 
auxiliada pela integração de milhares de antenas submilimétricas e 
menor interferência devido a frequências de transmissão mais altas. 
Portanto, ele é capaz de suportar aplicativos com fome de largura de 
banda e de baixa latência, como jogos de realidade virtual e 
videoconferência ultra-HD. Outras aplicações que se beneficiarão com 
a maturidade das comunicações THz incluem comunicação de nano-
máquina, comunicações on-chip, internet de nano coisas (IoNT) [16] e 
comunicação intra-corpo de nano-máquinas. Também pode ser 
combinado com bio-nano-máquinas biocompatíveis e com eficiência 
energética que se comunicam por meio de sinais químicos (moléculas) 
[17]. Essa comunicação é denominadacomunicação molecular [18].
A. Necessidade para as bandas mmWave e THz
É bem sabido que o tráfego de dados móveis tem aumentado 
exponencialmente por mais de uma década e essa tendência deve 
continuar no futuro previsível. Com a penetração dos dispositivos 
IoT sem fio em novos setores, como cadeias de suprimentos, 
saúde, transporte e comunicações veiculares, espera-se que essa 
tendência se acentue ainda mais. Estima-se que 9.5 bilhões de 
dispositivos IoT estão conectados globalmente em 2019 [5]. A 
União Internacional de Telecomunicações (UIT) estimou ainda que 
o número de dispositivos IoT conectados aumentará para 38.6 
bilhões em 2025 e 50 bilhões em 2030 [6], [7]. Lidar com esse 
dilúvio de dados e o grande número de dispositivos IoT são dois 
dos principais objetivos de design para redes 5G [8]. Três soluções 
possíveis para atender a essas demandas são desenvolver 
melhores técnicas de processamento de sinal para melhorar a 
eficiência espectral do canal, a extrema densificação das redes 
celulares e o uso de espectro adicional [9], [10]. Várias técnicas 
avançadas, como agregação de portadora, coordenadas
C. Espectro Disponível
Devido às características variáveis de propagação de canal e 
atenuação atmosférica específica de frequência, os pesquisadores têm
3
TABELA I
Bandas disponíveis no espectro mmWave [9], [19] e espectro THz [20].
Nome Bandas específicas Observações
Banda de 26 GHz 26.5 a 27.5 GHz, 24.25-26.5 
GHz
Serviços incumbentes: serviços de link fixo, serviços de estação terrestre de satélite e dispositivos de curto 
alcance. Satélites de exploração da Terra e expedições de pesquisa espacial, inter-satélites, backhaul, distribuição 
de transmissão de TV, serviços fixos de satélite Terra-espaço e aplicações de estação de plataforma de alta 
altitude (HAPS).
Banda de 28 GHz 27.5 - 29.5 GHz, 26.5 a 27.5 
GHz,
Comunicação móvel proposta. Serviços titulares: Serviço de distribuição local multiponto 
(LMDS), serviço de satélite fixo Terra-espaço e aplicativo de estações terrenas em movimento 
(ESIM).
Banda de 32 GHz 31.0 - 31.3 GHz, 31.8 - 33.4 
GHz
Destacada como uma banda promissora. Serviços existentes: aplicações HAPS, alocação de 
serviço inter-satélite (ISS).
Banda inferior de 40 GHz 37.0 - 39.5 GHz, 39.5 - 40.5 
GHz
Serviços titulares: Serviços fixos e móveis de satélite (espaço para a Terra) e de exploração da Terra e 
pesquisas espaciais por satélite (espaço para a Terra e Terra para o espaço), aplicações HAPS.
Banda superior de 40 GHz 40.5 - 43.5 GHz Serviços titulares: satélite fixo e móvel (espaço para a Terra), serviços de radiodifusão por 
satélite, serviços móveis e radioastronomia.
50 GHz 45.5 - 50.2 GHz, 47.2 - 47.5 
GHz, 47.9-48.2 GHz, 50.4 - 52.
6 GHz
Serviços titulares: Serviços fixos não geoestacionários de satélite e telecomunicações 
móveis internacionais (IMT), aplicações HAPS.
Banda inferior de 60 GHz 57.0 - 64.0 GHz Operação não licenciada para serviços internos pessoais, comunicação de dispositivo para dispositivo 
por meio de links de acesso e backhaul no cenário de rede ultradensa.
Banda superior de 60 GHz 64.0 - 71.0 GHz Próximas gerações de padrões móveis com status não licenciado no Reino Unido e nos EUA. 
Serviços titulares: Os serviços móveis aeronáuticos e terrestres.
Banda 70/80/90 GHz 71.0 - 76.0 GHz, 81.0 - 86.0 
GHz, 92.0 - 95.0 GHz
Serviços fixos e de radiodifusão por satélite (espaço-terra). Operação não licenciada para 
dispositivos sem fio a dispositivos e serviços de comunicação de backhaul no cenário de rede 
ultradensa nos EUA.
Banda 252 - 296 GHz 252−275 GHz, 275−296 GHz Proposta antecipada de serviço móvel terrestre e fixo. Adequado para uso ao ar livre.
Banda 306 - 450 GHz 306−313 GHz, 318−333 GHz, 
356 - 450 GHz
Proposta antecipada de serviço móvel terrestre e fixo. Adequado para comunicação interna de curto 
alcance.
identificou bandas específicas no espectro mmWave / THz que sãoparticularmente favoráveis para as aplicações de comunicação. 
Na conferência mundial de radiocomunicações (WRC) 2015, a ITU 
divulgou uma lista de bandas de frequência propostas entre 24 - 
86 GHz para uso global [21]. A seleção dessas bandas foi feita com 
base em uma variedade de fatores, como características de 
propagação do canal, serviços incumbentes, acordos globais e a 
disponibilidade de largura de banda contígua. WRC-2019 foi focado 
nas condições para a alocação de bandas mmWave de alta 
frequência dedicadas aos sistemas 5G. Um total de 17.25 GHz de 
espectro foram identificados [19]. Para a implementação de 
futuros sistemas de comunicação THz, o WRC 2019 também 
identificou um total de espectro de 160 GHz na banda THz 
variando entre 252 e 450 GHz. Uma breve descrição dessas bandas 
mmWave e THz é fornecida na Tabela-I.
III. Propagação nas frequências mmWave e THz
A. Diferenças da comunicação em bandas convencionais
A comunicação nas frequências mmWave / THz difere 
significativamente da comunicação nas frequências de 
microondas convencionais. Isso é atribuído aos seguintes 
fatores importantes.
1) Bloqueio de sinal: Os sinais mmWave / THz têm uma suscetibilidade muito maior a bloqueios em 
comparação com os sinais nas frequências mais baixas. A comunicação mmWave / THz depende 
fortemente da disponibilidade de links de linha de visada (LOS) devido às características de propagação 
muito pobres dos links sem linha de visão (NLOS) [23]. Por exemplo, esses sinais podem ser facilmente 
bloqueados por edifícios, veículos, humanos e até mesmo folhagens. Um único bloqueio pode levar a uma 
perda de 20 a 40 dB. Por exemplo, a perda de reflexão devido ao vidro para o sinal mmWave é de 3 - 18 dB, 
enquanto que devido ao material de construção, como tijolos, é de cerca de 40-80 dB. Mesmo a presença 
de uma única árvore equivale a uma perda de folhagem de 17-25 dB para os sinais mmWave [10], [15], 
[24], [25]. Além disso, os sinais mmWave / THz também sofrem com o bloqueio do próprio corpo causado 
pelos usuários humanos que pode causar uma atenuação em torno de 20-35 dB [24]. Esses bloqueios 
podem reduzir drasticamente a intensidade do sinal e podem até resultar em uma interrupção total. 
Portanto, é de extrema importância encontrar uma solução eficaz para evitar bloqueios e handovers 
rápidos no caso de um link ser bloqueado. Por outro lado, os bloqueios, incluindo os bloqueios do próprio 
corpo, também podem reduzir a interferência, especialmente de BSs distantes [26]. Portanto, é crucial 
capturar com precisão o efeito dos bloqueios nos modelos analíticos e de simulação dos sistemas de 
comunicação mmWave / THz. É de extrema importância encontrar uma solução eficaz para evitar bloqueios 
e handovers rápidos no caso de um link ser bloqueado. Por outro lado, os bloqueios, incluindo os 
bloqueios do próprio corpo, também podem reduzir a interferência, especialmente de BSs distantes [26]. 
Portanto, é crucial capturar com precisão o efeito dos bloqueios nos modelos analíticos e de simulação dos 
sistemas de comunicação mmWave / THz. É de extrema importância encontrar uma solução eficaz para 
evitar bloqueios e handovers rápidos no caso de um link ser bloqueado. Por outro lado, os bloqueios, 
incluindo os bloqueios do próprio corpo, também podem reduzir a interferência, especialmente de BSs 
distantes [26]. Portanto, é crucial capturar com precisão o efeito dos bloqueios nos modelos analíticos e de 
simulação dos sistemas de comunicação mmWave / THz.
Embora as bandas mmWave e THz tenham um grande 
potencial para seu uso em comunicação, existem 
desafios significativos em suas implantações comerciais. 
Em particular, a comunicação nessas bandas sofre de 
características de propagação pobres, maior 
penetração, perdas de bloqueio e espalhamento, 
alcance de cobertura mais curto e uma necessidade de 
forte direcionalidade na transmissão. Esses desafios têm 
obstruído a inclusão das bandas mmWave e THz em 
padrões e implantações comerciais até agora. Com os 
avanços nas tecnologias modernas de antenas e 
dispositivos, agora está se tornando viável o uso dessas 
bandas para comunicações. No entanto, ainda existem 
vários problemas de design que precisam ser resolvidos 
antes que possam ser implantados em grande escala 
[15], [22]. Neste capítulo,
4
2) Alta diretividade: A segunda característica importante do C. Propagação em frequências mmWave e THzA comunicação 
mmWave / THz é sua alta diretividade. Para superar a severa perda de caminho nessas altas frequências, é necessário usar um 
grande número de antenas no transmissor e / ou receptor [23]. Felizmente, é possível acomodar um grande número de antenas em 
formatos pequenos porque as antenas nessas frequências são menores do que aquelas nas frequências tradicionais devido aos 
comprimentos de onda menores. O uso de um grande conjunto de antenas resulta em uma comunicação altamente direcional. O 
alto ganho de formação de feixe com largura de feixe pequena aumenta a intensidade do sinal dos links de serviço enquanto reduz a 
interferência geral nos receptores. No entanto, a alta direcionalidade também introduz oproblema de surdez e, portanto, maior 
latência. Essa latência ocorre devido ao processo de busca de feixe mais longo, que é uma etapa fundamental para facilitar a 
transmissão e recepção direcional. Esse problema é agravado no cenário de alta mobilidade porque tanto o usuário quanto os BSs 
sofrem com a sobrecarga excessiva do treinamento do feixe. Portanto, novos protocolos de acesso aleatório e algoritmos de 
processamento de matrizes adaptáveis são necessários para que os sistemas possam se adaptar rapidamente em caso de bloqueio 
e handover devido à alta mobilidade nessas frequências [27].
Discutimos agora as principais características de propagação 
das frequências mmWave e THz.
1) Atenuação atmosférica: A atenuação atmosférica é causada 
pela natureza vibratória das moléculas gasosas quando expostas 
aos sinais de rádio. Moléculas com tamanhos comparáveis ao 
comprimento de onda das ondas EM excitam quando interagem 
com as ondas, e essas moléculas excitadas vibram internamente. 
Como resultado dessa vibração, uma parte da energia da onda em 
propagação é convertida em energia cinética. Esta conversão 
causa perda na força do sinal [51]. A taxa de absorção depende da 
temperatura, pressão, altitude e frequência operacional da 
portadora do sinal. Em frequências mais baixas (sub-6 GHz), essa 
atenuação não é significativa. Porém, as ondas de frequência mais 
alta sofrem atenuação significativa, uma vez que seu comprimento 
de onda se torna comparável ao tamanho das partículas de poeira, 
vento, neve e constituintes gasosos. Os dois principais gases de 
absorção nas frequências de mmWave são o oxigênio (O2) e vapor 
de água (H2O). Como visto na Fig. 1, os picos de O2 perdas de 
absorção são observadas em 60 GHz e 119 GHz que estão 
associadas a uma perda de 15 dB / km e 1.4 dB / km, 
respectivamente. Da mesma forma, os picos de H2As perdas de 
absorção de O são observadas em 23 GHz, 183 GHz e 323 GHz, que 
estão associadas a uma perda de 0.18 dB / km, 28.35 dB / km e 38.
6 dB / km, respectivamente. Da mesma forma, as bandas de 
frequência de 380 GHz, 450 GHz, 550 GHz e 760 GHz também 
sofrem um nível mais alto de atenuação. No entanto, para 
transmissão de curta distância, os efeitos combinados dessas 
perdas atmosféricas em sinais de onda mm não são significativos 
[24]. A comunicação THz é ainda mais sujeita aos efeitos 
atmosféricos no ambiente externo. Podemos ver que o espectro 
entre 600 e 800 GHz sofre atenuação de 100 a 200 dB / km que é≈
10-20 dB na distância de aproximadamente 100 m [52]. O processo 
de absorção pode ser descrito com a ajuda da lei de Beer-Lambert 
que afirma que a quantidade de radiação de freqüência  que é 
capaz de se propagar de um transmissor para o receptor através 
do meio absorvente (denominado a transmitância do ambiente) é 
definido como [53]
3) AbsorçãoAtmosférica: As ondas eletromagnéticas (EM) 
sofrem perdas de transmissão quando viajam pela atmosfera 
devido à sua absorção por moléculas de constituintes atmosféricos 
gasosos, incluindo oxigênio e água. Essas perdas são maiores em 
certas frequências, coincidindo com as frequências ressonantes 
mecânicas das moléculas de gás [28]. Nas bandas mmWave e THz, 
a perda atmosférica é principalmente devido às moléculas de água 
e oxigênio na atmosfera, no entanto, não há efeito proeminente 
das perdas atmosféricas nas frequências de microondas. Essas 
atenuações limitam ainda mais a distância que mmWave / THz 
pode percorrer e reduzem suas regiões de cobertura. Portanto, 
espera-se que os sistemas operando nessas frequências exijam 
implantações de BS muito mais densas.
B. Esforços de medição de canal
    ( ,   )
    (   )Muitas campanhas de medição foram realizadas para compreender as características físicas das bandas de frequência 
mmWave tanto em ambientes internos quanto externos. Essas 
campanhas de medição enfocaram o estudo da perda de trajeto, 
as características espaciais, angulares e temporais, os mecanismos 
de propagação de raios, as perdas de penetração de material e o 
efeito da chuva, neve e outras perdas de atenuação associadas a 
diferentes frequências de mmWave. Consulte a Tabela II para um 
resumo [29].
( ,   ) = = exp (-^  (   ) ), (1)
Onde      ( ,   ) e      (   ) são a potência recebida e do 
transmissor, e   é a distância entre o transmissor e o 
receptor. Aqui,^  (   ) denota o coeficiente de absorção do 
meio. O^  (   ) é a soma do coeficiente de absorção 
individual de cada constituinte do gás, que depende de 
sua densidade e tipo [51].
2) Atenuação de chuva: Os comprimentos de onda do espectro 
mmWave variam entre 1 a 10 milímetros, enquanto o tamanho médio 
de uma gota de chuva típica também é da ordem de alguns milímetros. 
Como resultado, os sinais mmWave são mais vulneráveis ao bloqueio 
por gotas de chuva do que os sinais convencionais de microondas. A 
chuva fraca (digamos, 2 mm / h) impõe uma perda máxima de 2.55 dB / 
km enquanto a chuva forte (digamos, 50 mm / h) impõe uma perda 
máxima de 20 dB / km. Em regiões tropicais, uma chuva torrencial de 
monções a 150 mm / h tem uma atenuação máxima de 42 dB / km em 
frequências acima de 60 GHz. No entanto, nas bandas inferiores do 
espectro mmWave, como o 28
Da mesma forma, em [46], medições foram realizadas para 
caracterizar links sem fio THz para ambientes internos e 
externos. No caso de ambientes externos, [46] mostrou que a 
interferência de caminhos não intencionais do NLOS poderia 
limitar o desempenho do BER. O impacto do clima em links THz 
de alta capacidade foi discutido em [47]. As faixas de 
freqüência adequadas para a comunicação THz foram 
estudadas em [48], [49]. Em [50], a caracterização do canal 
intra-vagão em 60 GHz e 300 GHz é feita usando medições, 
simulações e modelagem.
5
TABELA II
Esforços de medição de canal MmWave para vários ambientes.
Cenário / Meio Ambiente Esforços de medição
Configurações internas, como sala de 
escritório, corredores de escritório, 
laboratório universitário.
• Características de propagação de banda estreita do sinal, potência recebida e medições da taxa de erro de bit (BER) [30].
• Medições das características / distribuição de desbotamento [31].
• Efeitos da diversidade de frequência na propagação de múltiplos caminhos [32].
• Medição de propagação de retardo RMS [33].
• Efeitos das alturas do transmissor e do receptor na potência recebida normalizada para regiões LOS e NLOS [34].
Ambientes externos, como 
campus universitário, 
ambientes urbanos, ruas, 
áreas rurais, ambientes 
naturais e pastagens.
• Comparação dos mecanismos de propagação e estatísticas de desvanecimento dos sinais recebidos [35].
• Resposta ao impulso do canal, CDFs do envelope do sinal recebido e propagação do retardo RMS [36].
• Efeitos do espalhamento de múltiplos caminhos sobre a atenuação da folhagem, média e desvio padrão da perda de caminho [37].
• Impactos da atenuação da chuva na disponibilidade do link e na despolarização do sinal [38].
• Os expoentes de perda de caminho e a propagação do atraso médio RMS dos caminhos LOS e NLOS [39] [40].
• Medição externa a uma distância de 5.8 km a 120 GHz [41].
• Efeitos de reflexos de solo e sombreamento humano em medições de perda de caminho de LOS [42], [43].
Medições de propagação do 
canal do trem de alta velocidade 
(HST) no cenário externo.
• Os parâmetros de reflexão e espalhamento para os materiais dos objetos determinísticos e aleatórios presentes no ambiente HST. A verificação 
do modelo de canal em termos de perda de caminho, desvanecimento de sombra, perfil de atraso de potência e desvanecimento em pequena 
escala [44].
Medições de propagação de 
exterior para interior (O2I). • Efeitos de perdas de penetração de exterior para interior no número de componentes de múltiplos caminhos, propagação de retardo RMS, propagação 
angular e diversidade de feixe receptor [45].
103
HO portas, respectivamente [24]. As perdas de penetração mais altas 
limitam a região de cobertura do transmissor mmWave nos 
cenários interno para externo e externo para interno.
Um modelo de probabilidade LOS pode ser usado para incorporar o
ffec
2
Nevoeiro (0,1g / m3)
Visibilidade 50m
102 Chuva excessiva
HO (150mm / h)2
O2 Pesado chuva CO2
(25mm / h)
101 e ts de estatísticas ic blo
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HO
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(0.25mm/ h) HO2
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7,5g / m3
HO Terahertz2
10-1 O Cenário de macro-célula urbana (UMa) [55]
(2 ) (
Milímetro Submilliméter   )      ( ) mdentro 1 ,1 1 -  -   -2 +   2 ,10-2
10 GHz
eu =
100 1THz 10 100 100
3
0  
3cm 3mm 0. 3mm 30 m 3 m 0 m
Cher
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n metros a nd   1 umand   2 Cere
Fig. 1. Variatio
para frequências
dados de [54]
n da atmosfera
na proibição
férico
10G
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(UMi) cenário, com  2 = 36 m. Existem algumas variações
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a cobertura
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o efeito de
3) Blocka
(eu) Folhagem
avançar
gravidade
frequen
folhagem
são obs
frequen
(ii) matéria
frequen
móveis, portas e paredes de quarto. Por exemplo, uma alta perda 
de penetração de 24.4 dB e 45.1 dB foi observado no sinal de 28 
GHz ao penetrar através de duas paredes e quatro
GHz ba nds, ldever rattenvocê
wh
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Lik
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2`(E [ ] + E [ ])
eu( ) = -   , Cher  e = ,
aa t c  
Onde   e   são o comprimento e a largura de um bloqueio retangular 
típico e ` é a densidade dos bloqueios. Um modelo de bloqueio 
diferente conhecido comoModelo de bola LOS foi introduzido
At
en
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o 
(d
B 
/ K
m
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 w
ay
)
6
em [58] que assume que todos os links dentro de uma bola fixa de raio   
são LOS, ou seja,
Normal
Onda refletida
√
2`E [ ]
 
Onda de incidente
eu( ) = EU(  <  ), Onde    = ,
Ψ Onda dispersa
que também pode ser usado na análise de redes celulares 
mmWave.
4) Sombreamento Humano e Auto-bloqueio: Conforme discutido 
anteriormente, a propagação em frequências mmWave / THz pode sofrer 
atenuação significativa devido à presença de humanos, incluindo o 
autobloqueio do próprio equipamento do usuário. Em [59], os bloqueios do 
corpo humano foram modelados usando um modelo booleano no qual os 
humanos são modelados como cilindros 3D com centros formando um 
processo de ponto de Poisson 2D (PPP). Assumiu-se que suas alturas eram 
normalmente distribuídas. Em ambientes internos, bloqueios humanos 
também foram modelados como círculos 2D de raio fixo  com centros 
formando um PPP (`) [60]. A probabilidade de LOS para um link de 
comprimento  neste caso acaba sendo
  
     
Superfície áspera
Fig. 2. Diagrama esquemático de um incidente de ondas de rádio em uma 
superfície. \  é o ângulo de incidência, \  é o ângulo refletido, \  é o ângulo 
espalhado e Ψ é o ângulo entre as ondas refletidas e espalhadas.
frequências mais baixas, o fenômeno de reflexão é significativo, enquanto o 
espalhamento é insignificante, pois a maioria das superfícies são suaves em 
comparação com a onda. Como resultado, as reflexões são mais 
proeminentes nas bandas inferiores do mmWave, enquanto o espalhamento 
é moderado. No entanto, à medida que aumentamos a frequência para as 
bandas THz, o espalhamento torna-se significativo, uma vez que a 
rugosidade na superfície das paredes e terrenos de edifícios torna-se 
comparável ao comprimento de onda da portadora. Como resultado, os 
componentes do sinal espalhado em THz são mais significativos em 
comparação com os caminhos refletidos.
Para superfícies ásperas, o espalhamento resulta em perda adicional 
na onda refletida, se houver. Portanto, o fator de perda de 
espalhamento (denotado por ) deve ser considerado para obter o
eu = 1 -  -`(   +  2)
O autobloqueio de um usuário também pode ser modelado usando um 
cone de ângulo 2D   (que é determinado pela largura do equipamento do 
usuário e distância do usuário ao equipamento), de modo que todos os BSs 
caindo neste cone são considerados bloqueados [61].
5) Reflexões e dispersão: Considere uma onda EM colidindo com 
uma superfície. Se a superfície for lisa e eletricamente maior do 
que o comprimento de onda da onda, vemos um único reflexo em 
uma determinada direção. A fração do campo incidente que é 
refletida na direção especular é denotada pelo coeficiente de 
reflexão da superfície lisa, denominado Γ , o que também explica a 
perda de penetração. A potência refletida é, portanto,
coeficiente de reflexão Γ de uma superfície rugosa [62]
[(
 ℎcom   ≈ exp -8
)]
cos\ 2Γ =  Γ , rms   ._
Portanto, a potência espalhada desta superfície é dada por
( )
PS = P 1 -  2 Γ2
e a potência refletida é dada por
PR = PΓ2 = P 2Γ2
 , (2)
PR = PΓ2 ,
Onde   é o poder da onda incidente. No entanto, se a superfície for 
rugosa, a onda se espalha em muitas direções, além de um 
componente refletido na direção especular. Este fenômeno é 
conhecido comoespalhamento difuso [62], que também é exibido pelos 
sinais mmWave / THz. Conforme discutido a seguir em detalhes, esse 
comportamento é atribuído aos comprimentos de onda menores, que 
são comparáveis ao tamanho de pequenas características estruturais 
das superfícies dos edifícios.
Mais importante ainda, se uma superfície será percebida 
como lisa ou rugosa depende das propriedades da onda 
incidente. OCritérios Rayleigh pode ser usado para determinar 
a suavidade ou aspereza de uma superfície com base na altura 
crítica associada à onda ℎ , que é dado como [62]
 . (3)
A fração da onda incidente que é espalhada é representada pelo 
coeficiente de espalhamento  2. O coeficiente de espalhamento 2 É 
dado por
P
2 = S = 1 -  2 Γ2P
( )
 .
Existem vários modelos para caracterizar a variação da potência de 
espalhamento com a direção de espalhamento. Um dos modelos 
amplamente utilizados é o modelo de espalhamento diretivo (DS), 
que afirma que o lóbulo de espalhamento principal é direcionado 
na direção geral da onda refletida especular (\  na Fig. 2) e o
poder espalhado em uma direção \  é_
8cos\ ℎ  = ,
(
1 + cos (\  - \  )  
)  
PS(\ ) ∝ ,
Onde ℎ  depende do ângulo de incidência \  e comprimento de 
onda_. Deixe a protuberância de superfície mínima a máxima da 
superfície dada ser denotada porℎ0, enquanto a altura RMS da 
superfície é ℎrms . Então seℎ0 < ℎ , a superfície pode ser considerada 
lisa, e se ℎ0 > ℎ , a superfície pode ser considerada rugosa para a 
onda particular com comprimento de onda _. Isso implica que 
como_ diminui, a mesma superfície que era lisa na parte superior _
, pode começar a ficar difícil. Portanto, em
2
Onde    representa a largura do lóbulo de dispersão. Em [63], o 
modelo DS é usado para modelar a propagação de uma onda de 
60 GHz no quarto do hospital. O modelo DS concordou com a 
dispersão de edifícios rurais e suburbanos quando validado com 1.
Medidas de propagação de 29 GHz [64].
Agora podemos calcular a potência espalhada em um receptor de 
um transmissor localizado em    distância da superfície. A partir de
7
a equação de Friis e (2), a potência dispersa total da superfície 
pode ser expressa como
frente, e a seção transversal do feixe aparece como um padrão 
pontilhado com uma variação de intensidade local e temporal 
substancial no receptor. A distância de transmissão sem fio 
infravermelho (IR) é limitada pelos efeitos de cintilação [67]. O 
resultado da cintilação na comunicação THz prática é menor do que os 
feixes de infravermelho. As ondas THz que viajam perto da superfície 
da terra podem ser influenciadas pela turbulência atmosférica [68]. No 
entanto, a extensão em que os efeitos de cintilação impactam as 
bandas THz ainda não é bem compreendida.
Pt P    S = 2   ,4  2 
onde Pt é o poder transmitido,    é o ganho da antena do 
transmissor, e    é a abertura efetiva da superfície de dispersão. 
Agora, a partir do modelo DS, a potência dispersa PS à distância   
na direção \ , é
( )
1 + cos (\  - \  )    PS(\ ) = PS0 2
onde PS0 é a potência máxima dispersa dada como D. Beamforming e padrões de antena
PS Em sistemas de múltiplas entradas e saídas (MIMO), a formação de 
feixes é usada para focar um sinal sem fio em um receptor específico 
(ou longe de certas direções para evitar a interferência de dispositivos 
nessas direções). O ganho assim obtido na relação sinal-ruído (SNR) no 
receptor pretendido é chamado deganho de formação de feixe, que é 
essencial em sistemas mmWave para garantir uma recepção confiável. 
Os sistemas MIMO tradicionais foram baseados nobeamforming digital
, em que cada elemento na matriz de antenas tem sua unidade de 
conversão digital para analógica (D / A) separada e a cadeia de RF. No 
entanto, o beamforming totalmente digital não é adequado para 
frequências mmWave devido ao aumento de muitas vezes no número 
de elementos da antena, que não apenas aumenta o custo do sistema 
geral, mas também o consumo de energia substancial [15]. Além disso, 
o consumo de energia geralmente escala linearmente com a taxa de 
amostragem e exponencialmentecom o número de bits por amostras 
[10], [15], [24], [25].
PS0 = ∫ ∫ ( )  1 + cos ( \ -\ )   2
∫ ∫ (
 
  2 d\ d  
)   
Se definirmos    = 1 + co ( \ s - \  )2 d\ d  , então
1P̄S
 2
P  =  2   4  2PS0 = t   .
    2   
Portanto, a energia recebida no receptor localizado em um ângulo
e uma distância    da superfície, é dado como\
_2
4 pr = PS(\ ) × Abertura efetiva da antena = PS   (
1 + cos (\  - \  )
)   Pt 
4 =  2 
  1 _2
4      
1
    , (4) 2 2 2  
Onde    é o ganho da antena do receptor. O modelo também pode ser 
estendido para considerar o lóbulo retroespalhado.
6) Difração: Devido ao seu comprimento de onda curto, nas 
frequências mmWave / THz, a difração não será tão proeminente 
como nas frequências de microondas [52]. Nessas frequências, o 
NLOS tem significativamente menos potência em comparação com 
o caminho LOS [65]. No entanto, pode ser possível estabelecer 
ligações THz na sombra dos objetos com a ajuda da difração [66].
7) Propagação Doppler: Uma vez que a propagação Doppler é 
diretamente proporcional à frequência e à velocidade dos usuários, é 
significativamente mais alta nas frequências de onda mm do que nas 
frequências abaixo de 6 GHz. Por exemplo, o spread Doppler em 30 
GHz e 60 GHz é 10 e 20 vezes maior do que em 3 GHz [24].
8) Ruído de absorção: Junto com a atenuação na potência do 
sinal, a absorção molecular provoca a vibração interna nas 
moléculas que resulta na emissão da radiação EM na mesma 
frequência das ondas incidentes que provocaram essa vibração. 
Devido a isso, a absorção molecular introduz um ruído adicional 
conhecido como ruído de absorção. Como a absorção é 
significativa nas bandas THz, o ruído de absorção é incluído no 
ruído total como um termo adicional. Geralmente é modelado 
usando uma temperatura de ruído equivalente do ambiente
Para reduzir o consumo de energia, beamforming analógico foi 
proposto para sistemas mmWave onde uma única cadeia de RF é 
compartilhada por todos os elementos da antena. Cada antena é 
alimentada com a versão com mudança de fase do mesmo sinal de 
transmissão, onde a mudança de fase é determinada de acordo com a 
direção de formação do feixe. No entanto, tal transmissão é limitada a 
um único fluxo e transmissão / recepção de um único usuário. Para 
habilitar a transmissão multiusuário / multi-stream para redes 
mmWave [10], [15], [24], [25],beamforming híbrido foi proposto em que 
mais de uma cadeia de RF é usada. As arquiteturas de formação de 
feixes híbridas são amplamente classificadas em dois tipos,arquitetura 
de formação de feixe híbrida totalmente conectada, onde cada cadeia 
de RF é conectada a todas as antenas e oarquitetura de formação de 
feixe híbrida parcialmente conectada, onde cada cadeia de RF é 
conectada a um subconjunto de elementos de antena. Claramente, a 
formação de feixe híbrida oferece uma compensação entre a baixa 
complexidade, mas a formação de feixe analógica restritiva, e a alta 
complexidade, mas a formação de feixe totalmente digital mais flexível.
1) Padrões de formação de feixe analógico: Devido à formação 
de feixe analógico, o ganho efetivo no sinal recebido pode ser 
calculado usando os padrões de antena do transmissor e receptorcausada pela absorção molecular [53].
9) Efeitos de cintilação: cintilação refere-se ao rápido que representa o ganho em diferentes direções ao redor do
flutuação na fase e amplitude da onda devido à rápida variação 
local no índice de refração do meio através do qual a onda está 
viajando. A variação local de temperatura, pressão ou umidade 
causa pequenas variações no índice de refração ao longo da 
frente de onda do feixe, o que pode destruir a fase
matriz tenna (por exemplo, consulte (8)). Vários padrões de antenas têm sido 
propostos na literatura para auxiliar na avaliação de sistemas de onda 
mmm. Alguns exemplos são discutidos abaixo.
Modelo de matriz linear uniforme (ULA): Para o espaçamento do elemento da 
antena   e comprimento de onda do sinal _, o ganho da antena de um  -
8
em [71] onde há   número de lóbulos, cada um com um 
ganho constante. O ganho da matriz e a largura de cada 
lóbulo são obtidos minimizando a função de erro entre 
o padrão multilóbulo e o padrão real da antena. A 
limitação do modelo inclui a falta da característica de 
roll-off do padrão real da antena, devido ao qual o 
desempenho analítico previsto da rede pode divergir do 
desempenho real da rede [72].
Modelo de antena gaussiana: O modelo de antena gaussiana é 
proposto a fim de capturar os efeitos de roll-off no padrão real da 
antena, que geralmente ocorrem devido a pequenas perturbações 
e desalinhamento entre o receptor e o transmissor [73], [74]. O 
ganho da antena para este modelo é dado como
Fig. 3. O modelo de antena setorizada [15] que fornece tratabilidade analítica nas 
avaliações de nível de sistema dos sistemas mmWave.
matriz ULA [69] é Gaussiana(\) = (   -   ) -[\2 +   . (7)
pecado2(   ) 2 
pecado2(  )
Onde    é o ganho máximo do filão principal que ocorre quando\ = 
0,    é o ganho do lóbulo lateral e [ é um parâmetro que controla a 
largura do feixe de 3 dB.
Modelo de antena cosseno: O padrão da antena para cosseno
agir( ) = , (5)
Onde   =  
o ângulo espacial de partida (AoD), \, do sinal de transmissão. A fim de 
evitar os lóbulos de grade nas frequências de mmWave, o espaçamento 
do elemento da antena  geralmente é mantido na metade do 
comprimento de onda. Desde o ângulo espacial  depende de  , 
podemos usar a aproximação sin (  ) '    no denominador. Portanto, a 
função de ganho de matriz em (5) pode ser aproximada como uma 
função sinc quadrada
_ cos\ é a direção do cosseno correspondente a
padrão de antena é dado como [70]
() ( )   \ 1\| ≤2
1
 cos(\) = cos2 .
Este modelo pode ser estendido para incluir vários lóbulos [75] para 
dar flexibilidade adicional.
2) Padrões de antena para transmissão multiusuário / stream:A 
discussão acima pode ser estendida para incluir o híbridopecado2(   )
(   )2
sinc( ), . (6) beamforming com suporte a transmissão multi-stream ou multiusuário
sion. Como umem camadas técnica, a formação de feixe híbrida pode 
ser vista como uma combinação linear da formação de feixe digital e 
analógica. Portanto, o padrão de antena eficaz no caso de transmissão 
multiusuário ou fluxo múltiplo consistirá em padrões de feixe analógico 
individuais, um para cada fluxo ou usuário.
3) Formação de feixe THz: A faixa de transmissão limitada de ondas 
THz pode ser estendida de alguma forma por meio de sistemas de 
antenas ultrassensivas de múltiplas entradas e saídas (UM-MIMO) 
muito densas. Como o número de antenas que podem caber na mesma 
área aumenta com o quadrado do comprimento de onda, os sistemas 
THz podem acomodar um número ainda maior de elementos de 
antena do que os sistemas mmWave. Este grande conjunto de antenas 
compactas resulta em feixes altamente focalizados (feixes de lápis) de 
alto ganho que auxiliam no aumento da distância de transmissão.
Semelhante à comunicação mmWave, o alto custo e o alto consumo 
de energia na formação de feixes digitais tornam-no inadequado para 
comunicação THz. A formação de feixe analógica na banda de onda THz 
pode reduzir o número de deslocadores de fase necessários no 
domínio de RF. No entanto, está sujeito às restrições de hardware 
adicionais porque os deslocadores de fase analógicos são controlados 
digitalmente e têm apenas valores de fase quantizados, o que 
restringirá significativamente o desempenho da formação de feixes 
analógicos na prática. Por outro lado, o beamforming analógico / 
digital híbrido é novamente uma melhor troca entre os métodos 
analógico e digital. O beamforming híbrido pode ter menos cadeias de 
RF do que antenas e se aproxima do desempenho totalmente digital 
em canais esparsos [76].
Os tipos de antenas que podem ser usados na comunicação 
THz são antenas fotocondutoras, antenas de chifre, antenas de 
lente, antenas de microfita e antenas on-chip. Inicialmente,
Isto padrão de antena sinc tem sido amplamente utilizado paraa 
análise numérica na teoria da antena. Autores em [70] verificaram 
a precisão do limite inferior estreito fornecido pelo modelo de 
antena sinc para o padrão de antena real que o torna altamente 
adequado para a análise de desempenho de rede dos sistemas 
mmWave.
Modelo de antena setorizada: Para manter a tratabilidade analítica 
na análise de cobertura de rede, muitos pesquisadores aproximam o 
padrão real da antena com o flpadrão de antena no topo, também 
conhecido como modelo de antena setorizada (veja a Fig. 3). Neste 
modelo, o array ganha na largura do feixe de meia potência (HPBW)\3dB 
são aproximados ao ganho máximo do lóbulo principal    enquanto os 
ganhos da matriz correspondentes aos restantes AoDs são 
aproximados ao primeiro ganho do lóbulo lateral   do padrão real da 
antena [58]. Conseqüentemente, o ganho no
direção \ é dado como
{
  
  
E se \ ∈ [-\3dB, \3dB]de 
outra forma.
Plano(\) =
Assim, o padrão de antena de topo plano modela os ganhos reais do 
conjunto de antenas que variam continuamente usando os ganhos do 
lóbulo principal fixo e do lóbulo lateral. Para cenários de rede 
altamente densa, a interferência agregada dos lobos laterais é 
significativa por causa do qual o termo   não deve ser ignorado na 
análise. Este modelo é limitado em sua capacidade de se ajustar a 
padrões arbitrários de antena e não é adequado para analisar 
desalinhamentos de feixe.
Modelo de antena multi-lóbulo: A fim de generalizar o padrão da 
antena plana, um modelo de antena multi-lóbulo foi proposto
9
As antenas THz foram projetadas dentro do semicondutor usando 
Fosfeto de Índio (InP) ou Arsenieto de Gálio (GaAs) em que o controle 
do padrão de radiação era difícil devido à alta constante dielétrica. 
Portanto, antenas baseadas em lentes que eram alimentadas por 
chifres foram propostas. Outras abordagens, como empilhar diferentes 
camadas de substrato com diferentes propriedades dielétricas, foram 
propostas para melhorar a eficiência da antena [77]. Além de antenas 
metálicas e antenas dielétricas, antenas baseadas em novos materiais 
também são possíveis.por exemplo, antenas baseadas em nanotubos 
de carbono e as antenas planares de grafeno [78].
nível nanoescala, os modelos de canal foram apresentados em 
[89], [90] para comunicação THz intra-corporal. Um modelo de 
canal híbrido foi discutido em [91] para comunicação chip a chip 
via frequências THz.
Descrevemos agora um modelo de canal analiticamente tratável 
simples, mas poderoso, que pode ser adaptado a vários cenários de 
propagação. Isso é adequado para a análise de desempenho em nível 
de sistema, incluindo o uso de ideias de geometria estocástica.
1) Canal mmWave: Considere um link entre um transmissor 
e um receptor localizado em   distância do tipo   Onde  ∈ {eu,N} 
denotando se o link é LOS e NLOS [15]. Para simplificar, vamos 
assumir a comunicação de banda estreita e a formação de 
feixes analógicos. A potência recebida no receptor é dada 
como
E. Modelos de canais
Para avaliar o desempenho do sistema de comunicação, a primeira 
etapa é construir um modelo de canal preciso. Não 
surpreendentemente, os pesquisadores desenvolveram diferentes 
modelos de canais para mmWave para serem usados em simuladores 
e análises. Por exemplo, em 2012, os facilitadores de comunicações 
móveis e sem fio para o projeto da sociedade da informação vinte e 
vinte (METIS) propuseram modelos de três canais, ou seja, o modelo 
estocástico, o baseado em mapa e o modelo híbrido, onde o modelo 
estocástico é adequado para frequências até 70 GHz, enquanto o 
modelo baseado em mapa é aplicável para frequências de até 100 GHz. 
Em 2017, o modelo de canal 3GPP 3D para a banda sub-100 GHz foi 
proposto. NYUSIM é outro modelo de canal desenvolvido com a ajuda 
de medições de canal de propagação do mundo real em frequências 
mmWave variando de 28 GHz a 73 GHz em diferentes cenários externos 
[79]. Modelos estatísticos de canais para UM-MIMO são classificados 
emmodelos baseados em matriz e modelos baseados em antenas de 
referência. Os modelos baseados em matriz caracterizam as 
propriedades da matriz completa de transferência de canal. Por outro 
lado, os modelos baseados em antena de referência consideram 
primeiro uma antena transmissora e receptora de referência e 
analisam o modelo de propagação ponto a ponto entre elas. Então, 
com base neste modelo, a matriz completa do canal é gerada 
estatisticamente [80].
Como já discutido acima, os canais THz exibem características 
de propagação muito diferentes em comparação com as bandas 
de frequência mais baixas. Portanto, modelar o canal e o ruído é 
essencial para a avaliação precisa do desempenho dos sistemas de 
comunicação THz [81]. Mesmo o cenário de espaço livre não é 
simples de modelar neste caso, devido ao nível significativo de 
absorção molecular. Portanto, é necessário incluir um termo 
exponencial adicional junto com o modelo da lei de potência na 
equação de perda de caminho. No geral, as características 
peculiares de propagação das ondas THz já discutidas na Seção III-
C tornam sua análise desafiadora.
Exceto para as medições recentes nas frequências sub-THz [52], 
o resto do trabalho de modelagem do canal THz é conduzido pelo 
traçado de raio [82] - [84] ou modelagem estatística do canal [50], 
[85] - [91] . Em particular, um modelo estatístico para o canal THz 
baseado em um modelo espacial estocástico universal foi 
introduzido em [86] para canais internos variando de 275 GHz a 
325 GHz. Um modelo estatístico geométrico 2D para canais de 
dispersão dispositivo a dispositivo em frequências sub-terahertz 
(sub-THz) foi proposto em [87], [88]. Além do modelo de canal 
externo, o modelo interno para caracterização de canal intra-vagão 
a 300 GHz foi discutido em [50]. No
r =  tℓ  ( ) R(\R) t (\t)  (8)
Onde
1) ℓ  ( ) denota a perda de caminho padrão à distância   que é devido à 
perda de propagação. É dado por uma função de perda de caminho, 
normalmente modelada usando power-law como
ℓ  ( ) =    -   ,
Onde    é o ganho de campo próximo e    é o expoente de perda de 
caminho.
2)  t é a potência de transmissão,
3)  t e  R são os padrões de antena do transmissor e receptor, 
enquanto \t e \R são os ângulos que denotam a direção do 
feixe do transmissor e do receptor. Portanto, t (\t)e  R(\R) são, 
respectivamente, os ganhos da antena do transmissor e do 
receptor.
4)   denota o coeficiente de desvanecimento em pequena escala. O desbotamento de 
Nakagami é frequentemente assumido com parâmetros diferentes`eu
e `  para link LOS e NLOS [15]. Portanto  é uma 
variável aleatória Gamma com parâmetro ` .
O modelo de canal acima pode ser estendido para diferentes 
ambientes e cenários de propagação, por exemplo, para incluir 
caminhos múltiplos [15], canal multi-rank [92], [93], formação de 
feixe híbrido [93] e MIMO massivo. Uma vez que as bandas 
específicas com alta perda de absorção são evitadas, o efeito da 
absorção molecular pode ser ignorado para a comunicação de 
onda mm.
2) Canal THz: Uma vez que a atenuação atmosférica e o 
espalhamento são proeminentes nas frequências THz, espera-se 
que o modelo do canal THz seja diferente daquele discutido acima 
para as comunicações mmWave. Devido à grande diferença entre 
links LOS e NLOS, a maioria dos trabalhos considerou apenas links 
LOS [94], [95]. Para simplificar, assumiremos a comunicação de 
banda estreita. Se considerarmos um link LOS entre um 
transmissor e um receptor localizado em  distância do tipo  , o 
poder recebido  r é dado por [46], [67]
r =  tℓ( ) R(\R) t (\t) ( ) (9)
Onde  ( ) é um termo de perda adicional devido à absorção molecular 
definida em (1). Em links LOS, a perda de caminho pode ser dada pela perda 
de caminho de espaço livreou seja,
( )
4  4  2
_2 1ℓ( ) = .
10
O modelo pode ser estendido para incluir espalhadores / 
refletores. Se 1 é a distância entre o transmissor e a superfície 
enquanto 2 é a distância entre a superfície e o receptor, então a 
potência espalhada e refletida sãoA. Principais implicações de design do sistema
1) Coexistência com sistemas de baixa frequência: Devido ao seu 
alcance de transmissão limitado, um sistema mmWave pode não 
funcionar de forma eficaz em uma implantação autônoma [106]. Em 
particular, eles precisam coexistir com redes celulares convencionais 
operando em bandas sub-6 GHz mais favoráveis, de modo que todo o 
gerenciamento de nível de controle, incluindo balanceamento de carga 
e handovers, seja realizado em transmissões de microondas sub-6 GHz 
enquanto as transmissões de dados ocorrem no Bandas mmWave. 
Essas redes fornecerão alta capacidade e melhor rendimento em 
comparação com as redes autônomas, sem diminuir a confiabilidade 
[107]. Além disso, a macro-diversidade pode ser utilizada, onde vários 
BSs (alguns podem ser menores que 6 GHz e alguns são mmWave) 
podem se conectar a um usuário simultaneamente para melhorar a 
probabilidade de LOS e o rendimento do link [103].
2) Compartilhamento de espectro: Em frequências mais baixas, possuir 
uma licença exclusiva de uma banda de espectro garante confiabilidade e 
oferece garantias de desempenho para aplicativos com operações 
cronometradas para uma operadora. No entanto, os sistemas mmWave 
geralmente operam em um regime de ruído limitado, devido ao qual o 
licenciamento exclusivo para essas frequências pode resultar em uma 
subutilização do espectro [9]. Foi demonstrado que o compartilhamento de 
espectro em frequências mmWave não requer coordenação sofisticada 
entre células e até mesmo o compartilhamento não coordenado de espectro 
entre dois ou mais operadores é viável [108]. Esta é uma opção atraente 
para oespectro não licenciadolocalizado nas bandas de 59-64 GHz e 64-71 
GHz, o que permitirá que vários usuários acessem o espectro sem qualquer 
coordenação explícita. Esse uso de espectro não licenciado aumenta a 
utilização do espectro e ajuda a minimizar a barreira de entrada para 
operadores novos ou de pequena escala. Mesmo em bandas licenciadas, o 
uso compartilhado do espectro pode ajudar a aumentar a utilização do 
espectro e reduzir os custos de licenciamento. Também foi demonstrado 
que mecanismos simples de coordenação de interferência entre células 
podem ser usados para melhorar o desempenho de compartilhamento 
[10], [15], [24], [25], [109]. Além disso, as bandas onde a comunicação 
mmWave coexiste com outros serviços (incluindo serviços incumbentes e 
aplicativos implantados recentemente) podem precisar se proteger no caso 
de implantações densas. Para isso, mecanismos de compartilhamento de 
licença de espectro, como descoordenado, estático, e dinâmico são as 
opções viáveis nessas bandas. As oportunidades de compartilhamento de 
espectro em bandas de mmWave também trazem a necessidade de 
desenvolver novos métodos de licenciamento de espectro que precisam ser 
mais flexíveis, oportunistas, dinâmicos e específicos à área [9].
3) Redes ultradensas: Redes ultradensas (UDN) são caracterizadas 
por distâncias entre sites muito curtas. Eles geralmente são usados 
para fornecer cobertura local em áreas residenciais altamente 
populosas, prédios de escritórios, campi universitários e centros de 
cidades. As frequências mmWave são um candidato natural para UDNs 
por causa da transmissão direcional e sensibilidade de bloqueio que 
limita a interferência mesmo em implantações ultradensas. Além disso, 
o backhaul automático fornece uma maneira barata de conectar esses 
APs / BSs densamente implantados ao backhaul.
4) Formação de feixes baseada em aprendizagem profunda: O desempenho 
dos sistemas mmWave em um cenário de alta mobilidade é severamente afetado 
pela grande sobrecarga de treinamento, que ocorre devido à atualização 
frequente de grandes vetores de formação de feixes. Nos últimos anos, técnicas 
de beamforming baseadas em aprendizagem profunda
Pr,S =  t R(\R) t (\t)ℓ( 1) ( 2) ( 1) ( 2) Γ 
e
Pr,R =  t R(\R) t (\t)ℓ( 1 +  2) Γ2 ( 1 +  2) Γ ,
respectivamente, onde Γ  e Γ  são coeficientes relacionados à reflexão e 
espalhamento e podem depender da orientação e propriedades da 
superfície. O modelo de canal acima pode ser estendido para incluir 
outros cenários, por exemplo, caminhos múltiplos e comunicação de 
banda larga [82].
4. The mmWave Communications Systems
Como já discutido acima, a principal vantagem de usar 
comunicações mmWave é a disponibilidade de espectro abundante, o 
que está tornando possível a comunicação multi-gigabit por segundo 
[96]. No entanto, os sinais do mmWave são mais suscetíveis a 
bloqueios e perdas de folhagem, o que exige uma transmissão 
altamente direcional. A combinação de alta atenuação de sinal e 
transmissão direcional oferece várias vantagens e desvantagens para 
sistemas de onda mm mais práticos. Do lado positivo, eles tornam os 
sistemas mmWave mais resistentes à interferência e, portanto, mais 
propensos a operar no regime de ruído limitado [2]. Por causa disso, é 
possível que as operadoras usem um fator de reutilização de maior 
frequência, resultando em maior capacidade de rede [97], [98]. Pelas 
mesmas razões, As transmissões do mmWave são inerentemente mais 
seguras em comparação com as transmissões abaixo de 6 GHz [99] - 
[102]. Por exemplo, a alta atenuação da suscetibilidade a bloqueios 
torna difícil para os bisbilhoteiros remotos até mesmo ouvirem as 
transmissões do mmWave, a menos que estejam localizados muito 
perto dos transmissores. Finalmente, como será discutido em detalhes 
a seguir, essas razões também tornam o compartilhamento de 
espectro mais viável nas frequências de onda mm.
Por outro lado, com alta diretividade, a pesquisa inicial de células 
torna-se um problema crítico. Por causa do uso de feixes direcionais, 
tanto os BSs quanto os usuários precisam realizar uma pesquisa 
espacial em uma ampla gama de ângulos para alinhar seus feixes de 
transmissão e recepção na direção correta. Isso adiciona atraso e 
sobrecarga significativos à comunicação. A situação se degrada ainda 
mais quando os usuários são altamente móveis devido ao aumento de 
ocorrências de handovers. Além disso, a maior suscetibilidade a 
bloqueios pode resultar em interrupções. Uma abordagem para 
mitigar isso é utilizar o conceito de macro-diversidade [103], [104] e 
[105], onde conexões simultâneas com vários BSs são mantidas para 
cada usuário de modo que ele não experimente qualquer interrupção 
de serviço em caso de bloqueio de um BS.
Depois de resumir esses recursos-chave das comunicações 
mmWave, discutiremos agora algumas implicações-chave desses 
recursos no design do sistema. Esta seção será concluída com uma 
discussão sobre os usos potenciais das comunicações mmWave 
em sistemas 6G futuros.
11
têm atraído um interesse considerável devido à sua capacidade de reduzir 
essa sobrecarga de treinamento. No transmissor, os sinais piloto do UE são 
primeiro transmitidos para aprender a assinatura de RF do ambiente vizinho 
e, em seguida, esse conhecimento é usado para prever os melhores vetores 
de formação de feixe para a assinatura de RF de dados transmitidos. Assim, 
após a fase de aprendizagem bem-sucedida, os modelos de aprendizagem 
profunda requerem sobrecarga de treinamento desprezível, o que garante 
cobertura confiável e baixa latência para as aplicações mmWave [110].
faixa de cobertura de cerca de 10 m [120]. Assim, eles fornecem uma 
plataforma ideal para trocar uma grande quantidade de dados entre 
diferentes tipos de redes, dispositivos e usuários em um período de 
tempo muito curto. Ao contrário das redes celulares convencionais de 
pequenas células, os ISs podem ser usados para descarregar e pré-
buscar dados da rede sem fio de longa distância para aplicações como 
transferência instantânea de arquivos e streaming de vídeo. Os ISs 
também ajudam a melhorar a eficiência energética e a vida útil da 
bateria do terminal móvel devido à sua capacidade de baixar vídeos e 
arquivos grandes em poucos segundos. No entanto, as instalações de 
SIs requerem uma arquitetura muito robusta que podefuncionar 
perfeitamente com as redes celulares atuais e ainda é uma área aberta 
de pesquisa [121], [122].
4) Comunicações aéreas: Muitas bandas de frequência na região do 
espectro mmWave já estão sendo usadas para suportar a transmissão 
de satélite para o solo de alta capacidade. No entanto, com a 
maturidade da tecnologia de drones, espera-se que as futuras redes 
sem fio tenham um componente aéreo muito mais dinâmico, com 
drones usados em um conjunto diversificado de aplicações, como 
agricultura, mapeamento, controle de tráfego, fotografia, vigilância, 
entrega de pacotes, telemetria e tratamento sob demanda de cargas 
de rede mais altas em grandes reuniões públicas, como concertos de 
música. Devido à maior probabilidade de LOS em muitas dessas 
aplicações, espera-se que as comunicações mmWave desempenhem 
um papel particularmente promissor. Além disso, a implantação rápida 
(sob demanda) e fácil de drones também os torna atraentes para 
muitas aplicações de segurança pública, especialmente quando a 
infraestrutura de comunicação civil está comprometida ou danificada. 
Naturalmente, as comunicações mmWave também podem 
desempenhar um papel promissor em tais aplicações.
5) Comunicações veiculares:A capacidade dos veículos de se 
comunicarem entre si, bem como a infraestrutura sem fio, não só 
ajuda na navegação de veículos totalmente autônomos, mas 
também é útil na prevenção de acidentes em veículos semi-
autônomos e dirigidos manualmente por meio de alertas 
oportunos e orientação de rota [123] . Devido à alta probabilidade 
de LOS e à necessidade de suportar altas taxas de dados, o 
espectro mmWave (e THz) está sendo naturalmente considerado 
para os sistemas de comunicação veicular [39], [124] - [127]. Além 
disso, comunicações veiculares unificadas e mecanismos de 
detecção de radar são necessários para as implantações massivas 
de carros inteligentes interconectados que podem facilmente lidar 
com os ambientes automotivos em rápido desenvolvimento, 
consistindo em sinais de trânsito em rede, pedestres conectados, 
sistemas de vigilância por vídeo e instalações de transporte 
inteligentes [128 ]
B. Aplicações potenciais de comunicações mmWave em 6G
1) Aplicativos de acesso sem fio: Devido à abundância de largura 
de banda em torno da banda de 60 GHz, várias tecnologias devem 
ser desenvolvidas para suportar operações não licenciadas para as 
redes locais e pessoais sem fio (WLANSs e WPANs) com aplicações 
potenciais no acesso à Internet em casa, escritórios, centros de 
transporte e pontos de acesso da cidade. Espera-se que essas 
tecnologias suportem transmissão de dados multi-gigabit, com 
exemplos incluindo IEEE 802.11ad e IEEE 802.11ay [111], [112]. No 
futuro, as redes de distribuição mmWave (mDNs) baseadas em 
IEEE 802.11ay podem se tornar uma solução alternativa de baixo 
custo para os links de fibra óptica fixos. O objetivo dos mDNs é 
fornecer acesso ponto a ponto (P2P) e ponto a multiponto (P2MP) 
mmWave em cenários internos e externos, bem como serviços de 
backhaul sem fio para as células pequenas em um ad-hoc cenário 
de rede. Os benefícios do IEEE 802. Redes mDN baseadas em 11ay 
são infraestrutura de rede mais barata e cobertura ubíqua de alta 
velocidade, enquanto os principais desafios incluem lidar com 
bloqueios, gerenciamento de interferência e desenvolver 
algoritmos de treinamento de feixe eficientes [113], [114]. Além 
disso, o 5G é visto como um passo significativo na habilitação da 
comunicação celular em bandas mmWave, que deve amadurecer 
ainda mais nos sistemas 6G e além.
2) Infraestrutura de backhaul: É bem conhecido que fornecer 
backhaul de fibra em implantações de pequenas células altamente 
densas é um desafio devido ao aumento de instalação e custo 
operacional [115] - [117]. Não surpreendentemente, muitos 
pesquisadores recentemente investiram seus esforços para habilitar o 
backhaul sem fio em bandas mmWave devido à sua comunicação 
direcional e alto rendimento de LOS. As atuais redes de backhaul 
celulares 5G devem operar nas bandas de 60 GHz e 71-86 GHz, que 
devem ser estendidas para 92 - 114.Banda de 25 GHz devido às suas 
características de propagação semelhantes. Esforços significativos 
também foram feitos no desenvolvimento de novas tecnologias, 
incluindo cancelamento de interferência de polarização cruzada (XPIC), 
agregação de bandas e portadoras (BCA), LOS MIMO, momento 
angular orbital (OAM), a fim de aumentar a capacidade das atuais 
soluções de backhaul mmWave [118 ] Mais trabalho é necessário para 
fornecer soluções de backhaul para as aplicações futuras de 6G que 
precisam de mais dados, usando bandas de ondas maiores de 
mmWave (acima de 100 GHz), bem como o espectro THz [118], [119].
3) Chuveiros de informações: Os chuveiros de informações (ISs) são 
pontos de acesso ultracurto de alta largura de banda em que BSs 
mmWave operando na banda de 60 GHz não licenciada são montados 
nos tetos, portas, entradas de edifícios comerciais ou pavimentos, que 
fornecem taxas de dados multi-gigabit ao longo de um
V. Os Sistemas de Comunicações THz
Depois de discutir os sistemas de comunicação mmWave em 
detalhes na seção anterior, agora nos concentramos nos sistemas 
de comunicação THz nesta seção. Uma vez que a banda THz é mais 
alta em frequência do que a banda mmWave, a comunicação na 
banda THz enfrenta quase todos os desafios críticos que 
discutimos no contexto das comunicações mmWave. Para evitar a 
repetição, iremos nos concentrar nos desafios e implicações que 
são mais exclusivos (ou pelo menos mais pronunciados) para os 
sistemas de comunicação THz.
12
1) Alcance menor: Devido às altas perdas de propagação e absorção 
molecular, a faixa de comunicação das bandas THz é ainda mais 
limitada em comparação com a transmissão de ondas mm. Por 
exemplo, em células pequenas, a banda THz pode fornecer cobertura 
até apenas cerca de 10 m [129]. Além disso, a absorção molecular 
dependente da frequência nas bandas THz resulta em divisão de banda 
e redução da largura de banda [3].
2) Projeto do transceptor THz: Na comunicação THz, os 
transceptores precisam ser de banda larga, o que é um grande 
desafio. A banda de frequência do sinal a ser gerado é muito alta 
para osciladores convencionais, enquanto é muito baixa para 
emissores de fótons ópticos. Este problema é conhecido comoGap 
THz. Outro desafio é o projeto de antenas e amplificadores que 
suportem a transmissão de banda ultralarga para comunicação 
THz [81]. Atualmente, as ondas THz são geradas usando 
osciladores convencionais ou emissores ópticos de fótons, 
juntamente com multiplicador / divisor de frequência.
3) Rastreamento do feixe THz: Assim como os sistemas mmWave, os 
sistemas de comunicação THz requerem beamforming para superar 
grandes perdas de propagação. No entanto, a formação de feixes 
requer informações de estado do canal, o que é um desafio de obter 
quando os tamanhos de array são grandes, como é o caso dos sistemas 
de comunicação THz. Portanto, é vital medir com precisão o AoD dos 
transmissores e o ângulo de chegada (AoA) dos receptores usando 
técnicas de rastreamento de feixe. Embora tais técnicas de 
rastreamento de feixe tenham sido estudadas extensivamente para as 
frequências mais baixas, não é assim para as frequências THz. Na 
comunicação THz, para atingir o alinhamento do feixe, a comutação do 
feixe deve ser feita antes do rastreamento do feixe. No entanto, devido 
aos grandes tamanhos de matriz, o projeto do livro de código para 
comutação de feixe é computacionalmente complexo. Por outro lado, 
esses livros de código complexos irão gerar feixes de alta resolução, 
que ajudam na estimativa precisa do ângulo [76]. Isso fornece um 
exemplo concreto do tipo de desafios e compensações sutis que 
precisam ser cuidadosamente compreendidos durante o projeto de 
sistemas de comunicação THz.
As implicações desses desafios são semelhantes às que discutimos 
para os sistemas mmWave na seção anterior. Por exemplo, devido à 
área de cobertura limitada,os sistemas de comunicação THz são mais 
prováveis de serem implantados para aplicações internas [130]. Em 
particular, os links internos foram considerados robustos, mesmo na 
presença de um ou dois componentes de reflexão NLOS [46]. Da 
mesma forma, devido às pequenas áreas de cobertura e alta 
direcionalidade, espera-se que os sistemas THz compartilhem espectro 
de forma eficiente sem muita coordenação (semelhante aos sistemas 
mmWave). Em bandas onde serviços passivos como radioastronomia e 
monitoramento terrestre por satélite já estão presentes, os sistemas de 
comunicação THz precisam compartilhar o espectro sob algumas 
regras de proteção.
não são possíveis usando o espectro mmWave. Essas 
aplicações incluem videoconferência e streaming ultra HD, 
jogos 3D, realidade estendida, videoconferência holográfica de 
alta definição, comunicações táteis e internet tátil, para citar 
alguns. Dentro das configurações convencionais de rede 
celular, as bandas THz são mais adequadas para aplicações 
internas de pequenas células ou backhaul sem fio de alta 
velocidade para células pequenas [129]. Da mesma forma, nas 
aplicações WLAN convencionais, as redes locais sem fio Terabit 
(T-WLAN) podem fornecer interconexão perfeita entre redes 
com fio de alta velocidade, como links de fibra óptica, e 
dispositivos pessoais, como telefones celulares, laptops e TVs 
inteligentes . Em linhas semelhantes, as redes de área pessoal 
sem fio Terabit (T-WPAN) podem permitir a comunicação de 
velocidade ultra-alta entre os dispositivos próximos.download 
de quiosque, onde uma estação de download de quiosque fixo 
é usada para transferir conteúdo multimídia, como vídeos 
grandes, para telefones móveis localizados em sua 
proximidade [131]. Outras aplicações e vantagens potenciais 
das comunicações THz, como segurança aprimorada, 
relevância para comunicações aéreas e veiculares [132], [133], 
bem como o uso potencial para fornecer conexões sem fio em 
centros de dados, podem ser argumentadas nas mesmas 
linhas que já fizemos para as redes mmWave na Seção IV. Para 
evitar a repetição, não discutiremos isso novamente.
2) Comunicação THz em micro / nanoescala: A banda THz 
também pode ser usada para permitir a comunicação entre 
nanomáquinas [129]. Essas nanomáquinas podem realizar tarefas 
simples, como cálculos, armazenamento de dados, atuação e 
detecção. Dependendo da aplicação, a distância de transmissão 
pode variar de alguns micrômetros a alguns metros. Algumas 
aplicações representativas das comunicações da nanomáquina são 
discutidas abaixo.
(eu) Monitoramento de saúde: Os nanossensores ou nanomáquinas 
implantados dentro do corpo humano podem medir o nível de 
glicose, colesterol, a concentração de vários íons, biomarcadores 
emitidos pelas células cancerosas, etc. [129]. Os dados medidos 
podem ser transmitidos sem fio para um dispositivo fora do 
corpo humano (por exemplo, telefone celular ou uma banda 
inteligente) usando comunicação THz. O dispositivo externo pode 
processar os dados e posteriormente enviá-los para um 
equipamento médico ou médico.
(ii) Defesas nucleares, biológicas e químicas: Os nanossensores são capazes de 
detectar substâncias químicas nocivas e moléculas de armas biológicas com 
eficácia [129]. Em contraste com os sensores químicos em macroescala 
clássicos, os nanossensores podem detectar concentrações muito 
pequenas (tão pequenas quanto uma única molécula).
Como resultado, os nano dispositivos que se comunicam nas 
bandas THz podem ser usados em aplicações de defesa para a 
detecção de agentes químicos, biológicos e nucleares prejudiciais.
(4) Internet de nano-coisas (IoNT) e Internet de bio-nanotings (IoBNT): 
A interconexão de nanomáquinas com a rede de comunicação 
existente é conhecida como IoNT [16]. Esses nanodispositivos 
interconectados via IoNT podem servir a uma variedade de 
finalidades, desde rastrear as condições atmosféricas e o estado 
de saúde até permitir o rastreamento em tempo real. Além disso, 
nano-transceptores e antenas podem
A. Aplicações potenciais da THz Communications em 6G
A comunicação THz tem muitas aplicações em escala 
macro e micro / nano. Alguns dos aplicativos são discutidos 
nesta seção.
1) Comunicação THz em macroescala: A maioria dos casos 
de uso em macroescala de comunicações THz será conduzida 
por aplicativos emergentes que requerem links Tbps, que
13
ser incorporado em quase todos os dispositivos para se conectar 
à Internet. IoBNT é conceitualmente o mesmo que IoNT, mas 
consiste em nanomáquinas biológicas em oposição às 
nanomáquinas baseadas em silício [134]. Nanomáquinas 
biológicas podem ser feitas de materiais biológicos sintéticos e 
uma célula modificada por meio de engenharia genética. O IoBNT 
tem muitas aplicações no campo biomédico.
(4) Comunicação de rede sem fio no chip: As ondas THz podem 
permitir a comunicação entre núcleos de processamento 
embutidos no chip com a ajuda de nanoantenas planas de 
alguns micrômetros de tamanho [135]. Isso cria comunicação 
inter-core de ultra-alta velocidade para aplicações onde a 
área é uma restrição. Nanantenas baseadas em grafeno 
podem ser usadas para o projeto de redes sem fio escaláveis 
e flexíveis nos chips.
Internet
Comunicação molecular
Nanomáquina Prestador de cuidados de saúde
Em formação
Moléculas
Nanodispositivo implantável
Nanodispositivo implantável
Interface nano-micro
Comunicação THz
Fig. 4.
consistindo nos componentes biológicos e artificiais, onde várias 
tecnologias de comunicação, incluindo comunicação molecular e THz, 
podem coexistir [17].
Uma rede de nano comunicação híbrida mostrando um ecossistema
bio-nanomáquinas (que atuam como relés). Agora, para entregar as 
informações coletadas a um receptor fora do corpo humano, um 
nanodispositivo baseado em grafeno é implantado no corpo. Este 
nanodispositivo implantável é composto de um nanossensor químico, 
um transceptor e a bateria. Com base na concentração de moléculas de 
informação transmitidas pelas bio-nanomáquinas ao nanodispositivo 
implantável, a concentração é convertida em um sinal elétrico 
correspondente. Agora, os nanodispositivos implantáveis se 
comunicam com a interface nano-micro por meio de ondas THz. Essa 
interface pode ser um display dérmico ou um microgateway para se 
conectar à Internet.Este tipo de rede de comunicação híbrida é 
biocompatível devido à tecnologia MC e bem conectada com o mundo 
externo através da comunicação THz.
B. Nanonetworks
Embora os recursos de uma única nanomáquina sejam 
limitados a cálculos, detecção e atuação simples, uma rede de 
nanomáquinas interconectadas pode realizar tarefas muito mais 
complexas. As nanomáquinas podem se comunicar umas com as 
outras ou com um dispositivo central. Essas redes têm uma ampla 
variedade de aplicações, desde o tratamento do câncer até o 
monitoramento ambiental. Os dois potenciais portadores de 
informação entre nanomáquinas são ondas EM e moléculas 
químicas. Dentro do corpo humano, a comunicação molecular tem 
várias vantagens sobre as ondas EM, como biocompatibilidade e 
eficiência energética.
Integração com comunicação molecular: Uma rede de 
comunicação em nanoescala consiste em cinco componentes 
fundamentais [17]:
(eu) Portadora da mensagem: Moléculas ou ondas químicas que 
transportam informações do transmissor para o receptor.
(ii) Componente de movimento: Fornece a força necessária para que o 
portador da mensagem se mova no meio de comunicação.
(iii) Componente de campo: Orienta o portador da mensagem no meio de 
comunicação. Os campos externos incluem o campo EM, motores 
moleculares e fluxo de fluido não turbulento. Os campos internos incluem 
movimento de enxame ou comportamento de aglomeração.
(4) Perturbação: Isso representa a variação do portador da mensagem 
para representar a informação de transmissão. A perturbação é 
semelhante à modulação nas telecomunicações. Isso pode ser 
obtido variando a concentração ou o tipo de moléculas com base 
nas informações transmitidas.