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太赫茲頻帶中的電磁無線奈米網路的通道建模和容量分析
摘要奈米技術有望為生物醫學，工業和軍事領域的多種應用提供新的解決方案。在奈米尺度上，奈米機器被認為是能夠執行非常簡單任務的最基本的功能單元。奈米機器之間的通訊將使它們能夠以分布式方式完成更複雜的功能。在本文中，對分子電子學的最新發展進行了綜述，以促進對太赫茲帶（0.1-10.0 thz）的研究，以實現奈米器件之間的電磁（em）通訊。基於輻射轉移理論並結合分子吸收，開發了太赫茲波段電磁通訊的新傳播模型。該模型考慮了太赫茲頻帶中的波在很短距離內傳播時遭受的總路徑損耗和分子吸收雜訊。最後，針對不同的功率分配方案（包括基於飛秒長脈衝傳輸的方案），使用該模型研究了太赫茲頻帶的通道容量。結果表明，對於非常短的傳輸距離（幾十公釐的數量級），太赫茲通道支援非常大的位元率，每秒可達幾兆兆位元，這為奈米網路提供了截然不同的通訊範例。
結論奈米裝置之間的通訊將通過協調，資訊共享和融合來擴充套件有限的奈米機器的功能。 奈米網路將促進奈米技術在從醫療保健到國土安全的各個領域的應用範圍。 在本文中，我們提倡將石墨烯作為太赫茲頻段（0.1-10.0 thz）中未來em奈米網路的使能技術。 我們已經開發了基於輻射傳輸理論的通道模型，以計算太赫茲頻帶中的路徑損耗和雜訊。 然後，我們提出了不同的功率分配方案，最後，我們使用開發的通道模型計算了太赫茲頻帶的通道容量。
結果表明，太赫茲通訊通道對介質的分子組成和傳輸距離都有很強的依賴性。 影響太赫茲頻帶行為的主要因素是水蒸氣分子的吸收，這不僅會衰減傳輸的訊號，還會引入有色雜訊。 在非常短的範圍內，即對於幾十公釐的傳輸距離，可以將太赫茲頻帶視為接近10 thz寬的單個傳輸視窗。 這是與現有太赫茲通訊系統的主要區別，後者專注於利用350 ghz以下的單個傳輸視窗。
太赫茲頻段的超高通道容量不僅支援非常高的傳輸位元率，而且還使新的資訊編碼和調製技術以及更適合於資源受限的奈米裝置的新型聯網協議成為可能。 除其他外，我們建議使用飛秒長的脈衝在奈米機器之間傳輸資訊。 我們承認，在實現能夠支援這種通訊方案或將其整合到奈米級裝置中的奈米收發器方面，仍然存在一些挑戰，但我們相信，奈米網路對我們社會的預期影響必將激發並促進其發展。
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