?
Spatio-Temporal Coherence of mmWave/THz Channel Characteristics and Their Forecasting Using Video Frame Prediction Techniques
Информация о состоянии канала в системах связи миллиметрового диапазона (мм) и терагерца (ТГц) жизненно важна для различных задач, начиная от планирования оптимального местоположения БС и заканчивая эффективными механизмами отслеживания луча и проектированием передачи обслуживания. Благодаря использованию крупномасштабных фазированных антенных решеток и высокой чувствительности к геометрии окружающей среды и материалам, точные модели распространения для этих диапазонов получаются с помощью моделирования трассировки лучей. Однако условия распространения в системах мм/ТГц теоретически могут меняться на очень малых расстояниях, то есть 1 мм–1 мкм, что требует огромных вычислительных затрат для моделирования. В этой статье мы сначала оценим эффективные корреляционные расстояния в системах миллиметрового диапазона/ТГц для различных сценариев на открытом воздухе, моделей мобильности пользователей, а также условий прямой видимости (LoS) и без LoS (nLoS). В качестве интересующих показателей мы используем угол прихода/исхода (AoA/AoD) и потери на пути первых нескольких самых сильных лучей. Затем, чтобы уменьшить вычислительные усилия, необходимые для процедуры трассировки лучей, мы предлагаем методологию экстраполяции и интерполяции этих метрик на основе модели сверточной длинной краткосрочной памяти (ConvLSTM). Предлагаемая методология основана на специальном представлении информации о состоянии канала в форме, подходящей для современных методов машинного обучения (ML) улучшения видео, что позволяет использовать их мощные возможности прогнозирования. Чтобы оценить эффективность прогнозирования модели ConvLSTM, мы используем точность и полноту в качестве основных интересующих показателей. Наши численные результаты показывают, что корреляция состояний каналов в параметрах AoA/AoD сохраняется примерно до 0,3–0,6 м, что в 300–600 раз больше длины волны на частоте 300 ГГц. Использование модели ConvLSTM позволяет нам точно прогнозировать углы AoA и AoD на расстоянии до 0,6 м, при этом AoA характеризуется более высокой среднеквадратической ошибкой (MSE). Наши результаты можно использовать для ускорения моделирования трассировки лучей за счет выбора размера шага сетки, что приводит к желаемому компромиссу между точностью моделирования и временем вычислений. Кроме того, его также можно использовать для улучшения отслеживания луча в системах миллиметрового/ТГц диапазона посредством выбора временного шага между процедурами перенастройки луча.