In this paper a novel joint sensing, communication, and artificial intelligence (AI) framework is proposed so as to optimize extended reality (XR) experiences over terahertz (THz) wireless systems. The proposed framework consists of three main components. First, a tensor decomposition framework is proposed to extract unique sensing parameters for XR users and their environment by exploiting then THz channel sparsity. Essentially, THz band's quasi-opticality is exploited and the sensing parameters are extracted from the uplink communication signal, thereby allowing for the use of the same waveform, spectrum, and hardware for both communication and sensing functionalities. Then, the Cramer-Rao lower bound is derived to assess the accuracy of the estimated sensing parameters. Second, a non-autoregressive multi-resolution generative artificial intelligence (AI) framework integrated with an adversarial transformer is proposed to predict missing and future sensing information. The proposed framework offers robust and comprehensive historical sensing information and anticipatory forecasts of future environmental changes, which are generalizable to fluctuations in both known and unforeseen user behaviors and environmental conditions. Third, a multi-agent deep recurrent hysteretic Q-neural network is developed to control the handover policy of reconfigurable intelligent surface (RIS) subarrays, leveraging the informative nature of sensing information to minimize handover cost, maximize the individual quality of personal experiences (QoPEs), and improve the robustness and resilience of THz links. Simulation results show a high generalizability of the proposed unsupervised generative AI framework to fluctuations in user behavior and velocity, leading to a 61 % improvement in instantaneous reliability compared to schemes with known channel state information.


翻译:本文提出了一种全新的联合感知、通信和人工智能(AI)框架,以优化 THz 无线系统中的扩展现实(XR)体验。该提议的框架由三个主要组成部分组成。首先,提出了一种张量分解框架,可以利用 THz 通道稀疏性来提取 XR 用户及其环境的独特感知参数。基本上,利用 THz 波段的准光学性,从上行通信信号中提取感知参数,从而允许使用相同的波形、频谱和硬件来实现通信和感知功能。然后,推导出 Cramer-Rao 下界来评估估算的感知参数的准确性。其次,提出了一个集成对抗变压器的非自回归多分辨率生成人工智能(AI)框架,以预测缺失和未来的感知信息。所提出的框架提供了强大而全面的历史感知信息和对未来环境变化的预测,这些信息可适应已知和未知用户行为和环境条件的波动。第三,开发了一种多智能体深度循环滞后 Q 神经网络,以控制可重构智能表面(RIS)子阵列的切换策略,利用感知信息的信息性质来最小化切换成本、最大化个人体验质量(QoPE)并提高 THz 链路的鲁棒性和弹性。仿真结果表明,所提出的无监督生成 AI 框架对用户行为和速度波动的适应性很高,与已知通道状态信息的方案相比,瞬时可靠性提高了 61%。

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