Synthesizing radio-frequency (RF) data given the transmitter and receiver positions, e.g., received signal strength indicator (RSSI), is critical for wireless networking and sensing applications, such as indoor localization. However, it remains challenging due to complex propagation interactions, including reflection, diffraction, and scattering. State-of-the-art neural radiance field (NeRF)-based methods achieve high-fidelity RF data synthesis but are limited by long training times and high inference latency. We introduce GSRF, a framework that extends 3D Gaussian Splatting (3DGS) from the optical domain to the RF domain, enabling efficient RF data synthesis. GSRF realizes this adaptation through three key innovations: First, it introduces complex-valued 3D Gaussians with a hybrid Fourier-Legendre basis to model directional and phase-dependent radiance. Second, it employs orthographic splatting for efficient ray-Gaussian intersection identification. Third, it incorporates a complex-valued ray tracing algorithm, executed on RF-customized CUDA kernels and grounded in wavefront propagation principles, to synthesize RF data in real time. Evaluated across various RF technologies, GSRF preserves high-fidelity RF data synthesis while achieving significant improvements in training efficiency, shorter training time, and reduced inference latency.


翻译:在给定发射器和接收器位置(例如接收信号强度指示器(RSSI))的情况下合成射频(RF)数据,对于无线网络和传感应用(如室内定位)至关重要。然而,由于复杂的传播相互作用(包括反射、衍射和散射),这仍然具有挑战性。基于神经辐射场(NeRF)的最先进方法实现了高保真度的RF数据合成,但受到训练时间长和推理延迟高的限制。我们提出了GSRF,一个将三维高斯溅射(3DGS)从光学领域扩展到射频领域的框架,实现了高效的RF数据合成。GSRF通过三个关键创新实现了这一适应:首先,它引入了具有混合傅里叶-勒让德基的复数值三维高斯函数,以建模方向性和相位相关的辐射。其次,它采用正交溅射技术来高效识别射线-高斯交点。第三,它整合了一个复数值射线追踪算法,该算法在RF定制的CUDA内核上执行,并基于波前传播原理,以实时合成RF数据。通过对多种RF技术的评估,GSRF在保持高保真度RF数据合成的同时,显著提高了训练效率,缩短了训练时间,并降低了推理延迟。

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