Beamforming techniques have been widely used in the millimeter wave (mmWave) bands to mitigate the path loss of mmWave radio links as the narrow straight beams by directionally concentrating the signal energy. However, traditional mmWave beam management algorithms usually require excessive channel state information overhead, leading to extremely high computational and communication costs. This hinders the widespread deployment of mmWave communications. By contrast, the revolutionary vision-assisted beam management system concept employed at base stations (BSs) can select the optimal beam for the target user equipment (UE) based on its location information determined by machine learning (ML) algorithms applied to visual data, without requiring channel information. In this paper, we present a comprehensive framework for a vision-assisted mmWave beam management system, its typical deployment scenarios as well as the specifics of the framework. Then, some of the challenges faced by this system and their efficient solutions are discussed from the perspective of ML. Next, a new simulation platform is conceived to provide both visual and wireless data for model validation and performance evaluation. Our simulation results indicate that the vision-assisted beam management is indeed attractive for next-generation wireless systems.


翻译:毫米波段中的波束成形技术通过将信号能量定向集中为狭窄的直线波束,以缓解mmWave无线电链路的路径损耗。然而,传统的mmWave波束管理算法通常需要过多的信道状态信息开销,导致极高的计算和通信成本。这阻碍了mmWave通信的广泛部署。相比之下,在基站(英语:base stations,BSs)中采用革命性的视觉辅助波束管理系统开发了一个新的概念,这个系统可以基于视觉数据通过应用于机器学习算法,从而无需信道信息就为目标用户设备(UE)选择最优波束。本文提出了一个视觉辅助的毫米波束管理系统的综合框架,包括其典型的部署场景和细节。接着,从机器学习的角度,讨论了该系统面临的一些挑战及其有效解决方案。然后,我们构思了一个新的仿真平台,为模型验证和性能评估提供了可视和无线数据。我们的仿真结果表明,视觉辅助波束管理确实有吸引力,是下一代无线系统的好选择。

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