Line-of-sight link blockages represent a key challenge for the reliability and latency of millimeter wave (mmWave) and terahertz (THz) communication networks. To address this challenge, this paper leverages mmWave and LiDAR sensory data to provide awareness about the communication environment and proactively predict dynamic link blockages before they occur. This allows the network to make proactive decisions for hand-off/beam switching, enhancing the network reliability and latency. More specifically, this paper addresses the following key questions: (i) Can we predict a line-of-sight link blockage, before it happens, using in-band mmWave/THz signal and LiDAR sensing data? (ii) Can we also predict when this blockage will occur? (iii) Can we predict the blockage duration? And (iv) can we predict the direction of the moving blockage? For that, we develop machine learning solutions that learn special patterns of the received signal and sensory data, which we call \textit{pre-blockage signatures}, to infer future blockages. To evaluate the proposed approaches, we build a large-scale real-world dataset that comprises co-existing LiDAR and mmWave communication measurements in outdoor vehicular scenarios. Then, we develop an efficient LiDAR data denoising algorithm that applies some pre-processing to the LiDAR data. Based on the real-world dataset, the developed approaches are shown to achieve above 95\% accuracy in predicting blockages occurring within 100 ms and more than 80\% prediction accuracy for blockages occurring within one second. Given this future blockage prediction capability, the paper also shows that the developed solutions can achieve an order of magnitude saving in network latency, which further highlights the potential of the developed blockage prediction solutions for wireless networks.


翻译:直线链接阻塞是毫米波( mmWave) 和 terahertz (Thz) 通信网络的可靠性和延缓度的关键挑战。 为应对这一挑战, 本文利用 mm Wave 和 LiDAR 感官数据来提供对通信环境的认识, 并主动预测动态链接阻塞发生之前的阻塞。 这使网络能够做出主动决定手动关闭/ 光束转换, 提高网络的可靠性和延缓度。 更具体地说, 本文解决了以下关键问题:( 一) 我们能否在千兆瓦/ Thz 和 LiDAR 通信网络发生之前预测一个直线链接阻塞, 使用 千兆 兆米 的准确度 mave/ Thz 信号和LiDAR 感知觉数据数据显示数据何时出现? (三) 我们能否预测移动阻塞时的阻塞时间长度? (四) 我们开发机器学习解决方案, 学习接收的信号和感官数据的特殊模式, 我们称之为 平方- 阻塞线 信号信号信号信号信号信号信号信号的信号的信号的信号的信号的信号的信号的信号的信号的信号的路径 将比 将在未来的路径的路径的路径的路径的路径 将显示 将显示 将显示到一个真实的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的轨道的路径, 显示一个直到 。

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