虚拟MIMO系统中的接力

UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaeUSTC1956ResearchCentreforOpticalInternet&MobileInformationNetworks(COIMIN)光互联网及移动信息网络研究中心虚拟MIMO系统中的接力协作机制研究杨栋eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/11/17背景•MIMO技术：提高信道容量•单天线条件下，分布式终端如何协作传输数据？VMIMO的提出•理论来源：adhoc网络传统MIMO技术eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/1架构SD•区内信息共享：UWB技术•区间信息传输：802.11技术eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/1研究问题•区内的协作问题1.小区建立2.区内通信•区间的数据传输问题1.stbc编码传输2.天线编号问题3.信道估计eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/14/17流程节点有数据发送开始小区内共享聚簇簇内轮询基于空时码小区间接力传输至目的端发送PASSNYeUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/1区内通信•机制：依轮次进行：簇头选举，通信，簇头选举，通信……….•目的：避免担任簇头的节点能量消耗过多，定期轮换eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/16/17区内通信05101520250510152025x坐标y坐标场景仿真eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/17/17簇头选举过程•将全网终端按能量划分为l个等级，等级高者率先发起成为簇头的广播（节点定时器定时结束方可发起聚簇），节点初始最大能量，节点当前能量，则节点定时器时间设置为：maxmax()*currentEElE（时隙）eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/18/17簇头选举过程•同时为了限制多个簇头聚在一起，新簇头必须确定自己周围没有簇头才可以充当簇头（当网络过密的情况下，可调整为使簇头间距保持一个距离以避免由于聚簇的限制而造成过多孤立节点）；eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/19/17簇成员加入过程（TDMA方式）•簇头选举结束后，没有成为簇头的终端根据侦听到的簇头广播消息确定距离自己最近的簇头，并随机延时后向簇头发出加入申请（TDMA方式防止冲突）；簇头根据收到的申请顺序（当然可包括某些限制，如能量等不允许某些节点的加入）对成员编号并一次性广播：接下来时隙的具体分配，各终端对应的编号（STBC编码使用），将来通信区内的CDMA码字（簇可随机选，相邻冲突的概率很小），VAA小区号（簇头的ID），簇头的广播报文如下：时隙1，2，3，……id,天线编号1id,天线编号2id,天线编号3源id(小区号)……CDMA码字报文类型总天线数eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/110/17簇成员加入过程（FDMA方式）•邝老师提的华为专利节点发出加入簇请求不以TDMA方式，而以FDMA方式，即随机占用某个子载波的方式来表明自己愿意加入的愿望（或者是终端选择的时候表明自己愿意充当中继节点）簇头收到信息后，解调各子载波，子载波为空表明无人占用，有数据则读出数据发送者信息，无法解调表明多个终端都选了同一载波，引起冲突。eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/111/17生日悖论•至少多少个人在一起，能保证至少2个人的生日相同的概率大于1/2?假定k个人，分别是1，2，3，，，k，一年天数n=365，事件Ai：i与j生日不同的事件（j=1，2，，i-1）事件Bk：前k个人生日各不相同的事件1kkiiBA于是有公式11kkkiiBBAeUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/112/17生日悖论•由P(AB)=P(A)P(B|A)11()()(|)kkkkPBPBPAB12132431()()(|)(|)(|)......(|)kkkPBPBPABPABPABPAB....121()1*()*()......()1211*(1)(1).....(1)knnnkPBnnnknnneUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/113/17生日悖论•近似公式x趋于0inti=1,k=23;doublen=365;•doublea,sum=1;•for(i=1;ik;i++)•{a=(n-i)/n;•sum=sum*a;•printf(%.10f\n,sum);•}11121(1)()*.....kiknnnkikknnPBeeeee(1)()1/2,365kknkPBen1xxe1213643633431()11*()*()......()11*()*()......()0.507365365365knnnkPBnnn得到k=23；利用上页公式验证，n=365，k=23，至少两人生日相同的概率eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/114/17FDMA方式的子载波冲突概率•假定n=64子载波，加入节点（中继节点）个数k（一般k8,因为分集效果增加越来越不明显）•减小误差，利用原始精确公式各节点随机选取子载波完全不冲突的概率•中继节点参与越多不冲突的概率越小，结果看，相当大的概率不会冲突121()1*()*()......()knnnkPBnnn1120.984330.953640.908950.852160.785570.711880.6340eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/115/17通信过程•所有区内的通信数据报都加附加小区的VAA号，以判断是否是本小区内的消息。簇头广播结束后，各成员在自己的时隙内，无消息发送时发送一个“pass”信息表明自己的存在；有信息发送则直接进行广播（信息共享），并携带约定了终端利用区间技术一起向下一小区传输的时刻，下一小区VAA号，预计共享时间。源小区VAA号报文类型数据预定共享时间下一跳节点目的小区VAA号前传设定时刻eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/116/17非小区内节点的加入•文献[2]提出：非小区内节点的加入方面考虑设置一个自由时隙，没有在簇内的节点侦听到有簇头的广播马上在下一时隙（即自由时隙）竞争发出加入申请，下一轮簇头会根据情况决定是否允许加入并宣布；对应各终端1，2，3，4，5，……簇头广播时隙自由竞争时隙时隙1，2，3，4，5，……eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/117/17簇成员的离开•簇成员在自己的时隙内没有发出任何信息，簇头认为它死亡或离开，下一轮开始广播时会取消其时隙分配；eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/118/17簇头的死亡或离开•如果簇头失效，即在簇头的广播时隙内没有广播，可以认为宣布了该簇的解散，所有成员加入其他的簇（另外，从簇的稳定性考虑，可以允许有备用簇头）。eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/119/17区间的数据传输问题1.stbc编码传输2.天线编号问题3.信道估计eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/120/17stbc编码传输•传统集中式STBC编码：多个天线属于同一终端，编码进行集中式的控制，根据发射天线数目设计编码，不存在天线编号的协调问题。二进制信源星座图映射STBC编码C=（c1,c2,,cn)X=(x1,x2,,xn)获得传输矩阵天线发射天线123eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/121/17stbc编码传输•编码矩阵*12*21xxxxTimeAntenna12xXxeUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/122/17stbc编码传输•分布式stbc编码二进制信息星座图映射STBC编码C=（c1,c2,,cn)X=(x1,x2,,xn)获得传输矩阵天线按传输矩阵对应数据发射二进制信息星座图映射STBC编码C=（c1,c2,,cn)X=(x1,x2,,xn)获得传输矩阵天线按传输矩阵对应数据发射二进制信息星座图映射STBC编码C=（c1,c2,,cn)X=(x1,x2,,xn)获得传输矩阵天线按传输矩阵对应数据发射天线1天线2天线3eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/123/17天线编号问题•问题：即各终端需要知道自己充当集中式天线中的哪一根•解决：节点加入，簇头广播时已分配了天线编号，保证了无冲突的进行stbc编码eUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/124/17参考文献•文献[1]:MIMO-OFDM系统中信道估计及最优导频序列设计的研究•文献[2]:AdaptiveClusteringforMobileWirelessNetworks,ChunhungRichardLinandMarioGerlaeUSTC1956OIMINCOIMIN2019/8/125/17谢谢