分布式MIMO在P2P通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

張馳+李思敏

【摘要】 在未來(lái)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中，新技術(shù)的發(fā)展將通過(guò)的提高移動(dòng)數(shù)據(jù)的傳播能力，支持更大的數(shù)據(jù)流量，支持更多的無(wú)線設(shè)備的鏈接 ，來(lái)達(dá)到降低成本，增加能量與頻譜效率，改善服務(wù)質(zhì)量，提高可靠性與安全性的目的。本篇文章主要是講通過(guò)MIMO技術(shù)，利用更高的頻率，特別是毫米波（mmWave）頻率，超級(jí)蜂窩的部署，p2p通信，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HetNet），并且提出的新的解決方案實(shí)現(xiàn)p2p通信的分布式MIMO技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 誤碼率 p2p 準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼 QPSK調(diào)制

引言

隨著無(wú)線數(shù)據(jù)服務(wù)呈指數(shù)形式的增長(zhǎng)，智能設(shè)備和5g移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)將不得不支持多媒體應(yīng)用程序與各種各樣的需求，包括大幅度增加用戶數(shù)據(jù)的速率，大大減小端口的延遲，加強(qiáng)室內(nèi)覆蓋，增加光譜和能源效率等等。[1][2]

目前有很多技術(shù)推進(jìn)了5g無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展，例如：大規(guī)模的多輸入多輸出系統(tǒng)（massive-MIMO），毫米波通信（mm-wave），頻譜和節(jié)能通信，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，可見(jiàn)光通信等。近年來(lái)，p2p通信給我們提供了一種新的提高通信質(zhì)量的途徑，p2p通信指的是新的無(wú)線電技術(shù)，它能使節(jié)點(diǎn)之間直接通信，數(shù)據(jù)之間的傳播不需要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。p2p通信有助于提高頻譜效率，提高用戶體驗(yàn)，擴(kuò)大通信應(yīng)用。因?yàn)樵趐2p通信中，用戶之間的數(shù)據(jù)之間進(jìn)行傳輸，沒(méi)有通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，因此可以獲得跳躍性增益。此外，p2p用戶之間資源可以被重新利用，這樣可以獲得資源復(fù)用的增益。因?yàn)橐陨系膬煞N增益，無(wú)線頻譜效率跟網(wǎng)絡(luò)吞吐量得以提高。但與此同時(shí)，如果核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)施或接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞，則通信系統(tǒng)可能崩潰[3]。然而，p2p通信可以使通信終端建立Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施被損壞，或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋到其終端的時(shí)候，通過(guò)p2p技術(shù)可以用于p2p通信，甚至可以訪問(wèn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這種方式，可以增加無(wú)線應(yīng)用程序的數(shù)量。

p2p的潛在應(yīng)用包括本地服務(wù)、應(yīng)急通信、公共安全、游戲和社交網(wǎng)絡(luò)，交通控制和安全、智能交通系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)的增強(qiáng)等。

在這里，我們提出一種新的解決方案，就是通過(guò)分布式MIMO系統(tǒng)來(lái)提高p2p通信的質(zhì)量，對(duì)于p2p所存在的缺點(diǎn)，我們提出了解決方案，這預(yù)示著未來(lái)無(wú)線通信的發(fā)展方向。最后通過(guò)仿真來(lái)證明此方法的優(yōu)點(diǎn)。

一、p2p通信

1.1p2p通信的優(yōu)勢(shì)

p2p通信是通信系統(tǒng)向著更加具有創(chuàng)新方向與更具成本效益方向發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵的推動(dòng)者，其主要是應(yīng)用于減輕運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)絡(luò)的流量壓力。在過(guò)去，手機(jī)運(yùn)營(yíng)商并沒(méi)有將p2p通訊作為提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的方式，所以p2p通訊只是應(yīng)用于本地通訊服務(wù)，沒(méi)有得到大規(guī)模的推廣。然而，隨著各種移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展，例如平板電腦等收到越來(lái)越多的歡迎，手機(jī)運(yùn)營(yíng)商正在考慮引入p2p通信網(wǎng)絡(luò)[4]。相比于傳統(tǒng)的通信方式，p2p通信有眾多的優(yōu)點(diǎn)，如改進(jìn)頻譜和能源效率，增加系統(tǒng)的容量，減少交通負(fù)荷等。

在實(shí)際的應(yīng)用中，p2p通信結(jié)構(gòu)會(huì)給公共安全有關(guān)的應(yīng)用程序提供巨大的幫助，比如更加可靠的服務(wù)與超低的延遲。特別是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件使網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施超載或者不可用時(shí)，例如地震，水災(zāi)，火災(zāi)等，基本的通信服務(wù)還能正常運(yùn)營(yíng)，為警察救援提供方便[5]。

1.2 p2p通信在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

p2p通信的應(yīng)用就是在智能交通系統(tǒng)中車輛的通信（ Internet of Vehicles）.當(dāng)汽車在高速運(yùn)行時(shí)，通過(guò)p2p系統(tǒng)，可以警告附近的車輛減速或改變航線。在系統(tǒng)收到警告時(shí)，會(huì)自動(dòng)提醒附近車輛的司機(jī)，使駕駛員可以更快的反映，甚至在緊急情況下提供自動(dòng)駕駛，以減少交通事故的發(fā)生。

另外，利用p2p技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)附近的特殊車輛，例如校車或者運(yùn)載危險(xiǎn)貨物的車輛，提醒其他附近的車輛對(duì)這些車輛予以特別注意[6]。

在本地服務(wù)的場(chǎng)景中，p2p的一個(gè)基本應(yīng)用是讓用戶數(shù)據(jù)在終端之間直接傳輸，并不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。p2p也可以應(yīng)用在更高級(jí)的場(chǎng)景中，如多用戶MIMO（MU-MIMO）的增強(qiáng)，協(xié)作中繼，虛擬或分布式MIMO[7]。在MU-MIMO中，移動(dòng)通信基地站基于信道狀態(tài)反饋確定預(yù)編碼，消除用戶間的干擾。p2p的配對(duì)節(jié)點(diǎn)之間可以直接交換信道狀態(tài)信息，因此，終端可以將信道狀態(tài)信息與移動(dòng)通信基地站聯(lián)合起來(lái)提高M(jìn)U-MIMO的性能。

二、改善p2p通信具體方案

在此，我們提出了分布式MIMO改善p2p通信的方案，可以滿足公共安全應(yīng)用程序的需求（在本地?zé)o線基礎(chǔ)設(shè)施損毀的情況下），商業(yè)應(yīng)用程序的需求（如在線游戲，視頻，廣告），智能車輛通信的需求，以及高效內(nèi)容分發(fā)的需求等。

我們分析p2p的場(chǎng)景，提出了兩個(gè)新的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬準(zhǔn)正交空時(shí)分組碼（QOSTBC）。

第一個(gè)場(chǎng)景是模擬設(shè)備間信號(hào)的傳輸過(guò)程，如圖2所示。

MP（3）擁有兩個(gè)傳輸天線，而MP1跟MP2擁有一根傳輸天線，這四根傳輸天線的（QOSTBC）如下所示。

三、調(diào)制方式

3.1 QPSK調(diào)制

信號(hào)在天線間傳播的時(shí)候，需要運(yùn)用到數(shù)字調(diào)制，數(shù)字調(diào)制是用載波信號(hào)的某些離散狀態(tài)來(lái)表征所傳輸?shù)男畔?，在接收端也?duì)載波信號(hào)的離散調(diào)制參量進(jìn)行檢測(cè)。數(shù)字調(diào)試具有調(diào)幅、調(diào)頻、和調(diào)相三種基本的形式，還可以在此基礎(chǔ)上衍生出許多其他的形式[8]。endprint