分布式MIMO在P2P通信系统中的应用方案

2017-10-16张驰李思敏

中国新通信 2017年17期

张驰+李思敏

【摘要】在未来的无线网络通信中，新技术的发展将通过的提高移动数据的传播能力，支持更大的数据流量，支持更多的无线设备的链接，来达到降低成本，增加能量与频谱效率，改善服务质量，提高可靠性与安全性的目的。本篇文章主要是讲通过MIMO技术，利用更高的频率，特别是毫米波（mmWave）频率，超级蜂窝的部署，p2p通信，实现异构网络（HetNet），并且提出的新的解决方案实现p2p通信的分布式MIMO技术。

【关键词】误码率 p2p 准正交空时分组码 QPSK调制

引言

随着无线数据服务呈指数形式的增长，智能设备和5g移动网络的发展。未来的网络将不得不支持多媒体应用程序与各种各样的需求，包括大幅度增加用户数据的速率，大大减小端口的延迟，加强室内覆盖，增加光谱和能源效率等等。[1][2]

目前有很多技术推进了5g无线通信系统的发展，例如：大规模的多输入多输出系统（massive-MIMO），毫米波通信（mm-wave），频谱和节能通信，认知无线电网络，可见光通信等。近年来，p2p通信给我们提供了一种新的提高通信质量的途径，p2p通信指的是新的无线电技术，它能使节点之间直接通信，数据之间的传播不需要网络基础设施。p2p通信有助于提高频谱效率，提高用户体验，扩大通信应用。因为在p2p通信中，用户之间的数据之间进行传输，没有通过蜂窝网络，因此可以获得跳跃性增益。此外，p2p用户之间资源可以被重新利用，这样可以获得资源复用的增益。因为以上的两种增益，无线频谱效率跟网络吞吐量得以提高。但与此同时，如果核心网络设施或接入网络设备损坏，则通信系统可能崩溃[3]。然而，p2p通信可以使通信终端建立Ad Hoc网络。当无线基础设施被损坏，或者无线网络无法覆盖到其终端的时候，通过p2p技术可以用于p2p通信，甚至可以访问蜂窝网络。通过这种方式，可以增加无线应用程序的数量。

p2p的潜在应用包括本地服务、应急通信、公共安全、游戏和社交网络，交通控制和安全、智能交通系统、物联网的增强等。

在这里，我们提出一种新的解决方案，就是通过分布式MIMO系统来提高p2p通信的质量，对于p2p所存在的缺点，我们提出了解决方案，这预示着未来无线通信的发展方向。最后通过仿真来证明此方法的优点。

一、p2p通信

1.1p2p通信的优势

p2p通信是通信系统向着更加具有创新方向与更具成本效益方向发展的一个关键的推动者，其主要是应用于减轻运营商核心网络的流量压力。在过去，手机运营商并没有将p2p通讯作为提高网络质量的方式，所以p2p通讯只是应用于本地通讯服务，没有得到大规模的推广。然而，随着各种移动设备的发展，例如平板电脑等收到越来越多的欢迎，手机运营商正在考虑引入p2p通信网络[4]。相比于传统的通信方式，p2p通信有众多的优点，如改进频谱和能源效率，增加系统的容量，减少交通负荷等。

在实际的应用中，p2p通信结构会给公共安全有关的应用程序提供巨大的帮助，比如更加可靠的服务与超低的延迟。特别是应对突发事件使网络基础设施超载或者不可用时，例如地震，水灾，火灾等，基本的通信服务还能正常运营，为警察救援提供方便[5]。

1.2 p2p通信在交通系统中的应用

p2p通信的应用就是在智能交通系统中车辆的通信（ Internet of Vehicles）.当汽车在高速运行时，通过p2p系统，可以警告附近的车辆减速或改变航线。在系统收到警告时，会自动提醒附近车辆的司机，使驾驶员可以更快的反映，甚至在紧急情况下提供自动驾驶，以减少交通事故的发生。

另外，利用p2p技术，可以发现附近的特殊车辆，例如校车或者运载危险货物的车辆，提醒其他附近的车辆对这些车辆予以特别注意[6]。

在本地服务的场景中，p2p的一个基本应用是让用户数据在终端之间直接传输，并不通过网络。p2p也可以应用在更高级的场景中，如多用户MIMO（MU-MIMO）的增强，协作中继，虚拟或分布式MIMO[7]。在MU-MIMO中，移动通信基地站基于信道状态反馈确定预编码，消除用户间的干扰。p2p的配对节点之间可以直接交换信道状态信息，因此，终端可以将信道状态信息与移动通信基地站联合起来提高MU-MIMO的性能。

二、改善p2p通信具体方案

在此，我们提出了分布式MIMO改善p2p通信的方案，可以满足公共安全应用程序的需求（在本地无线基础设施损毁的情况下），商业应用程序的需求（如在线游戏，视频，广告），智能车辆通信的需求，以及高效内容分发的需求等。

我们分析p2p的场景，提出了两个新的解决方案来实现虚拟准正交空时分组码（QOSTBC）。

第一个场景是模拟设备间信号的传输过程，如图2所示。

MP（3）拥有两个传输天线，而MP1跟MP2拥有一根传输天线，这四根传输天线的（QOSTBC）如下所示。