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      分布式MIMO在P2P通信系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

      2017-10-16 11:14:34張馳李思敏
      中國(guó)新通信 2017年17期
      關(guān)鍵詞:誤碼率

      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,沒有通過蜂窩網(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p2p技術(shù)可以用于p2p通信,甚至可以訪問蜂窩網(wǎng)絡(luò)。通過這種方式,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。在過去,手機(jī)運(yùn)營(yíng)商并沒有將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

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