DD通信技術(shù)詳細(xì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1DD通信技術(shù)詳細(xì)通信技術(shù)詳細(xì)小組成員：資料查找：PPT制作： 演 講： 第1頁(yè)/共30頁(yè)目錄一、背景介紹二、認(rèn)識(shí)D2D通信三、無(wú)線資源管理技術(shù)四、參考文獻(xiàn)3/29第2頁(yè)/共30頁(yè)第一部分 背景介紹4/29第3頁(yè)/共30頁(yè) 隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)無(wú)線通信的需求越來(lái)越高，各種各樣的無(wú)線通訊設(shè)備大量涌現(xiàn)，無(wú)線頻譜資源越來(lái)越緊張。 目前，有兩種主流方案應(yīng)對(duì)上述的頻譜危機(jī)： 1.通過(guò)部署多個(gè)小型基站增加網(wǎng)絡(luò)密度，提升系統(tǒng)容量。但是這種方法成本比較高，而且干擾管理比較復(fù)雜。 2.實(shí)現(xiàn)有限頻譜資源上的資源復(fù)用，有效提高頻譜資源的利用效率?？墒芊涓C通信系統(tǒng)控制的 D2D 通信技術(shù)，被給予了厚望

2、。一、背景介紹5/29第4頁(yè)/共30頁(yè) 第二部分 認(rèn)識(shí)D2D通信D2D通信的概念D2D通信的比較D2D通信的分類(lèi)D2D通信的區(qū)別D2D通信的應(yīng)用場(chǎng)景6/29第5頁(yè)/共30頁(yè)二、認(rèn)識(shí)D2D-概念 D2D (Device-to-Device) 通信是一種設(shè)備到設(shè)備的直接通信技術(shù)，與蜂窩通信最主要的區(qū)別就是不需要基站的中轉(zhuǎn)。這種設(shè)備既可以是 Human-to-Human 通信中的手機(jī)電話或其他設(shè)備也可以是Machine-to-Machine 通信中的機(jī)器設(shè)備。 蜂窩網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信，可以減輕基站負(fù)擔(dān)，減小通信時(shí)延，與蜂窩通信相比，D2D 通信僅占用一半的頻譜資源。此外，距離較近的用戶(hù)利用 D2D

3、通信可減小傳輸功率，節(jié)約能耗。7/29第6頁(yè)/共30頁(yè)假設(shè)一個(gè)通用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，小區(qū)中央配有一個(gè)全向天線的基站。該網(wǎng)絡(luò)利用 OFDM 技術(shù)，將頻譜資源劃分為一系列相互正交的子載波分配給不同的用戶(hù)，利用正交資源的用戶(hù)之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。網(wǎng)絡(luò)中用戶(hù)分為 2 類(lèi): 1) 傳統(tǒng)蜂窩用戶(hù)，它們之間通過(guò)基站通信，不允許用戶(hù)之間直接通信; 2) D2D 用戶(hù)，彼此之間直接通信，也可進(jìn)行蜂窩通信，并且能夠?qū)崿F(xiàn) 2 種通信模式的切換。二、認(rèn)識(shí)D2D-比較如圖 所示，用戶(hù) 1 和用戶(hù) 2 以蜂窩模式通信，用戶(hù) 3 和用戶(hù) 4 以 D2D 模式通信。8/29第7頁(yè)/共30頁(yè)二、認(rèn)識(shí)D2D-分類(lèi) D2D 通信分為集中式控

4、制和分布式控制。 1. 集中式控制由基站控制 D2D 連接，基站通過(guò)終端上報(bào)的測(cè)量信息，獲得所有鏈路信息，但該類(lèi)型會(huì)增加信令負(fù)荷; 2. 分布式控制則由 D2D 設(shè)備自主完成 D2D 鏈路的建立和維持，相比集中式控制，分布式控制更易獲取 D2D 設(shè)備之間的鏈路信息，但會(huì)增加 D2D 設(shè)備的復(fù)雜度。圖1 集中式控制圖2 分布式控制9/29第8頁(yè)/共30頁(yè)二、認(rèn)識(shí)D2D-區(qū)別 相對(duì)于其他同類(lèi)技術(shù)如藍(lán)牙、WLAN等，D2D 通信具有很大的優(yōu)勢(shì)，D2D通信技術(shù)的最大區(qū)別是它使用電信運(yùn)營(yíng)商的授權(quán)頻段，其干擾環(huán)境是可控的，數(shù)據(jù)傳輸具有更高的可靠性。 此外，藍(lán)牙在傳遞文件時(shí)需要人工配對(duì)，而在接入 WLAN

5、連接點(diǎn)時(shí)也需要用戶(hù)配置，D2D 通信可以自動(dòng)連接；同時(shí)這些同類(lèi)技術(shù)都工作在非授權(quán)頻段上，相比工作在授權(quán)頻段上的 D2D 通信連接不夠穩(wěn)定也不夠可靠。此外，近距離的直接通信還可以有效減輕基站的負(fù)擔(dān)、降低終端設(shè)備的發(fā)射功率、減小傳輸時(shí)延。10/29第9頁(yè)/共30頁(yè)二、認(rèn)識(shí)D2D-應(yīng)用場(chǎng)景公共安全： 此類(lèi)應(yīng)用主要是針對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)法有效覆蓋的區(qū)域，如深山、地震受災(zāi)地區(qū)等，蜂窩網(wǎng)絡(luò)允許終端脫離網(wǎng)絡(luò)直接與附近的搜救人員聯(lián)絡(luò)。在地震救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，基站可能會(huì)因?yàn)榈卣鸬钠茐牟荒芴峁┓?wù)，此時(shí)就允許受困人員使用手機(jī)終端（UE1）使用 D2D 通信直接與救災(zāi)人員（UE2）聯(lián)系，以得到及時(shí)救助。 社交應(yīng)用： 目前，所有的

6、移動(dòng)終端都需要通過(guò)基站連接到網(wǎng)絡(luò)，才能使用各種多媒體業(yè)務(wù)。但很多時(shí)候這些業(yè)務(wù)在使用時(shí)都有一定的地域性，比如在線網(wǎng)游、朋友聚會(huì)時(shí)分享照片或者公司會(huì)議中共享文件資料。直接使用 D2D 通信繞過(guò)基站就會(huì)減輕基站負(fù)載，避免擁塞，而且速度相對(duì)較快、時(shí)延小。11/29第10頁(yè)/共30頁(yè)二、認(rèn)識(shí)D2D-應(yīng)用場(chǎng)景本地業(yè)務(wù)： 本地業(yè)務(wù)主要是指一些本地廣告業(yè)務(wù)通過(guò) D2D 通信進(jìn)行推廣。諸如酒店或者商場(chǎng)類(lèi)的服務(wù)提供商，會(huì)搜索附近的用戶(hù)，對(duì)其提供相關(guān)的資訊服務(wù)。當(dāng)用戶(hù)靠近這些商家并同意接收相關(guān)信息時(shí)，即可接收信息服務(wù)，了解酒店基本情況或者商場(chǎng)的打折活動(dòng)，以此提高廣告效率。 網(wǎng)絡(luò)中繼： 當(dāng)移動(dòng)終端（UE1）信號(hào)不好時(shí)

7、，可以先通過(guò)信號(hào)相對(duì)較好的終端（UE2）與基站取得聯(lián)系，然后再與 UE2 進(jìn)行通信。這樣能夠增加蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，提高系統(tǒng)容量。12/29第11頁(yè)/共30頁(yè) 第三部分 無(wú)線資源 管理技術(shù)資源分配功率控制模式選擇13/29第12頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-引入 在 LTE-FDD 系統(tǒng)中 D2D 可以使用專(zhuān)用資源或復(fù)用蜂窩上/下行頻段。因?yàn)榉涓C上行頻段的利用率低于下行頻段，所以多數(shù)方案關(guān)注使用蜂窩上行頻段進(jìn)行 D2D 通信。在蜂窩上行頻段的系統(tǒng)間干擾示意圖 在圖中，用戶(hù)終端UE1是蜂窩戶(hù),UE2和UE3是D2D用戶(hù)對(duì)，UE2通過(guò)鏈路向UE3傳輸數(shù)據(jù)，該D2D對(duì)鏈路使用了 UE1 所使用的

8、物理資源塊 PRB。在蜂窩上行傳輸時(shí)，eNodeB 受到所有 D2D 傳輸端的干擾，D2D的接收終端受到蜂窩用戶(hù)UE1的干擾。 D2D 發(fā)射端 UE2 對(duì)基站的干擾， 蜂窩 UE1 對(duì) D2D 接收端 UE3 的干擾。14/29第13頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-關(guān)鍵 由于 D2D 系統(tǒng)造成的系統(tǒng)間干擾，可以通過(guò)有效的無(wú)線資源管理算法來(lái)解決。其主要包括功率控制、資源調(diào)度和模式選擇 3 個(gè)模塊。 功率控制模塊：負(fù)責(zé)設(shè)置合適的 D2D 發(fā)射功率或者同時(shí)設(shè)定蜂窩 UE 的發(fā)射功率； 資源調(diào)度模塊：根據(jù)蜂窩資源使用情況，為 D2D 分配合適PRB； 模式選擇模塊：根據(jù)功率控制和資源調(diào)度模塊提供的信

9、息，為 D2D 連接選擇合適的 D2D 通信模式。 通過(guò)以上機(jī)制能有效的減少 D2D 與蜂窩網(wǎng)絡(luò)間的系統(tǒng)間干擾，最大化小區(qū)吞吐量。 15/29第14頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-資源分配 LTE 系統(tǒng)的資源調(diào)度是一種快速的時(shí)頻資源分配，eNodeB 要在每 1ms 內(nèi)對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行分配，圖 中給出了 LTE 系統(tǒng)時(shí)頻資源示意圖。這種方式使得 D2D 使用未分配的時(shí)頻資源或者部分復(fù)用已經(jīng)分配過(guò)的資源成為可能。 在 LTE 系統(tǒng)中，時(shí)域無(wú)線資源的基本單位是 TTI(傳輸時(shí)間間隔)，每個(gè) TTI 值為 1ms。每個(gè) TTI 又由2 個(gè) 0.5ms 的時(shí)隙組成，即一般配置下的 14 個(gè) OFDM

10、符號(hào)。10 個(gè) TTI 組成一個(gè) LTE 無(wú)線幀。 在頻域，整個(gè)帶寬被分180khz 的子信道，相當(dāng)于 12 個(gè)連續(xù)的 15khz 的子載波。子信道的大小是固定的，不同的帶寬對(duì)應(yīng)的子信道的數(shù)目不同。 在時(shí)頻域，時(shí)域?qū)?yīng) 0.5ms，頻域上對(duì)應(yīng) 1 個(gè)子信道的單元稱(chēng)為 RB(ResouceBlock）。16/29第15頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制 當(dāng)D2D對(duì)復(fù)用蜂窩用戶(hù)的資源進(jìn)行通信時(shí)，D2D鏈路和蜂窩鏈路將相互干擾。因此需要合適的功率控制，以避免或減小D2D通信用戶(hù)和蜂窩用戶(hù)對(duì)彼此帶來(lái)的干擾，使得在保證蜂窩網(wǎng)絡(luò)的情況下，提高小區(qū)總吞吐量。 目前，D2D設(shè)備的傳輸功率可以分為靜態(tài)設(shè)

11、置和動(dòng)態(tài)設(shè)置。17/29第16頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制(1) 靜態(tài)設(shè)置 在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，上行功率控制的目的是減少接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，例如減少遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響。 假設(shè)小區(qū)內(nèi)任意一個(gè)蜂窩用戶(hù)在eNB處的目標(biāo)信干噪比為 , 蜂窩用戶(hù)的上行SINR表示為： 和 分別是蜂窩用戶(hù)和D2D對(duì)的發(fā)射功率， 和 是蜂窩用戶(hù)和D2D對(duì)到eNB的信道增益， 是噪聲功率。 1P2P0/ NP02211NGPGP1G2G0N18/29第17頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制(1) 靜態(tài)設(shè)置 如果沒(méi)有D2D通信( )，則蜂窩用戶(hù)的發(fā)射功率必須滿(mǎn)足 。 為了使得D2D對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾可控，同時(shí)保證蜂窩

12、用戶(hù)的目標(biāo)信干噪比，eNB為D2D對(duì)的發(fā)射功率設(shè)置一個(gè)退避因子B，即 。當(dāng)較B大時(shí)，D2D對(duì)蜂窩用戶(hù)的干擾可以忽略，但此時(shí)D2D的發(fā)射功率過(guò)低, D2D通信的傳輸質(zhì)量無(wú)法保證。 因此，為了確保D2D通信的最低SINR，還需要為蜂窩用戶(hù)設(shè)定一個(gè)功率增強(qiáng)因子，根據(jù)上式可得： 02PPGP11BPGP/2202211NGPGP19/29第18頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制將 和 帶入上式可以得到： 當(dāng) D2D 建立完成后，基站通過(guò)上述方案來(lái)設(shè)置各 UE 的傳輸功率,實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)。缺點(diǎn)：該方案通過(guò)增加蜂窩用戶(hù)的發(fā)射功率來(lái)保證蜂窩用戶(hù)的目標(biāo)SINR,但這會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的蜂窩用戶(hù)以較大的功率進(jìn)行傳

13、輸，同時(shí)還會(huì)加劇小區(qū)間的干擾問(wèn)題。(1) 靜態(tài)設(shè)置PGP11BPGP/2210NBP20/29第19頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制(2) 動(dòng)態(tài)設(shè)置 靜態(tài)設(shè)置方案不能夠及時(shí)反映信道的動(dòng)態(tài)變化，而動(dòng)態(tài)設(shè)置方案能夠根據(jù)信道質(zhì)量的變化對(duì)終端設(shè)備的功率進(jìn)行調(diào)整。 有一種基于功率補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)功率控制方案，該方案根據(jù)目標(biāo)SINR和反饋信息對(duì)終端的功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。具體的表達(dá)式如下： 是D2D對(duì)的最大發(fā)射功率， 是小區(qū)特定參數(shù)，由eNB進(jìn)行廣播，M是D2D對(duì)分配到的PRB的數(shù)量， 是路徑損耗補(bǔ)償因子（ ) ，L是D2D對(duì)的發(fā)射終端與接收終端之間的路徑損耗，是功率調(diào)整步長(zhǎng)。log10,min100m

14、axLMPPPmaxP0P121/29第20頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-功率控制 該方案僅考慮了D2D對(duì)之間的路徑損耗，沒(méi)有考慮到D2D對(duì)和與之使用相同資源的蜂窩用戶(hù)之間的位置信息。例如，在上行傳輸時(shí)，D2D對(duì)距離eNB較近，而與之使用相同資源的蜂窩用戶(hù)處在小區(qū)的邊緣，則該蜂窩用戶(hù)的性能可能無(wú)法得到保證。 提出了一種基于干擾代價(jià)的功率控制方案。方案分為小區(qū)間更新和小區(qū)內(nèi)更新。該方案能夠有效的減少小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的干擾，提升系統(tǒng)的效用。(2) 動(dòng)態(tài)設(shè)置22/29第21頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-模式選擇 D2D 通信通常具有4種模式：23/29第22頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-模

15、式選擇(1) 復(fù)用模式: D2D 用戶(hù)復(fù)用蜂窩用戶(hù)的資源，產(chǎn)生同頻干擾，基站采用合理的資源分配和功率控制、多天線技術(shù)和先進(jìn)的編碼技術(shù)等控制鏈路之間的干擾。(2) 專(zhuān)用資源模式: D2D 用戶(hù)占用一部分獨(dú)立資源進(jìn)行端到端的直接通信，剩余資源用于蜂窩通信。由于各部分資源相互正交，D2D 通信與蜂窩通信之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。(3)中繼模式（在概念上與傳統(tǒng)的蜂窩模式相同): D2D 用戶(hù)通過(guò)基站轉(zhuǎn)接通信，所有通信鏈路分配獨(dú)立正交的信道資源，不相互干擾。 24/29第23頁(yè)/共30頁(yè) 早先較為簡(jiǎn)單的模式選擇，主要根據(jù) D2D 設(shè)備間測(cè)量到的路徑損耗來(lái)決定。如當(dāng)兩 D2D設(shè)備間的路徑損耗小于其與基站間的路徑損

16、耗或小于預(yù)先定義的最大允許的門(mén)限時(shí)，則不使用蜂窩模式，而使用 D2D 模式。三、無(wú)線資源管理技術(shù)-模式選擇25/29第24頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-模式選擇 基于路損的模式選擇簡(jiǎn)單易行但性能較差，它僅考慮了 D2D 設(shè)備間的信道狀況。D2D 模式選擇策略不僅取決于 D2D 設(shè)備間和 D2D 設(shè)備與基站間的鏈路質(zhì)量，還取決于具體的干擾環(huán)境和位置信息。如當(dāng) D2D 設(shè)備距離基站較遠(yuǎn)時(shí)，使用上行頻段效果比下行頻段好；當(dāng) D2D設(shè)備距離基站較近時(shí)，使用下行頻段比上行頻段好。因此好的模式選擇算法需要考慮多種因素，且對(duì)信道測(cè)量的要求更高。26/29第25頁(yè)/共30頁(yè)三、無(wú)線資源管理技術(shù)-模式選擇

17、D2D通信與蜂窩系統(tǒng)之間的干擾是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，單獨(dú)從功率控制、資源分配或模式選擇的角度出發(fā)，很難取得較好的整體性能。如功率控制機(jī)制無(wú)法抑制同頻信道的強(qiáng)干擾，必須輔以資源調(diào)度解決。 因此，對(duì)于通信的無(wú)線資源管理技術(shù)的研究必須要強(qiáng)調(diào)技術(shù)之間的聯(lián)合考慮。27/29第26頁(yè)/共30頁(yè) 第四部分 參考文獻(xiàn)28/29第27頁(yè)/共30頁(yè)29/29四、參考文獻(xiàn) 1 馮大權(quán). D2D通信無(wú)線資源分配研究D.電子科技大學(xué)，2015:7-9. 2 孫曉梅. LTE網(wǎng)絡(luò)下D2D通信技術(shù)的研究D .南京郵電大學(xué)，2014:10-11. 3 姚俊. D2D通信的無(wú)線資源管理技術(shù)研究D. 北京交通大學(xué)，2014:21-26. 4 榮濤. D2D通信技術(shù)研究D. 南京郵電大學(xué)，2013:10-17. 5 王俊義.D2D通信技術(shù)綜述J. 桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2014,34(2):114-119. 6吳栓栓. D2D在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用J. 中興通訊技術(shù)，