D2D通信關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)勢及應(yīng)用一覽

D2D通信關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)勢及應(yīng)用一覽1.D2D通信關(guān)鍵技術(shù)D2D

通信過程包括設(shè)備發(fā)現(xiàn)和建立階段與設(shè)備通信階段。在設(shè)備通信階段主要是對各類資源的管理，包括模式選擇、頻譜接入、傳輸時間劃分和發(fā)射功率控制等方面。下面介紹在D2D

通信階段無線資源管理方面的關(guān)鍵技術(shù)。(1)模式選擇D2D

用戶需要確保選擇的模式能夠帶來更好的通信體驗，而干擾功率、設(shè)備距離以及信道參數(shù)等，都會影響模式的選擇，選擇具有優(yōu)勢的模式體現(xiàn)在鏈路質(zhì)量高以及噪聲干擾小。D2D

通信中主要采用三種傳輸模式，包括蜂窩模式、專用模式和復用模式。蜂窩模式下，D2D用戶回歸成傳統(tǒng)用戶，網(wǎng)絡(luò)中所有用戶都通過BS

中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行通信，頻譜利用率較低，適用于D2D

通信不能建立的場景。專用和復用模式已經(jīng)在帶內(nèi)通信模式中進行過闡述。通信模式的選擇越多，通信自由度越高，有助于提高網(wǎng)絡(luò)性能。目前已經(jīng)在針對當前無線網(wǎng)絡(luò)中的模式選擇問題方面取得了許多成果。(2)功率控制功率控制是D2D

通信網(wǎng)絡(luò)中考慮的核心要素之一。蜂窩系統(tǒng)中存在信道衰落、用戶間干擾等問題，如果信號衰落或者干擾的強度過大，則會影響蜂窩用戶的通信質(zhì)量和系統(tǒng)容量。用戶可以通過增大發(fā)射功率來補償由于路徑損耗導致的信號衰減，保證通信的可靠傳輸，但是較高的發(fā)射功率會增加鏈路間干擾水平，降低系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，如果設(shè)備以較低的功率來傳輸信息，對其他設(shè)備的干擾會減小，換來的是自身通信服務(wù)質(zhì)量的下降，設(shè)計合理的功率控制策略則可以減少用戶間的相互干擾，保證蜂窩和

D2D通信高效地進行。發(fā)射功率控制可以分為靜態(tài)和動態(tài)功率控制兩種方案。靜態(tài)功率控制是指在通信場景中固定D2D

用戶的發(fā)射功率，這類方法的缺陷在于實時性較差，當信道參數(shù)發(fā)生變化時不能及時做出調(diào)整，通信性能表現(xiàn)比較差。引入動態(tài)的功率控制方案是必要的，動態(tài)功率控制方案能夠在信道狀態(tài)或用戶位置等信息發(fā)生改變時對

D2D用戶的發(fā)射功率調(diào)整，以適應(yīng)覆蓋范圍內(nèi)信息的變化，在有效減小用戶間干擾的基礎(chǔ)上，保證系統(tǒng)吞吐量。(3)資源分配資源分配通常表示為蜂窩用戶和D2D用戶選擇RB傳輸信息。RB作為傳輸資源時分配的最小單位，是頻域和時域的資源組合，一個RB

在時域持續(xù)一個時隙，在頻域包含12個子載波，子載波間距為15kHz，即占有180kHz的帶寬。根據(jù)用戶的信道條件差異和性能需求不同，需要對不同D2D

用戶對分配RB。在專用模式下，雖然蜂窩用戶和D2D用戶采用正交傳輸頻段，但D2D用戶之間可以采用相同的RB來提升頻譜資源利用率。在復用模式下蜂窩和

D2D用戶共享RB，通常為相距較遠的蜂窩用戶和D2D用戶分配相同的RB，這樣在一定程度上避免了干擾的加劇，為了實現(xiàn)RB

的可靠分配，仍需要設(shè)計有效的算法，最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)中的干擾。復用方式通常分為四種模式，一對一復用模式下，一個D2D用戶共享一個RB，這種方式能獲得較好的性能，但是頻譜利用率低。多對一模式下，多個D2D

用戶復用一個蜂窩用戶資源的方式通常出現(xiàn)在空閑頻譜資源較少的情況，本文主要針對多對一模式進行研究。對于頻譜資源較多且對通信質(zhì)量要求較高的通信場景，則采用一對多復用模式。盡管在理論上多對多復用能夠獲得最大的系統(tǒng)增益，但同時引起的干擾問題更復雜。D2D

和蜂窩用戶之間的瞬時干擾協(xié)調(diào)依賴于有效的資源分配機制，合理的RB分配方案直接影響網(wǎng)絡(luò)整體性能的優(yōu)劣程度。2.D2D通信技術(shù)的優(yōu)勢(1)增加能量效率和頻譜效率。D2D

通信是短距離移動通信，通信距離的縮短和鏈路條件的改善帶來的是傳輸功率的減小和傳輸速率的提升。設(shè)備在較低傳輸功率等級下能正常完成直連通信，從而提高系統(tǒng)的能量效率。(2)由于D2D通信在傳輸過程中產(chǎn)生的鏈路增益和資源復用增益，因此可以提高通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體吞吐量。(3)D2D短距離通信的出現(xiàn)，提高了短距離通信的通信質(zhì)量，使得臨近業(yè)務(wù)的展開更為靈活和便捷，通信用戶的體驗度也得以提高。(4)D2D通信無需核心網(wǎng)絡(luò)的搭載，減輕了基站的壓力，同時這也使得在無基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施下的通信得以實現(xiàn)，這一過程可進一步擴大通信的應(yīng)用場景。3.D2D通信的應(yīng)用(1)本地數(shù)據(jù)服務(wù)1)蜂窩流量卸載。流量卸載是D2D

通信最重要的一個本地服務(wù)，在數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)增長的情況下，如何在有限的頻譜資源下接入更多的用戶成為網(wǎng)絡(luò)運營商面臨的首要問題，而流量卸載是提高頻譜資源利用率的關(guān)鍵手段。D2D

通信允許兩個設(shè)備之間的直接通信，而不依賴于基站的數(shù)據(jù)中繼，因此大量流量從基站或核心網(wǎng)過渡到D2D用戶本身，降低了基站負載，接入更多的用戶。2)在線游戲、社會感知網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)、資源共享、多媒體圖像、音頻和視頻剪輯服務(wù)。隨著視頻流媒體和高清視頻傳輸?shù)榷嗝襟w服務(wù)的日益增多和人們對服務(wù)質(zhì)量的需求日益提高，傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足人們對高速率、低延遲服務(wù)的需求，設(shè)備間的直接通信減少基站的通信量，在鄰近的用戶間實現(xiàn)信息共享，很大程度上節(jié)省了信息回傳時間。(2)D2D通信在設(shè)施資源匱乏的邊遠地區(qū)一些邊遠地區(qū)或相對落后的農(nóng)村人口密度低、基站等通信設(shè)施建設(shè)覆蓋率低、設(shè)備落后、且新型通信設(shè)施部署晚，D2D通信技術(shù)有希望為這些地區(qū)提供連接5G

及超五代移動通信(Beyond5G,B5G)設(shè)施的方案。這不僅僅是為了滿足這些地區(qū)的通信需求，更是支撐遠程手術(shù)、實時通信(RealTime

Communication,RTC)等新技術(shù)服務(wù)于這些地區(qū)的方法。此外，在人口密度低、位置分散、容量需求小的邊遠地區(qū)或相對落后的農(nóng)村使用D2D

通信也可以降低運營商基站部署和維護成本。(3)災(zāi)后重建和緊急救援諸如地震、海嘯、火山等眾多不可預(yù)見的自然災(zāi)害會對通信系統(tǒng)造成嚴重破壞。雖然發(fā)生在不同地理區(qū)域的災(zāi)害不同，但面臨的問題幾乎是相同的，建筑物和其他設(shè)