【D2D通信技术概述2800字】

D2D通信技术概述目录TOC\o"1-3"\h\u15845D2D技术概述 1201911.1.D2D通信设备发现与会话建立 225131.2.D2D通信传输模式 3300241.3.D2D通信共信道干扰协调 5D2D通信技术，即终端直通技术，允许两个相邻用户之间跳过基站或AP中转，直接完成通信，如图2-3所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13传统蜂窝用户及D2D用户通信示意图相较于传统的蜂窝通信模式，D2D通信具有以下几个方面的显著优势：（1）传输时延低、功率消耗小。对于用户而言，由于D2D通信通常都是短距离传输，收发端路径损耗较小，这使得用户只需消耗较小的能量就能获得较高的增益。并且相较于传统蜂窝通信过程，由于D2D通信减少了中心基站转发这一环节，因而有效地降低了数据端到端的传输时延。（2）频谱利用率高。在复用模式下的D2D通信通过共享蜂窝网络时频资源来实现数据传输，在增加网络频谱资源利用率的同时，还能使蜂窝网络在有限的频谱资源下响应更多用户请求，进而提升系统容量。（3）小区边缘用户通信质量佳、通信覆盖范围广。由于远离中心基站，位于小区边缘的用户往往难以获得核心网络可靠的服务质量保障，而借助D2D通信进行数据传输，由于通信距离大大缩短，该用户通信质量也得以明显提高，从而使通信网络覆盖范围得到进一步扩展。（6）降低基站负载。D2D通信可以分担一部分网络数据流量到D2D链路，避免核心网络中的流量负载过高而造成拥塞，并且由于D2D通信可以本地完成数据的处理，也有效减小了网络的控制开销。得益于D2D通信的诸多优势，其应用场景也非常广泛。如图2-4显示了D2D通信的多种应用场景，包括基于D2D的车联网、本地内容共享与下载、基于D2D的中继转发、社交网络、互动游戏等。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14D2D通信的应用场景1.1.D2D通信设备发现与会话建立作为实现D2D通信的关键一步，设备发现和会话建立是D2D通信的基础与开端，如果缺少D2D设备的发现和会话建立，那么就没有办法展开后面的通信过程，在图2-5中展示了设备发现和会话建立的工作过程。目前D2D设备发现有两种实现方式，其中一种是在通信设备发送和接收信息的时候，实现通信设备发现，该方式已被3GPP认可，并且已经形成了相应标准，根据不同用户所拥有的权限高低该方式又分为限制发现和公开发现：限制发现一般适用于通信环境比较优良，设备比较充足，并且对安全信息比较重视的场景，公开发现通常用于通信环境没有那么优良，需要保障救援、紧急救助等通信情况。另外一种方式是通过核心网对设备位置进行判断，然后把这种信息发布给该设备周围正在发送D2D请求的其他设备；由于这种方式对精准度要求比较严格，并没有在生活的大部分场景下运用开来。在设备发现进行后，下一步就要开始D2D设备之间的会话建立，如图2-5所示，具体过程为：1）D2D用户1向基站发出请求信号，请求与D2D用户2发起会话；2）基站接收到来自D2D用户1的会话发起请求后，检测两个D2D用户间的信道条件，判断会话建立的可行性；3）若基站判断D2D用户之间的信道状态能够建立起会话，则将会执行资源分配算法，并将结果发送给两个D2D用户；4）两个D2D用户根据分配到的资源，建立D2D通信链路，进行数据传输。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15D2D通信会话建立过程1.2.D2D通信传输模式D2D通信传输模式主要分为：专用模式、蜂窝模式和复用模式三种模式，如图2-6所示。它们主要是依据是否跳过基站通信以及对频谱资源的使用方式的不同来进行划分的。下面依次对这三种模式进行介绍：图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s16D2D通信模式比较（1）专用模式（overlay）：D2D通信工作在专用模式下时，D2D用户之间的数据传输可以跳过基站，直接实现端到端的通信。并且在专用模式下，D2D用户与蜂窝用户分别在正交的频带上独立传输，因此D2D用户与蜂窝用户之间互不干扰。但是该模式将对频谱资源造成一定程度的浪费，无法充分体现D2D通信在提高频谱资源利用率方面的优势。当通信系统中的频谱资源比较紧张时，专用模式下的D2D通信可能就会受到影响甚至无法继续工作。（2）蜂窝模式：D2D通信工作在蜂窝模式下时，D2D用户直接就需要基站才能进行数据传输，否则将无法通信。在这种场景下，D2D用户就与普通的蜂窝用户没有明显区别。一般是由于D2D的发送用户与接受用户之间的距离变远或是通信直传链路受到影响而无法保证通信时，D2D用户就会换成蜂窝模式，在基站的帮助下完成通信。工作在蜂窝模式下的D2D用户将被分配一段与蜂窝用户正交的频谱资源，而不会与蜂窝用户产生干扰。蜂窝模式已完全体现不出D2D通信的优势，并且与专用模式一样，会对频谱资源造成一程度浪费，不利于频谱效率的提升。（3）复用模式(underlay)：D2D通信工作在复用模式下时，D2D用户可以通过复用蜂窝用户的频谱资源实现端到端的直接通信，无需经过基站。复用模式最能够体现D2D通信在降低传输时延、减小功率消耗、提升频谱效率和能量效率方面的独特优势，尤其是在网络中用户数目较多，流量负载较大的时候。复用模式也是现有研究中最常使用的D2D通信模式。根据复用频谱资源的不同，复用模式还可继续分为上行复用模式和下行复用模式。如图2-7，显示了D2D通信的上行复用模式的场景。在进行上行链路传输时，蜂窝用户向基站发送信号，D2D发送机采用蜂窝用户相同的频谱资源向D2D接收机发送信号。由于频谱资源的复用，将产生同信道干扰，在基站端，除了接收到来自蜂窝用户的期望信号之外，还会受到来自D2D发送用户的干扰信号；而在D2D接收机端，除了接收到来自D2D发射机的期望信号以外，同样也会接收到来自蜂窝用户的信号干扰。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s17D2D用户复用上行链路频谱资源如图2-8，显示了D2D通信的下行复用模式的场景。在进行下行链路传输时，基站给蜂窝用户发送信号，D2D发送机采用相同的频谱资源向D2D接收机发送信号。由于频谱资源的复用，将产生同信道干扰。在蜂窝用户端，除了接收到来自基站发送的期望信号之外，还会受到来自D2D发送用户的干扰信号；而在D2D接收机端，除了接收到来自D2D发射机的期望信号以外，同样也将接收到来自基站的信号干扰。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s18D2D用户复用下行链路频谱资源1.3.D2D通信共信道干扰协调如前文所述，D2D采用复用模式可以提升系统的频谱效率。但是同时也带来了用户间干扰。功率控制是D2D通信干扰协调的核心技术之一，发射端的功率大小与收发端之间信道的状态决定了通信链路的好坏，从而影响通信服务的质量。发送功率太大不仅会造成过多的能量消耗，还会严重干扰其他通信链路；但发送功率过小则无法保证用户的通信质量。因此设计合适的功率控制策略来减少同频干扰，提高小区吞吐量具有重要的研究意义。目前对于D2D通信的功率控制主要可以分为两种：静态设置与动态设置。静态设置是指，在D2D通信的会话建立之前，已经静态地设置好了用户的数据发送功率，该发送功率固定不变，直到完成通信结束会话。静态设置的方式不能随着D2D用户与被复用蜂窝用户之间位置的改变而进行调整，无法使通信系统获得最佳的性能。动态设置可以根据用户位置的