无线网络技术及应用

重庆邮电大学工程硕士研究生堂下考试

答卷

2016学年第二学期

考试科目无线网络技术及应用

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2016年6月28日

D2D终端直通技术研究

摘要：D2D(device-to-device)通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术，通过提高空间利用率从而提高频谱利用率，在某些场景下使移动通信变得更加直接和高效，缓解基站压力，提高用户体验。本文首先给出了D2D通信系统的基本概念、技术特点，重点关注干扰管理、模式选择、资源分配和功率控制。最后对D2D通信技术在下一代网络中的应用提出了一些构想。

关键词：D2C®信技术；蜂窝网络；资源分配；下一代网络

一、D2D的概念及技术特点

D2D (Device-to-Device)通信，也称为邻近服务(Proximity Service，Pro Se)，

是由3GPP组织提出的一种点到点的无线通信技术，它可以在蜂窝通信系统的控制下允许LTE终端之间利用小区无线资源直接进行通信，而不经过蜂窝网络中转。作为面向

5G的关键候选技术，D2D技术能够提升通信系统的频谱效率，减轻系统负荷，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。同时，由于降低了通信距离，D2D技术还可以降低移动终端发射功率，减少电池消耗，提高终端续航时间。LTE-D2D 有以下几个技术特点。

(1) 工作在许可频段

基于LTE技术的D2D工作在许可频段，作为LTE通信技术的一种补充，它使用的是蜂窝系统的频段，通过基站对无线资源的控制使得对小区其他用户的干扰控制在可接受范围，因此可以给用户提供干扰可控的环境和较高质量的通信服务。并且利用网络中广泛分布的用户终端以及D2D通信链路短距离的特点，可以实现频谱资源的有效利用，获得资源空分复用增益。而蓝牙、Wi-Fi Direct、Flash Lin Q 等技术，工作在免许可频段，存在严重干扰，通信QoS无法得到保障。

(2) 网络参与D2D通信流程

D2D 通信和传统蜂窝通信使用相同的无线资源，由网络控制并优化无线资源的

使用，以获得最优QoS蜂窝网络对D2D通信的控制程度有不同等级：一方面，蜂窝网

络可以对D2D设备的邻近发现、连接建立和资源分配进行全面控制；另一方面，蜂窝网络也可以辅助D2D设备完成邻近发现和连接建立，并提供认证等功能，蜂窝网络不干涉D2D连接的资源分配，并且D2D连接也可以采用其他非蜂窝的无线接入技术进行数据传输，如使用Wi-Fi 等进行数据传输。

(3) 应急通信当极端的自然灾害如地震、台风发生时，传统的蜂窝基站等基础设施往往会受到损坏，甚至发生网络瘫痪，通信服务无法得到保障。D2D技术的引入有可能解决

这个问题，如通信网络基础设施被破坏，终端之间仍然能够基于D2D连接建立无线通信，保证终端之间无线通信的畅通，为灾后救援提供保障。另外，受地形、建筑物遮挡等因素的影响，无线通信网络覆盖往往会存在盲点。通过一跳或多跳D2D，位于覆盖盲区的用户可以连接到位于网络覆盖内的用户终端，借助该终端连接到无线通信网络。

3GPP SA1T 2011年9月成立近距离服务研究项目(Proximity Service Study Item),把

D2D的应用场景分成公共安全和商业应用两大类，并于2012年5月引入使用Wi-Fi进行数据通信的方案。在3GPPRANT作组，高通公司一直在推动立项，并将研究分成设备发现和数据通信两个阶段分步推进。D2D技术能在蜂窝网

络的框架下发现周围具备相同功能的设备或用户，提升电信运营商基于位置的业务能力，带来潜在新商机，提供更好的用户体验。但是，由于面临与其他NFC、Wi-Fi Direct 等传统直连通信技术的竞争，商业模式有待进一步明晰。另外，作为面向未来5G 的关键候选技术，其在很多其他领域诸如室内定位、车联网(LTE-based V2X) 等也会有重要应用。

二、D2D通信的分类假设两层次的蜂窝网络中包含宏蜂窝层和终端层、宏蜂窝层是传统蜂窝系统中基站(Base Station , BS )到终端的通信，终端层是D2C通信。如果某个终端通过BS 连接到蜂窝网络，就认为该终端工作在宏蜂窝层。如果某个终端直接与另一终端相连接或者通过其他终端中继后相连接，就认为这些终端工作在终端层。

为了实现终端层，运营商可以有不同级别的控制权。运营商可以完全或者部分

控制资源分配和中继节点，或者不进行任何控制。因此，可以将D2D通信划分为以

下四类:

1. 运营商控制的终端中继:如图1所示，在覆盖范围比较差的区域，终端能够利

用BS与中继终端进行数据传输，进而获得较高的QoS运营商与中继终端进行通信，完全或部分控制会话的建立。

2. 运营商控制的D2D 直接通信(Direct D2D communication with operator con trolled, DC-OC ):如图2所示，通信终端不需要BS转发就能够进行数据交换，但是仍需要运营商负责建立会话。

图1:运营商控制的终端图2:运营商控制的D2D直接通信

3. 终端控制的终端中继(Direct relaying, with device controlled , DR-DC ):如图3 所示，运营商不负责会话的建立，通信终端以分布式的方式利用中继进行通信。

4. 终端控制的D2D直接通信(Direct D2D commu nication with device con trolled , DC-DC ):如图4 所示，通信终端不需要运营商就可以相互协商建立直接通信，但是必须避免对蜂窝网络中其他用户的干扰。

根据D2D通信工作的频段还可以将D2D通信划分为以下两类，如图5所示：

⑴带内D2D终端占用蜂窝频段进行D2C通信，这样有利于控制干扰。根据D2D 通信和蜂窝通信是否同时占用同一频段，带内D2D通信又可以分为Underlay和