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D2D通信技术应用分析
D2D通信技术应用分析

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Device—to—Device通信技术应用分析
【摘要】:Device—to-Device(D2D）通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。D2D技术可以应用于移动蜂窝网络,以提高资源利用率和网络容量。每一个D2D通信链路占用的资源与一个蜂窝通信链路占用的相等。D2D通信将在宏蜂窝基站的控制下获得通信所需的频率资源和传输功率。它与蜂窝网络共享无线资源的同时,也会带来一定的干扰.本文从实际应用的角度出发,对D2D技术原理进行了介绍,阐述了它应用的必要性和应用场景、其对比同类技术的优缺点，以及在应用中的关键问题。
【关键词】:Device-to—Device(D2D)、LTE—Advanced、资源分配、干扰抑制
【正文】：随着通信技术的发展,无线通信系统将向网络融合的方向发展，其目的是综合利用多种无线接入技术和多种无线通信方式，以提高频谱利用率和网络容量。同时，智能手机、平板电脑等移动终端已经成为当今人们的生活必备,移动用户数据业务需求快速增大，但移动网络能够使用的带宽资源是有限的.要解决业务增长与资源受限的矛盾，就要不断发掘新的移动通信技术.其中一种有效的办法是在蜂窝网络中引入 D2D（Device—to-Device)通信技术,即在地里位置上距离较近的移动设备可以直接进行通信,而不用遵循传统“设备—基站-设备”的通信模式。 它允许蜂窝网络中相距较近的若干个移动设备相互之间直接通信，其关键技术是如何解决D2D系统与蜂窝系统间的干扰协调。
1. D2D 通信概述
1.1 简介
Device—to-Device(D2D)通信是一种在系统的控制下,允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，它能够增加蜂窝通信系统频谱效率，降低终端发射功率，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。
在3GPP提出的LTE- A 的研究项目中,需要在LTE 的基础上提供新的技术来满足IMT— Advanced 的要求，提供更高的数据速率和系统容量.IMT-A系统在小区蜂窝网络下允许支持Device—to-Device(D2D)通信来提高频谱利用率。D2D通信在小区网络的控制下与小区用户共享资源，因此频谱的利用率将得到提升.此外,它还能带来的好处包括：减轻蜂窝网络的负担、减少移动终端的电池功耗、增加比特速率、提高网络基础设施故障的鲁棒性等，还能支持新型的小范围点对点数据服务。
1.2 原理
D2D技术可以应用于移动蜂窝网络，以提高资源利用率和网络容量。每一个D2D通信链路占用的资源与一个蜂窝通信链路占用的相等。D2D通信将在宏蜂窝基站的控制下获得通信所需的频率资源和传输功率。它与蜂窝网络共享无线资源的同时，也会带来一定的干扰。
例如在蜂窝网络下复用小区资源的D2D 通信，小区用户除可以通过基站服务进行通信外,它们之间还可以通过D2D 链路直接进行通信。D2D 通信与蜂窝小区用户使用相同的资源。进行D2D 通信的用户同样在小区基站的控制下。系统基站控制着D2D 通信使用的资源块以及D2D 通信的发送功率,以保证D2D 带给小区现有通信的干扰在可接受的范围内.当网络为密集LTE— A 网络,并且有很高的网络负载时,系统同样可以给D2D 通信分配资源.
1.3 应用
D2D 通信对所有用户是公平、明确的.用户向基站提出D2D 通信的请求，基站接收到请求后将用户的通信方式切换到D2D 连接模式。设计D2D 通信时不能只局限于一种服务，应当支持多种服务，另外，当没有采用D2D 通信时，不能给系统带来额外的信令开销。D2D 可应用于多种本地通信业务，近距离或同一房间内的通信。如一个巡回音乐会的视频服务，观众可以通过无线D2D 下载音乐会提供的材料。音乐会主办方通过向系统小区申请D2D 资源，可以将视频信息立即传输给用户。当然也可以通过系统小区基站来提供视频服务,但是通过D2D 方式可以减少小区基站负载，在进行D2D 通信的同时，系统可以提供话音和因特网数据业务。
1.4 关键问题
D2D 通信的主要问题之一是复用小区用户的资源所带来的干扰问题。D2D 通信复用上行链路资源时，系统中受D2D通信干扰的是基站，基站可调节D2D 通信的发送功率以及复用的资源来控制干扰，可以将小区的功率控制信息应用到D2D 通信的控制中来.此时D2D通信的发送功率需要减小到一个阀值以保证系统上行链路SINR 大于目标SINR，而当D2D 通信采用系统分配的专用资源时,D2D 用户可以用最大功率发送。
D2D 通信复用下行链路资源时，系统中受D2D通信干扰的是下行链路的用户.而受干扰的下行用户的位置决定于基站的短期调度。因此受D2D 传输干扰的用户可能是小区服务的任何用户。当D2D 链路建立后，基站控制D2D 传输的发送功率来保证系统小区用户的通信。合适的D2D 发送功率控制可以通过长期观察不同功率对系统小区用户的影响来确定.在资源分配方面，基站可以将复用资源的小区用户和D2D 用户在传播空间上分开.如基站可分配室内的D2D 用户和室外的小区用户相同的系统资源.同时基站可以根据小区用户的链路质量反馈来调节D2D 通信，当用户链路质量过度下降时降低D2D 通信的发送功率。
另外，device的发现是进行D2D通信的基础,因此也是D2D通信的关键问题之一.
2. D2D 通信的优缺点
D2D通信方式是一种不经过基站转接而直接进行数据交换或服务提供的技术。在这种架构下，每个目的用户的地位都是对等的，这种模式能大大减轻基站端的负载。此外，它还有利于推进LTE— A 框架下提出的网络扁平化。当D2D 在小范围实现本地通信或点对点通信时,不用接入核心网络，所以它也不会增加核心网络的负载。
D2D 通信通过复用小区资源来实现高效的频谱利用率，从而提高整个小区的通信速率和通信质量.它对蜂窝小区产生的干扰可以通过基站对D2D通信的资源［4］和发射功率［5]的调整来控制。此外,使用D2D 通信的用户还可以减小发射功率，降低电池功耗,延长移动终端电池的使用时间。
D2D 通信在蜂窝网中是工作在许可频段，它相对于工作在非许可频带的其它技术（如蓝牙、WLAN等）具有很多优点.只有许可频段能够保证提供干扰可控、稳定的通信环境,而非许可频段提供的服务不稳定，这对服务质量要求高的业务或特定用户是很重要的。因此，本地服务提供者更愿意支付一定费用采用许可频段来提供可靠、可控的本地服务。
相对于同样是复用小区内频谱资源的技术——-认知无线电技术，D2D在某些方面仍然具有优势。感知无线电能够利用系统中的空闲频谱,但感知空闲频谱需要监测主服务系统的接收机，这在广播系统中是比较困难的。并且当蜂窝小区负载较大时,系统资源都分配给用户时很难感知到空闲频谱。而D2D 通信的实现比监测空闲频谱简单很多,因为D2D 通信是在小区基站控制下进行的，D2D通信的干扰能够通过系统网络统一控制。而且当网络为密集LTE— A 网络，并且有很高的网络负载时,同样可以给D2D 通信分配复用资源进行D2D 通信。
当然，D2D 通信也存在一些问题，如端对端通信建立机制，即如何在蜂窝网络中建立起D2D 通信;干扰协调，即如何有效地协调蜂窝网络与D2D通信对之间的干扰[6］；接力传输,及如何在D2D 与蜂窝网络之间进行切换等。
3. D2D 通信的关键问题
系统在分配D2D 通信的资源时,可分配专用的、与小区用户正交的频谱资源，也可复用小区内用户的频谱资源。当小区负载较低，在满足小区用户通信后有剩余的频谱资源时，可分配正交频谱资源给D2D 通信，二者不会相互干扰。当小区负载较高时,D2D 通信复用小区用户的资源。此时D2D 通信和小区通信将相互干扰，基站通过控制D2D 通信所分配的资源和发射功率来控制对小区带来的干扰。
D2D 通信复用上行链路资源时，系统中受D2D通信干扰的是基站，基站可调节D2D 通信的发送功率以及复用的资源来控制干扰，可以将小区的功率控制信息应用到D2D 通信的控制中来。此时D2D通信的发送功率需要减小到一个阀值以保证系统上行链路SINR 大于目标SINR,而当D2D 通信采用系统分配的专用资源时，D2D 用户可以用最大功率发送。
D2D 通信复用下行链路资源时，系统中受D2D通信干扰的是下行链路的用户.而受干扰的下行用户的位置决定于基站的短期调度.因此受D2D 传输干扰的用户可能是小区服务的任何用户。当D2D 链路建立后,基站控制D2D 传输的发送功率来保证系统小区用户的通信.合适的D2D 发送功率控制可以通过长期观察不同功率对系统小区用户的影响来确定。在资源分配方面,基站可以将复用资源的小区用户和D2D 用户在传播空间上分开。如基站可分配室内的D2D 用户和室外的小区用户相同的系统资源.同时基站可以根据小区用户的链路质量反馈来调节D2D 通信，当用户链路质量过度下降时降低D2D 通
信的发送功率.
系统基站在给D2D 通信分配资源时,需要根据小区通信情况、现有信道状态以及小区用户的位置信息决定D2D 通信是复用小区用户资源还是采用正交资源进行通信，复用小区用户资源时，是复用上行资源还是下行资源，以及复用小区中哪个用户的资源。复用下行资源比复用上行资源更加复杂，因为后者受到干扰的是小区移动台，而小区移动台可能在小区的任何位置。复用离D2D 用户较远的小区用户的频谱资源带来的相互干扰较小。
4. D2D 通信的干扰抑制
4.1 干扰的产生
依据D2D的通信频段我们能够把其划分为使用许可频段的通信D2D（Flash LinQ系统)和未经授权使用D2D通信频带（例如蓝牙系统）.无线宽带通信技术在不断的发展进步，在高速无线通信下，广覆盖和高容量的需求是通过基站之间的传统的蜂窝用户的信息传递，即消息源的通信终端从一个基站发送到另一个基站,然后转发到目的地的通信.但是，倘若源端和目标端的通信渠道比较好，就能产生直接沟通而无无中继通信基站,这样将获得接收低延迟、高速和低功率广播一系列优点。由于D2D通信适用于当地的业务，所以如果基站前端预留资源给D2D通信模式则会引发资源的有效使用率偏低，特别当是D2D出现的机率低的情况下。当普通用户和D2D用户共享相同使用资源的时候，就会在小区中产生一定的干扰，导致使用性能的损失.当出现这种问题时，从保证原有蜂窝用户的使用性能的角度来说，D2D用户必须适当控制其发射功率。然而，如果D2D移动通信用户和复用相同的资源的蜂窝用户的距离近,那么,距离D2D用户控制干扰抑制效果是不理想的，值得注意的是，造成此种结果的原因是由于基站与用户间的发送功率差别太大。
4.2 干扰的解决方法
在查阅了许多科研工作者关于D2D通信蜂窝网络下行资源的干扰抑制措施的基础上,并进行分析后可以知道：我们可以做这样一个假设，倘若D2D通信干扰的受限范围通过精简的路径损耗模型得出,并且能够通过假设基站来获得相关用户的位置信息，那么其系统容量就得可以得到扩增。动态功率在控制策略的时间内通过D2D的通信系统链路,D2D通信链接的和监测将复用信号和资源得到用户的测量报告到BS,BS根据最终依据的信息接报D2D的发送功率，以便于实现动态功率控制的目的.用户信息D2D在CCCH进行广播是为了便于开展传输资源的分配，用户可以检测周边小区是否存在的D2D用户和及时报告给BS，以便于避开两种通信方式之间的干扰.从出发点MIMO来看,干扰的消除是通过牺牲用户MIMO自由度来实现的。该方案充分利用固有的小区内的分集,以实现最小化的干扰。并提出了两个建议：第一个方案是通过干扰追踪的方式,用该方式来降低住宅用户对D2D用户的干扰作用。第二个方案通过是播报D2D通信的干扰容忍来减少干扰.研究表明：衰减干扰可以增加中断概率及降低小区容量,但是,小区容量依然比没有D2D通信的小区提高了很多。因此我们必须建立一个机制，通过使用该机制来限制D2D最大发送功率，通过有效的方法来避免下行干扰。对于用户的平台D2D通信的下行资源的干扰抑制，我们必须要合理的进行资源程序的调度，通过合理配对用户和选择正确的信息传输方式，来达到减少由用户造成的干扰的目的，以实现提高小区的吞吐量的目的。
5. 结语
文章介绍了可应用于LTE— A 网络的D2D 通信技术。未来的通信系统被描述为高速率、大容量。而可用于移动通信的频谱资源十分有限。更加充分、高效的利用频谱资源在未来的通信系统中变得十分重要。D2D 通信通过复用小区资源来提高频谱利用率，提高整个小区的通信速率，减小基站负载。同时通过基站对D2D 通信的资源和发射功率的控制来控制D2D 对系统小区的干扰。D2D 通信还可以减小用户的发射功率，延长移动终端电池的使用时间。D2D 通信应用于许可频段，相比于WLAN、蓝牙等应用于非许可频段的通信技术相比有干扰可控等优点，能提供更加稳定、可控的通信环境。

【参考文献】：
［1]聂高峰,卢博，杨光。一种复用蜂窝网络下行无线资源的D2D通信干扰抑制方法[J]。电信网技术. 2012，01（11)：35-37
[2]林楠。蜂窝网络下D2D通信重用多用户资源研究［J］.软件. 2012,36(6)：63-66
[3］徐同刚. LTE系统中引入D2D技术后的干扰研究［J]。电信快报。 2011,04(12)：46-47
[4］张源，武文斌,李昕. 一种蜂窝网络中支持D2D通信的资源分配方法，东南大学学报(英文版）；1003—7985； 2013； vol.029； no。004； p。361-365
[5] C. Yu， O。 Tirkkonen, K. Doppler, and C. Ribeiro. On the performance of Device— to— Device underlay communication with simple power control. IEEE VTC, Barcelona， Spain, Apr。 2009.
[6］ 刘圣洁;王斌;王文鼐；。一种新型的LTE系统干扰协调算法,计算机工程与应用；1002—8331; 2014; vol.000; no。003; p。207-210
[7］员陈军,王晓湘，王冬宇.基于用户分组的D2D通信资源分配方案［J].成都信息工程学院院报。 2011，40（05）：110—1115
［8]屠天明. 适用于D2D通信复用蜂窝网络下行资源的干扰抑制方法，中国新通信，2013，（15）