PAGE9PAGE9短距離終端直通技術（D2D）的分類與應用研究1.1D2D通信技術的介紹D2D終端直通技術是一種實現了短距離設備之間無需通過基站或核心網絡便可以實現通信的技術。傳統的蜂窩通信由于需要通過基站進行轉發，在如今爆炸式增長的通信用戶數和通信信息量的大背景下導致頻譜資源十分稀缺，而D2D不僅可以不需要通過基站就可以實現通信，還可以復用蜂窩網絡的頻譜資源，減少基站壓力、提高頻譜資源利用率。D2D的出現，使短距離-高速率的通信成為現實，兩個或多個設備在允許的距離范圍內，可以進行高速率的視頻傳輸、實時游戲等功能。在D2D技術成熟以前，存在許多短距離通信技術，但存在一定弊端，對比藍牙、Wifi直連等技術，D2D可使用的頻段豐富，服務質量、信息安全性有所保障，速率也大幅度提升。雖然D2D存在通信距離的限制，但其種種優點，使D2D技術逐漸登上主流的通信舞臺，成為5G通信中的關鍵技術之一。實際上，雖然D2D通信無需通過基站，但基站始終對其進行監測和管理，合理安排蜂窩網絡用戶和D2D用戶的使用頻段，合理分配兩者的發射功率，使兩者的通信在互不干擾的情況下，功率達到最高。D2D通信主要分為兩個步驟。首先，通信范圍內的兩設備在被基站判定為可以使用D2D通信方式后自動配對并建立通信鏈路；之后，這兩個建立通信鏈路的設備直接進行數據傳輸。在數據傳輸階段，會存在一些來自本小區或相鄰小區、D2D用戶或蜂窩用戶的干擾，如何降低這些干擾，成為優化完善D2D技術中最關鍵的問題。國內外研究學者對此提出了許多解決方案，大概可以分為模式選擇、功率控制、資源分配和干擾消除這四種類型。下面介紹這幾種類型的關鍵技術以及在D2D通信中的實現。模式選擇：蜂窩網絡中的D2D存在三種數據傳輸模式：蜂窩模式、專用模式、復用模式。蜂窩模式是指D2D采用與傳統蜂窩通信方式一樣的方式，在數據傳輸時需經過BS轉發。專用模式是指D2D用戶和蜂窩用戶使用的頻譜資源是完全正交的，彼此間互不干擾，但會浪費本就稀缺的頻譜資源，且當D2D損耗低于BS損耗時，系統整體性能會下降。復用模式是指D2D用戶復用蜂窩用戶的頻譜資源，這樣勢必會帶來一些干擾，但卻高效率的利用了頻譜資源，此時BS需要提供一些功率控制、資源分配的手段，來使這種同頻干擾在可控范圍內。功率控制：功率控制是指在D2D選用復用模式下，利用適當的功率控制來平衡協調D2D用戶和蜂窩用戶之間的干擾，在保證兩者的通信質量的前提下，盡可能的提高系統資源利用率。假設新型蜂窩網絡種存在單一基站BS，多個蜂窩用戶CE和多對D2D用戶DE-DE’，蜂窩用戶CE正準備向BS發送數據，DE(D2D發送端)如果和BS距離很近，為了防止D2D用戶對蜂窩用戶的干擾，就要降低DE的發射功率，但這樣就會降低D2D用戶的通信質量；DE如果和BS距離較遠，此時D2D用戶對蜂窩用戶的干擾較小，就可以提高DE的發射功率。現實中，一般在接收端設置一個目標信噪比，通過該信噪比來控制D2D通信的發射功率。資源分配：資源分配是指小區內的每個D2D鏈路由基站分配合適的時間-頻率無線資源。D2D通信資源分配通常分為集中式和分布式。集中式資源分配指基站統一為D2D用戶和蜂窩用戶分配頻譜資源，優點為頻譜效率較高，缺點為系統花銷大、復雜度高、僅適用于中小型網絡。分布式資源分配指D2D用戶通過感知D2D鏈路的位置信息、路徑損耗等信息，自己為自己分配可使用的頻譜資源，優點為系統花銷小，缺點為需要提前感知的信息較多。干擾協調：干擾協調是指為了消除D2D用戶采用復用模式時，D2D用戶間、D2D用戶和蜂窩用戶間存在同層、跨層干擾而使用的干擾協調技術，如功率控制、信道分配等技術。1.2D2D通信技術的分類如圖2-1，D2D根據占用蜂窩頻譜資源的方式分為Inband和Outband兩種通信方式。Inband又可以分為Underlay和Overlay，Outband又可以分為Controlled和Antonomous。圖2-2介紹了其具體應用場景。InbandD2D通信中，用戶可以使用有執照的蜂窩頻譜資源，優點是可控性、頻譜效率和通信服務質量較高，缺點是系統開銷較大。OutbandD2D通信中，用戶使用沒有執照的、與蜂窩頻譜不重疊的頻譜資源，優點是D2D和蜂窩用戶間的干擾減小，缺點是蜂窩設備在擁有兩個或兩個以上的接口時才可以使用，且可控性降低，易受環境影響。在如今的應用場景中，Inband通信更為普遍，但在未來，智能手機會擁有更多的接口，那么Overband作為Inband通信的補充方式，將極具應用價值。圖2-1D2D通信技術分類圖圖2-2Inband和Outband具體應用圖1.3D2D通信技術的應用D2D通信技術在現實生活中的許多場景都可以應用，它的出現革新了現有的傳統蜂窩模式，使短距離、高速率的通信成為現實，降低了信息時代下基站的壓力。圖2-3介紹了D2D通信技術在現實中的一些應用，可見，D2D極具商業價值，下面具體介紹幾種D2D應用。本地廣播：利用了D2D的短距離傳輸特性，精準定位目標人群進行信息廣播。例如：商場、酒店、電影院等盈利場所的工作人員可以向鄰近的用戶發送其促銷信息、廣告等，精準宣傳以此提高盈利。車聯網通信：在通信范圍內的車輛間可以彼此定位、相互通信、進行路況等信息的分享。例如；車輛拐彎時，拐進的車道的車輛會收到提醒，并在預判到危險時及時提醒，減少交通事故的發生；特殊車輛(救護車、警車)有特殊提示，普通車輛盡量為這些車進行車道的預留。應急通信：在基站遭受損壞，無法為蜂窩用戶進行通信轉發時，D2D通信仍