D2D通信关键技术、优势及应用一览

1.D2D通信关键技术

D2D 通信过程包括设备发现和建立阶段与设备通信阶段。在设备通信阶段主要是对各类资源的管理，包括模式选择、频谱接入、传输时间划分和发射功率控制等方面。下面介绍在 D2D 通信阶段无线资源管理方面的关键技术。

(1)模式选择

D2D 用户需要确保选择的模式能够带来更好的通信体验，而干扰功率、设备距离以及信道参数等，都会影响模式的选择，选择具有优势的模式体现在链路质量高以及噪声干扰小。D2D 通信中主要采用三种传输模式，包括蜂窝模式、专用模式和复用模式。蜂窝模式下，D2D 用户回归成传统用户，网络中所有用户都通过 BS 中继转发的方式进行通信，频谱利用率较低，适用于 D2D 通信不能建立的场景。专用和复用模式已经在带内通信模式中进行过阐述。通信模式的选择越多，通信自由度越高，有助于提高网络性能。目前已经在针对当前无线网络中的模式选择问题方面取得了许多成果。

(2)功率控制

功率控制是 D2D 通信网络中考虑的核心要素之一。蜂窝系统中存在信道衰落、用户间干扰等问题，如果信号衰落或者干扰的强度过大，则会影响蜂窝用户的通信质量和系统容量。用户可以通过增大发射功率来补偿由于路径损耗导致的信号衰减，保证通信的可靠传输，但是较高的发射功率会增加链路间干扰水平，降低系统服务质量，如果设备以较低的功率来传输信息，对其他设备的干扰会减小，换来的是自身通信服务质量的下降，设计合理的功率控制策略则可以减少用户间的相互干扰，保证蜂窝和 D2D 通信高效地进行。发射功率控制可以分为静态和动态功率控制两种方案。

静态功率控制是指在通信场景中固定 D2D 用户的发射功率，这类方法的缺陷在于实时性较差，当信道参数发生变化时不能及时做出调整，通信性能表现比较差。引入动态的功率控制方案是必要的，动态功率控制方案能够在信道状态或用户位置等信息发生改变时对 D2D 用户的发射功率调整，以适应覆盖范围内信息的变化，在有效减小用户间干扰的基础上，保证系统吞吐量。

(3)资源分配

资源分配通常表示为蜂窝用户和 D2D 用户选择 RB 传输信息。RB 作为传输资源时分配的最小单位，是频域和时域的资源组合，一个 RB 在时域持续一个时隙，在频域包含 12 个子载波，子载波间距为 15kHz，即占有 180kHz 的带宽。根据用户的信道条件差异和性能需求不同，需要对不同 D2D 用户对分配 RB。在专用模式下，虽然蜂窝用户和 D2D 用户采用正交传输频段，但 D2D 用户之间可以采用相同的 RB 来提升频谱资源利用率。在复用模式下蜂窝和 D2D 用户共享 RB，通常为相距较远的蜂窝用户和 D2D用户分配相同的 RB，这样在一定程度上避免了干扰的加剧，为了实现 RB 的可靠分配，仍需要设计有效的算法，最大限度地减少网络中的干扰。

复用方式通常分为四种模式，一对一复用模式下，一个 D2D 用户共享一个 RB，这种方式能获得较好的性能，但是频谱利用率低。多对一模式下，多个 D2D 用户复用一个蜂窝用户资源的方式通常出现在空闲频谱资源较少的情况，本文主要针对多对一模式进行研究。对于频谱资源较多且对通信质量要求较高的通信场景，则采用一对多复用模式。尽管在理论上多对多复用能够获得最大的系统增益，但同时引起的干扰问题更复杂。D2D 和蜂窝用户之间的瞬时干扰协调依赖于有效的资源分配机制，合理的 RB 分配方案直接影响网络整体性能的优劣程度。

2.D2D 通信技术的优势

(1)增加能量效率和频谱效率。D2D 通信是短距离移动通信，通信距离的缩短和链路条件的改善带来的是传输功率的减小和传输速率的提升。设备在较低传输功率等级下能正常完成直连通信，从而提高系统的能量效率。

(2)由于 D2D 通信在传输过程中产生的链路增益和资源复用增益，因此可以提高通信网络系统的整体吞吐量。

(3)D2D 短距离通信的出现，提高了短距离通信的通信质量，使得临近业务的展开更为灵活和便捷，通信用户的体验度也得以提高。

(4)D2D 通信无需核心网络的搭载，减轻了基站的压力，同时这也使得在无基础网络设施下的通信得以实现，这一过程可进一步扩大通信的应用场景。

3.D2D通信的应用

(1)本地数据服务

1)蜂窝流量卸载。流量卸载是 D2D 通信最重要的一个本地服务，在数据流量呈指数增长的情况下，如何在有限的频谱资源下接入更多的用户成为网络运营商面临的首要问题，而流量卸载是提高频谱资源利用率的关键手段。D2D 通信允许两个设备之间的直接通信，而不依赖于基站的数据中继，因此大量流量从基站或核心网过渡到 D2D 用户本身，降低了基站负载，接入更多的用户。

2)在线游戏、社会感知网络、内容分发、资源共享、多媒体图像、音频和视频剪辑服务。随着视频流媒体和高清视频传输等多媒体服务的日益增多和人们对服务质量的需求日益提高，传统的蜂窝网络已经不能满足人们对高速率、低延迟服务的需求，设备间的直接通信减少基站的通信量，在邻近的用户间实现信息共享，很大程度上节省了信息回传时间。

(2)D2D 通信在设施资源匮乏的边远地区

一些边远地区或相对落后的农村人口密度低、基站等通信设施建设覆盖率低、设备落后、且新型通信设施部署晚，D2D 通信技术有希望为这些地区提供连接 5G 及超五代移动通信(Beyond 5G, B5G)设施的方案。这不仅仅是为了满足这些地区的通信需求，更是支撑远程手术、实时通信(Real Time Communication, RTC)等新技术服务于这些地区的方法。此外，在人口密度低、位置分散、容量需求小的边远地区或相对落后的农村使用 D2D 通信也可以降低运营商基站部署和维护成本。

(3)灾后重建和紧急救援

诸如地震、海啸、火山等众多不可预见的自然灾害会对通信系统造成严重破坏。虽然发生在不同地理区域的灾害不同，但面临的问题几乎是相同的，建筑物和其他设施可能倒塌，导致被碎片和瓦砾困住的受害者受伤或者死亡，通信网络基础设施的破坏、能源和电力的约束、网络的较少可用性和服务的有限性是主要问题。不需要通过移动接入点或移动基站等网络基础设施进行中继，允许相邻设备直接通信的 D2D 通信成为解决这一问题的方法。

以上梳理了D2D通信的关键技术、优势及应用，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注CE安全网的行业知识栏目。

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