D2D通信關鍵技術、優勢及應用一覽

1.D2D通信關鍵技術

D2D 通信過程包括設備發現和建立階段與設備通信階段。在設備通信階段主要是對各類資源的管理，包括模式選擇、頻譜接入、傳輸時間劃分和發射功率控制等方面。下面介紹在 D2D 通信階段無線資源管理方面的關鍵技術。

(1)模式選擇

D2D 用戶需要確保選擇的模式能夠帶來更好的通信體驗，而干擾功率、設備距離以及信道參數等，都會影響模式的選擇，選擇具有優勢的模式體現在鏈路質量高以及噪聲干擾小。D2D 通信中主要采用三種傳輸模式，包括蜂窩模式、專用模式和復用模式。蜂窩模式下，D2D 用戶回歸成傳統用戶，網絡中所有用戶都通過 BS 中繼轉發的方式進行通信，頻譜利用率較低，適用于 D2D 通信不能建立的場景。專用和復用模式已經在帶內通信模式中進行過闡述。通信模式的選擇越多，通信自由度越高，有助于提高網絡性能。目前已經在針對當前無線網絡中的模式選擇問題方面取得了許多成果。

(2)功率控制

功率控制是 D2D 通信網絡中考慮的核心要素之一。蜂窩系統中存在信道衰落、用戶間干擾等問題，如果信號衰落或者干擾的強度過大，則會影響蜂窩用戶的通信質量和系統容量。用戶可以通過增大發射功率來補償由于路徑損耗導致的信號衰減，保證通信的可靠傳輸，但是較高的發射功率會增加鏈路間干擾水平，降低系統服務質量，如果設備以較低的功率來傳輸信息，對其他設備的干擾會減小，換來的是自身通信服務質量的下降，設計合理的功率控制策略則可以減少用戶間的相互干擾，保證蜂窩和 D2D 通信高效地進行。發射功率控制可以分為靜態和動態功率控制兩種方案。

靜態功率控制是指在通信場景中固定 D2D 用戶的發射功率，這類方法的缺陷在于實時性較差，當信道參數發生變化時不能及時做出調整，通信性能表現比較差。引入動態的功率控制方案是必要的，動態功率控制方案能夠在信道狀態或用戶位置等信息發生改變時對 D2D 用戶的發射功率調整，以適應覆蓋范圍內信息的變化，在有效減小用戶間干擾的基礎上，保證系統吞吐量。

(3)資源分配

資源分配通常表示為蜂窩用戶和 D2D 用戶選擇 RB 傳輸信息。RB 作為傳輸資源時分配的最小單位，是頻域和時域的資源組合，一個 RB 在時域持續一個時隙，在頻域包含 12 個子載波，子載波間距為 15kHz，即占有 180kHz 的帶寬。根據用戶的信道條件差異和性能需求不同，需要對不同 D2D 用戶對分配 RB。在專用模式下，雖然蜂窩用戶和 D2D 用戶采用正交傳輸頻段，但 D2D 用戶之間可以采用相同的 RB 來提升頻譜資源利用率。在復用模式下蜂窩和 D2D 用戶共享 RB，通常為相距較遠的蜂窩用戶和 D2D用戶分配相同的 RB，這樣在一定程度上避免了干擾的加劇，為了實現 RB 的可靠分配，仍需要設計有效的算法，最大限度地減少網絡中的干擾。

復用方式通常分為四種模式，一對一復用模式下，一個 D2D 用戶共享一個 RB，這種方式能獲得較好的性能，但是頻譜利用率低。多對一模式下，多個 D2D 用戶復用一個蜂窩用戶資源的方式通常出現在空閑頻譜資源較少的情況，本文主要針對多對一模式進行研究。對于頻譜資源較多且對通信質量要求較高的通信場景，則采用一對多復用模式。盡管在理論上多對多復用能夠獲得最大的系統增益，但同時引起的干擾問題更復雜。D2D 和蜂窩用戶之間的瞬時干擾協調依賴于有效的資源分配機制，合理的 RB 分配方案直接影響網絡整體性能的優劣程度。

2.D2D 通信技術的優勢

(1)增加能量效率和頻譜效率。D2D 通信是短距離移動通信，通信距離的縮短和鏈路條件的改善帶來的是傳輸功率的減小和傳輸速率的提升。設備在較低傳輸功率等級下能正常完成直連通信，從而提高系統的能量效率。

(2)由于 D2D 通信在傳輸過程中產生的鏈路增益和資源復用增益，因此可以提高通信網絡系統的整體吞吐量。

(3)D2D 短距離通信的出現，提高了短距離通信的通信質量，使得臨近業務的展開更為靈活和便捷，通信用戶的體驗度也得以提高。

(4)D2D 通信無需核心網絡的搭載，減輕了基站的壓力，同時這也使得在無基礎網絡設施下的通信得以實現，這一過程可進一步擴大通信的應用場景。

3.D2D通信的應用

(1)本地數據服務

1)蜂窩流量卸載。流量卸載是 D2D 通信最重要的一個本地服務，在數據流量呈指數增長的情況下，如何在有限的頻譜資源下接入更多的用戶成為網絡運營商面臨的首要問題，而流量卸載是提高頻譜資源利用率的關鍵手段。D2D 通信允許兩個設備之間的直接通信，而不依賴于基站的數據中繼，因此大量流量從基站或核心網過渡到 D2D 用戶本身，降低了基站負載，接入更多的用戶。

2)在線游戲、社會感知網絡、內容分發、資源共享、多媒體圖像、音頻和視頻剪輯服務。隨著視頻流媒體和高清視頻傳輸等多媒體服務的日益增多和人們對服務質量的需求日益提高，傳統的蜂窩網絡已經不能滿足人們對高速率、低延遲服務的需求，設備間的直接通信減少基站的通信量，在鄰近的用戶間實現信息共享，很大程度上節省了信息回傳時間。

(2)D2D 通信在設施資源匱乏的邊遠地區

一些邊遠地區或相對落后的農村人口密度低、基站等通信設施建設覆蓋率低、設備落后、且新型通信設施部署晚，D2D 通信技術有希望為這些地區提供連接 5G 及超五代移動通信(Beyond 5G, B5G)設施的方案。這不僅僅是為了滿足這些地區的通信需求，更是支撐遠程手術、實時通信(Real Time Communication, RTC)等新技術服務于這些地區的方法。此外，在人口密度低、位置分散、容量需求小的邊遠地區或相對落后的農村使用 D2D 通信也可以降低運營商基站部署和維護成本。

(3)災后重建和緊急救援

諸如地震、海嘯、火山等眾多不可預見的自然災害會對通信系統造成嚴重破壞。雖然發生在不同地理區域的災害不同，但面臨的問題幾乎是相同的，建筑物和其他設施可能倒塌，導致被碎片和瓦礫困住的受害者受傷或者死亡，通信網絡基礎設施的破壞、能源和電力的約束、網絡的較少可用性和服務的有限性是主要問題。不需要通過移動接入點或移動基站等網絡基礎設施進行中繼，允許相鄰設備直接通信的 D2D 通信成為解決這一問題的方法。

以上梳理了D2D通信的關鍵技術、優勢及應用，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

推薦閱讀：

通信行業研究框架：工業通信-220725(26頁).pdf

通信行業研究框架：企業統一通信篇-220726(26頁).pdf

通信行業專題深度：通信產業賦能汽車新三化-220315(112頁).pdf