面向5g的d2d通信技術評述

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1、面向5G的D2D通信技術評述　　摘要隨著智能終端設備不斷增加和網絡流量的持續(xù)上升，現(xiàn)有的通信技術已無法滿足未來通信要求。終端直通（Device-to-Device，D2D）通信作為第五代移動通信網（5G）的關鍵技術能有效緩解數(shù)據(jù)壓力，提高頻譜利用率。本文介紹了D2D的優(yōu)點，詳細分析了D2D通信中的關鍵技術環(huán)節(jié)，展望了D2D未來發(fā)展重點及主要方向。　　【關鍵詞】D2D5G資源分配MIMO　　1引言　　移動通信技術產生至今已近半個世紀，用戶數(shù)量不斷增加，業(yè)務量不斷增長，網絡流量也持續(xù)上升，這些都?ο鐘械?4G通信技術提出了更高的要求。相比較起來5G通信技術有更大的優(yōu)勢，包括容量更高、

2、數(shù)據(jù)速率更快、端到端時延更小、開銷更低、大規(guī)模設備連接和始終如一的用戶體驗質量（QoS）等。終端直通（Device-to-Device，D2D）通信技術是指臨近的移動終端通過運營商授權頻譜直接進行點對點的數(shù)據(jù)傳輸技術，已經被標準化組織3GPP列入新一代移動通信系統(tǒng)的發(fā)展框架中，成為第五代移動通信的關鍵技術之一。通信系統(tǒng)或網絡中，一旦D2D通信鏈路建立起來，傳輸數(shù)據(jù)就無需核心設備或中間設備的干預，這樣可降低通信系統(tǒng)核心網絡的數(shù)據(jù)壓力，大大提升頻譜利用率和吞吐量，擴大網絡容量。具體優(yōu)勢可以體現(xiàn)在以下幾個方面：　　（1）設備與設備間的通信距離縮短，用較小的傳輸功率獲得較大的傳輸速率；　

3、?。?）傳統(tǒng)蜂窩通信方式需要基站進行中繼傳輸，D2D通信不需要網絡中轉從而有效減輕基站負擔；　　（3）D2D通信模式下，用戶可以復用小區(qū)中其他用戶的頻譜資源接入網絡，從而提高頻譜利用率；　?。?）D2D通信因為不需要基站中繼，因此在基站故障或損壞情況下也能正常通信?！　?D2D通信關鍵技術　　未來的無線通信系統(tǒng)將向網絡融合的方向發(fā)展，在傳統(tǒng)的蜂窩網絡中引入D2D技術，在提高數(shù)據(jù)傳輸速率、降低傳輸功率、提升網絡容量的同時，也給通信系統(tǒng)帶來新的問題。比如，無線資源分配更加復雜、通信干擾等問題。因此，必須解決D2D通信中的關鍵技術問題，其中包括：D2D設備發(fā)現(xiàn)、資源分配、干擾管理和D2

4、D-MIMO等多種通信網絡與通信過程。　　2.1D2D設備發(fā)現(xiàn)　　D2D設備發(fā)現(xiàn)是指一個終端設備識別附近的另一個終端設備的過程，也是D2D通信連接的前提條件。目前D2D設備的發(fā)現(xiàn)方案有兩種：基于核心網的發(fā)現(xiàn)方案和基于direct空口的發(fā)現(xiàn)方案。基于核心網的發(fā)現(xiàn)方案中，通過精準的定位技術，核心網可以很快速地獲取到移動終端的地理位置信息，因此也可以比較簡單的判斷一個移動終端附近存在哪些其他移動終端，并將這些位置判決信息，包括移動終端的身份信息告知給有D2D發(fā)現(xiàn)請求的移動終端，從而完成發(fā)現(xiàn)過程。而基于direct空口的發(fā)現(xiàn)，是通過移動終端間直接進行D2D發(fā)現(xiàn)信號的發(fā)射和檢測，來感知并識

5、別相鄰的移動終端，這種方案可以降低終端和網絡對定位功能的依賴，即使地理位置上并非臨近，只要信號可達即可發(fā)現(xiàn)。　　2.2D2D資源分配　　在D2D通信與傳統(tǒng)通信方式并存的網絡中，由于D2D復用資源，系統(tǒng)必須保證蜂窩用戶通信和D2D用戶通信都能順利進行。而D2D對于資源的復用由基站控制，只要通過合理的功率控制和資源分配，就能夠保證D2D和蜂窩用戶正常通信。綜合考慮用戶QoS需求和功率控制等因素，可根據(jù)以下原則進行資源分配：　?。?）根據(jù)用戶距離，基站搜索所有可以接入網絡的D2D用戶，并為其找到所有可供復用通道的蜂窩用戶。由于D2D直通鏈路距離短，用戶可以使用較小的發(fā)射功率滿足其QoS

6、需求，而不損害雙方的通信質量，從而提高資源利用效率。　?。?）在D2D用戶和蜂窩用戶復用信道時進行最優(yōu)功率分配。根據(jù)凸優(yōu)化理論得到最優(yōu)功率值的閉合解?！　。?）D2D用戶和蜂窩用戶最優(yōu)信道分配。采用圖論中加權二部圖最優(yōu)匹配算法，為可接入網絡的D2D用戶找到最合適的復用搭檔以最大化網絡中蜂窩用戶和D2D用戶的總體吞吐量?！　?.3干擾管理　　D2D通信與傳統(tǒng)通信方式并存的局面也將帶來D2D用戶與蜂窩用戶間的干擾，其中包括蜂窩內干擾與蜂窩間干擾。因此減小用戶間干擾，提升通信的QoS，是D2D通信必須解決的重要問題。目前有效的干擾管理方式主要有：　　2.3.1功率控制　　當一個信道同時

7、被多個用戶復用時，由于鏈路之間的相互干擾，通過功率控制來最大化通信速率?！　?.3.2數(shù)字信號處理技術　　通過基站預編碼設計，把蜂窩用戶的信號集中在D2D用戶接收端的零空間上進行傳輸，從而減小對D2D用戶的干擾?！　?.3.3調配機制　　合理地調配時域、頻域和空域資源，可以有效減少用戶間的干擾。在時域方面利用跳時機制來分散D2D用戶在同一時間上的干擾；在頻域方面，利用著色理論優(yōu)化D2D用戶和蜂窩用戶的信道配對來提高系統(tǒng)總體性能；在空域方面，通過限制蜂窩用戶和復用其信道的D2D用戶