LTE系统下的D2D通信技术分析研究论文

LTE系统下的D2D通信技术分析研究论文

　　D2D通信是一种新型通信技术，它受控于LTE系统，终端之间允许通过对小区频谱资源进行复用进而可以直接进行通信，它可以使终端发射功率有效减少，使蜂窝通信系统频谱效率得到有效提高，对于当前无线通信系统缺乏足够的频谱资源的问题该技术也在一定程度上给予了解决。

　　1 概述

　　在我国，移动通信系统如今随着移动通信技术的持续发展已逐渐进入4G时代并向前进一步发展。LTE系统作为当前的主流无线通信协议，已经在民用和工业上广泛应用。随着用户需求的不断增加，通信带宽的压力也越来越大，无线信道资源变得紧缺起来，并且现今能够利用到移动通信的频谱资源又无法完全满足需求，所以使系统的吞吐量得到提高，对系统现有的频谱资源进行最大化的使用成为未来必然的发展方向。D2D(Device-to-Device)通信技术就是为了解决这一问题而产生的。

　　D2D通信是一种新型通信技术。它受控于LTE系统，终端之间允许通过对小区频谱资源进行复用进而可以直接进行通信，它可以使终端发射功率有效的减少，使蜂窝通信系统频谱效率得到有效的提高，对于当前无线通信系统缺乏足够的频谱资源的问题该技术也在一定程度上给予了解决。通过对小区内的资源反复利用，D2D通信技术提高了频谱资源利用率。但小区内的用户会和重复利用小区内资源产生一定的干扰，为了使系统频谱的利用率得到提高，应采取措施将这种干扰降低。

　　2 D2D技术原理

　　D2D通信是一种端到端通信技术，它受控于小区的基站。采用该技术可以使蜂窝通信系统的系统吞吐量和频谱利用效率得到有效的提升，对于当前无线通信系统中有关频谱资源缺乏的问题D2D通信也可以提供一定的解决办法。用户向BS(基站)提出建立D2D通信的请求，根据用户发出的相关通信请求基站给D2D用户分配相应合适的信道资源，信道根据用户所获取的信道资源就直接可以进行数据通信，从而实现使系统吞吐量得到提高与使基站的负载减轻的目的。接下来从数据链路和控制链路建立的步骤和对D2D通信资源进行划分的形式来对D2D通信技术进行简析。

　　对D2D通信用户资源的划分有两种方式：一种是将小区内的频谱资源让蜂窝用户与D2D通信用户共同使用;另一种是专门给D2D通信用户划分一定的并且和蜂窝通信用户所使用的资源相互正交的频谱资源。蜂窝模式资源和D2D模式资源这两个部分相互正交的频谱资源被专用资源分配方式严格给区分开来。

　　专用资源分配方式对资源这种严格的划分方式将D2D通信用户与蜂窝通信用户之间形成的干扰给有效地消除了，但是这种情况也只是在网络负载不大的时候适用，分配给对应两种模式下用户的资源不能被它们充分高效地利用，这种方案不仅不会提高频谱资源的利用效率，反而会使其效率降低。

　　3 D2D通信流程分析

　　3.1 D2D通信建立方法

　　建立D2D通信的方法一共有两种，依据D2D通信控制方式的差异可分为分布式控制和集中式控制。通过D2D设备依靠自身完成D2D通信连接的形成和维护的方式为分布式控制。集中式控制则是D2D通信连接完全受控于基站，基站基于来自终端的有关测量的信息由此来获得关于通信用户在信道质量与位置等方面的信息，并根据这些信息的具体将资源进行合理的分配，然而系统信令负荷同时也会由此方案而相应增加。

　　分布式控制与集中式控制相比，对于D2D设备之间的链路质量信息，前者更加容易获得，但是同时前者也会使D2D设备的复杂程度相应地增大。建立D2D通信需要相应的步骤和一定的约束条件，D2D终端间由于有距离的约束，所以两D2D终端间的距离一般要在50米的范围内，否则会使终端间的信号受到很大的影响，同时使手机电量的耗损增加，可能产生额外的干扰或影响。在此文中，所有的D2D用户都假定处在同一个小区，以下为具体实现的步骤：

　　(1)用户给基站发起有关会话建立的请求信号;

　　(2)该请求信号被基站接收，同时基站对请求信号进行相应的判断其是否符合条件，同时给所要反复利用资源的蜂窝用户和D2D通信的目的端发送有关测量的信息指令及预先要分配的资源信息;

　　(3)依据来自基站的指示信号，D2D通信源端给蜂窝用户端和D2D通信目的端发送相对应的测量命令并对相关数据进行测定;

　　(4)每个通信终端把包含获得测定数据的测量报告传送给基站，基站依据所获得的数据分配给D2D用户相应的最终信道资源;(5)D2D通信开始进行数据传输。

　　3.2 D2D通信模式的优势

　　对于许多通信业务尤其是在同一个地域内或是距离很近的可靠通信中，如在某些公共场所内，例如机场、车站、商场等，都可以将D2D通信应用到其中。通信用户间利用此模式可以直接开展视频会议、发布信息、语音通信、共享资料等业务，而不必要使用接入点或者基站作为中转，由此可以减少网络负担和缩短传输的时间。与在通信中将基站或接入点作为中转的蜂窝通信相比，D2D通信不但可以给蜂窝用户提供有保证的服务需求，还可以减轻网络负担。

　　小区基站可以在为D2D通信提供所需服务的同时将话音业务和数据业务分享给更多的蜂窝用户。在一些蜂窝系统还未全面覆盖无线服务的基础或者相关设施建设并不完善的地区，一部分本地通信服务也可由D2D通信技术来实现。比如在室内环境中应用D2D技术，多个用户之间就无需通过固定网络接入核心网而是可直接采用D2D通信技术来传输数据。

　　目前已经研究出许多与近距离范围内的无线通信相关的通信协议和技术。这其中使用最为广泛也最为流行的技术是Wi-Fi(无线局域网技术)和Bluetooth(蓝牙技术)，但是这两种技术并不是完美的，也都存在着一些不足：Wi-Fi技术容易对监听产生影响，不能确保通信质量;蓝牙技术在进行通信之前必须通过配对，不仅适用距离非常短，而且操作步骤比较繁琐。通过对比Wi-Fi技术和蓝牙技术本身所存在的技术缺陷，D2D技术具有的优势如下：

　　(1)小区系统吞吐量和频谱利用率通过对小区内的频谱资源反复利用能够得到提升;

　　(2)小区内的频谱资源通过D2D通信来进行划分，因此其能确保提供的通信服务安全可靠且完全可控;

　　(3)该技术可以使移动通信设备发射信号的功率得到减小，由此可以使终端设备的电池消耗得到下降，从而使设备使用时间得到增长;

　　(4)由于小区频谱资源是由基站控制D2D通信来进行划分的，因此可以有效地减小来自所在小区用户的影响，同时基站承受的网络负担也因不再需要其中继而得到减小。3.3 D2D通信与蜂窝通信之间的干扰

　　当D2D通信用于传统的蜂窝通信中，二者就会出现对信道资源的竞争问题。如果二者之间的通信信道资源处于正交状态，就不会产生相互干扰。但当它们使用的资源不正交时，相互之间就会有干扰产生。通常情况下，干扰主要通过功率控制和优化资源分配方案来解决。在D2D通信中，可以通过限制D2D的最大发射功率来达到控制D2D通信对蜂窝通信干扰的目的。在蜂窝通信中则可以优化资源分配方案来减小对D2D通信造成的干扰。

　　当用户的D2D链路建立起来以后，其上行链路何以和蜂窝共用，而当二者共用下行链路时，由于不同的通信环境和通信需求，复用上行或者下行链路的频谱资源对D2D通信与蜂窝通信之间产生的干扰是有所不同的。当D2D和蜂窝共用下行链路时，D2D用户无论在小区中所处的位置如何，其发射功率都变化不大。但是当二者共用上行链路时，位置对于发射功率的影响就会变得十分明显，所以D2D用户和基站的位置比较接近时，可以和蜂窝用户共用下行链路资源，当D2D用户和基站的位置比较远时，二者共享上行链路的频谱资源比较合理。

　　由于蜂窝系统很多控制信息都是由下行链路发送，而上行链路并没有被充分利用起来。当蜂窝用户和D2D用户共用下行链路时，往往蜂窝用户更容易受到干扰，而且蜂窝用户通常位置不固定，分布也没有规律，因此减小干扰难度较大。但如果复用上行链路资源，受到干扰的是基站，而基站的位置是固定不变的，相对来说比较好控制干扰。鉴于以上原因，本文分析的是D2D通信与蜂窝通信中，D2D用户复用蜂窝上行的链路频谱资源产生的干扰。

　　4 结语

　　作为即将成为对目前蜂窝通信的一种完善，D2D通信技术在将来被用于提供一些未来通信服务的特别要求，如发布信息的业务、无线通信的业务和在近距离传输数据的业务等，同时为未来由于频谱资源的紧张而引发的问题提供解决方案。D2D通信技术作为一种新兴技术，它不但能确保服务安全可靠，而且能够使短距离的通信非常快捷。D2D通信与WLAN、蓝牙等技术相比，在允许的频段范围内，前者对小区用户的影响能够通过D2D通信控制基站对频谱资源的划分和基站的发射功率，从而使得其范围能够得到有效的控制，同时也使频谱的利用率和小区的系统吞吐量得到有效提升。

　　与在小区内应用D2D通信相比，该技术的优势在一些基站的负载比较高、无线基础设施比较少的地方，更能得到体现。但是蜂窝通信和D2D通信之间的相互影响由于两者之间对频谱资源共同使用因而就无法消除，D2D通信技术对小区用户的影响能够通过基站控制对D2D通信的资源的划分而得到有效的控制，这种方式也显得非常的重要，因此关于D2D技术的研究对于移动通信领域的发展有很大的推动作用。

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