D2D通信技术

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（一）、D2D通信概述： 

        D2D（Device-to-Device，设备到设备，也称之为终端直通）通信技术是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。

        D2D通信的优势：

        1.提高频谱效率。在D2D通信模式下，用户数据直接在终端之间传输，避免了蜂窝通信中用户数据经过网络中转传输，由此产生链路增益；另外，D2D用户之间以及D2D与蜂窝之间的资源可以复用，由此可产生资源复用增益；通过链路增益和资源复用增益还可提高无线频谱资源的效率，进而提高网络吞吐量。

        2.提升用户体验。随着移动通信服务和技术的发展，具有邻近特性的用户间近距离的数据共享、小范围的社交和商业活动以及面向本地特定用户的特定业务，都在成为当前及下一阶段无线平台中一个不可忽视的增长点。基于邻近用户感知的D2D技术的引入，有望提升上述业务模式下的用户体验。

        3.扩展通信应用。传统无线通信网络对通信基础设施的要求较高，核心网设施或接入网设备的损坏都可能导致通信系统的瘫痪。D2D通信的引入使得蜂窝通信终端建立Ad Hoc网络成为可能。当无线通信基础设施损坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络，无线通信的应用场景得到进一步的扩展。

（二）D2D通信原理：

        网络中用户分为2类：

        1.传统蜂窝用户，它们之间通过基站通信；

        2.D2D用户，彼此之间直接通信，也可进行蜂窝通信，并且能够实现2种通信模式的切换。

        3.D2D通信分为集中式控制和分布式控制

        相比集中式控制，分布式控制更容易获取D2D设备之间的链路信息，但会增加D2D设备的复杂度。集中式控制既可以发挥D2D通信的优势，又便于对资源的管理和控制。

蜂窝网络中的D2D通信：

用户1和用户2以蜂窝模式通信，用户3和用户4以D2D模式通信用户3和用户4以D2D链路进行数据交换，并受基站的的控制。

（三）D2D通信场景：

        1.蜂窝网络覆盖下的D2D通信，基站首先需要发现D2D通信设备，建立逻辑连接，然后控制D2D设备的资源分配，进行资源调度和干扰管理，用户可以获得高质量的通信。参见图（a）和（c），在c图中，直通数据经过两个基站的回程链路进行传输。

        2.在图（b）中，部分蜂窝网络覆盖下的D2D通信，基站只需引导设备双方建立连接，而不再进行资源调度，其网络复杂度比第一类D2D通信有大幅降低。

        3.在图（d）中，完全没有蜂窝网络覆盖下的D2D通信，用户设备直接进行D2D通信，该场景对应于蜂窝网络瘫痪的时候，用户可以经过多跳，相互通信或者接入网络。

(四）D2D通信关键技术：

  （1）D2D发现和连接：

      1.用户权限：

       限制发现

        UE在没有明确许可的情况下是不允许被检测到的，用户禁止与陌生设备进行通信连接，以此来保证UE的隐私性与安全性适用于网络环境较好、选择较多的情况。

        公开发现：

        只要当前UE是另一个设备的近邻设备，就可能被检测到，进而建立连接适用于救援与应急通信，如主网络覆盖不畅等情况。

        2.设备发现：

        基站紧控制：

        基站首先令要进行近邻服务的用户发送发现信号，然后指定目标用户附近的用户接收发现信号。

        松控制模式：基站只是周期地广播用于传输的信源消息设备，并接收相应的发现信号。

    （2）D2D的系统干扰问题：

        在蜂窝网络中，D2D可以使用专用资源或复用蜂窝上/下行频段。由于蜂窝上行频段的利用率低于下行频段，现有的多数方案都聚焦于使用蜂窝上行频段进行D2D通信，这也相应引发了系统间的干扰。

这种由于D2D造成的系统间干扰，可以通过有效的无线资源管理算法来解决，具体包括功率控制、资源调度和模式选择。

      （3）资源调度：

        在系统处理的单位时间内， D2D可以使用未分配的时频资源或者部分复用已经分配过的资源。

      （4）模式选择：

        D2D模式选择：

        对于上/下行复用模式，D2D用户复用蜂窝用户的资源，产生了同频干扰。

        对于专用资源模式，D2D用户占用部分独立的资源进行端到端的直接通信，剩余资源用于蜂窝通信。D2D通信与蜂窝网络通信之间不会产生干扰。、

        对于中继模式，D2D用户通过gNB转接通信，所有通信链路分配独立正交的信道资源。不相互干扰。