無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的D2D技術(shù)發(fā)展范文

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摘要:

分析了當(dāng)前無(wú)線通信技術(shù)的局限性,以及分析未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)的需求和演進(jìn)方向;在分析未來(lái)通信技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,介紹了面向5G的關(guān)鍵候選技術(shù)——設(shè)備到設(shè)備通信D2D技術(shù),并分析了D2D技術(shù)的原理、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以及D2D技術(shù)的應(yīng)用效果。最后,在未來(lái)的無(wú)線通信中,提出D2D技術(shù)將主要從高用戶密度下的D2D機(jī)制、功率控制、資源分配三個(gè)方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞:

D2D；高用戶密度；功率控制；資源分配

1D2D通信的重要性

蜂窩通信經(jīng)歷了從第1代以話音業(yè)務(wù)為代表的模擬式移動(dòng)電話系統(tǒng),到正大規(guī)模商用的第4代(4G)以移動(dòng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)計(jì)算及移動(dòng)多媒體為代表的無(wú)線寬帶系統(tǒng)的持續(xù)演進(jìn)。當(dāng)前階段,隨著智能終端的快速普及以及網(wǎng)絡(luò)通信容量的爆炸式增長(zhǎng),面向5G的無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)需求也更加明確及迫切,開(kāi)始受到業(yè)界極大的關(guān)注。在面向5G的無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)中,一方面,傳統(tǒng)的無(wú)線通信性能指標(biāo),比如網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率等需要持續(xù)提升以進(jìn)一步提高有限且日益緊張的無(wú)線頻譜利用率;另一方面,更豐富的通信模式以及由此帶來(lái)的終端用戶體驗(yàn)的提升以及蜂窩通信應(yīng)用的擴(kuò)展也是一個(gè)需要考慮的演進(jìn)方向。作為面向5G的關(guān)鍵候選技術(shù),D2D具有潛在的提高系統(tǒng)性能、提升用戶體驗(yàn)、擴(kuò)展蜂窩通信應(yīng)用的前景,受到廣泛關(guān)注[1-6]。

2D2D通信的原理及意義

2.1D2D通信原理

基于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的D2D通信,或稱為鄰近服務(wù)(ProximityService,ProSe),是指用戶數(shù)據(jù)可不經(jīng)基站中轉(zhuǎn)而直接在終端之間傳輸。D2D通信與傳統(tǒng)的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有顯著區(qū)別,如圖1所示。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)引入D2D通信,基站只負(fù)責(zé)用戶之間的控制信令,極大地減輕基站側(cè)的傳輸負(fù)擔(dān),提升頻譜效率,降低終端發(fā)射功率,同時(shí)可以提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,滿足用戶對(duì)高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)的需求[7-9]。當(dāng)移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施受到損壞(如地震破壞、人為破壞等),或在蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū),終端通過(guò)D2D技術(shù)實(shí)現(xiàn)與其它終端的通信,甚至可以通過(guò)其它終端中繼接入蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)[10-11]。

2.2D2D通信的意義

(1)提高頻譜利用率。在D2D通信模式下,用戶數(shù)據(jù)直接在終端之間傳輸,避免了蜂窩通信中用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)傳輸,由此產(chǎn)生鏈路增益;其次,D2D用戶之間以及D2D與蜂窩之間的資源可以復(fù)用,由此可產(chǎn)生資源復(fù)用增益;通過(guò)鏈路增益和資源復(fù)用增益則可提高無(wú)線頻譜資源的效率,進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。(2)提升用戶體驗(yàn)。隨著移動(dòng)通信服務(wù)和技術(shù)的發(fā)展,具有鄰近特性的用戶間近距離的數(shù)據(jù)共享、小范圍的社交和商業(yè)活動(dòng)以及面向本地特定用戶的特定業(yè)務(wù),都在成為當(dāng)前及下階段無(wú)線平臺(tái)中一個(gè)不可忽視的增長(zhǎng)點(diǎn)。基于鄰近用戶感知的D2D技術(shù)的引入,有望提升上述業(yè)務(wù)模式下的用戶體驗(yàn)。(3)擴(kuò)展通信應(yīng)用。傳統(tǒng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施的要求較高,核心網(wǎng)設(shè)施或接入網(wǎng)設(shè)備的損壞都可能導(dǎo)致通信系統(tǒng)的癱瘓。D2D通信的引入使得蜂窩通信終端建立AdHoc網(wǎng)絡(luò)成為可能。當(dāng)無(wú)線通信基礎(chǔ)設(shè)施損壞,或者在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋盲區(qū),終端可借助D2D實(shí)現(xiàn)端到端通信甚至接入蜂窩網(wǎng)絡(luò),無(wú)線通信的應(yīng)用場(chǎng)景得到進(jìn)一步的擴(kuò)展。值得注意的是,D2D通信在3GPPLTE系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)從LTERelease-12版本開(kāi)始討論。遺憾的是,LTERelease-12系統(tǒng)的d2d通信是一個(gè)只包括廣播通信模式的功能非常有限的版本。D2D的潛在增益及應(yīng)用場(chǎng)景需要在未來(lái)的5G系統(tǒng)中進(jìn)一步發(fā)掘。

3D2D通信研究現(xiàn)狀

D2D通信作為4G以及未來(lái)5G技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),一直備受關(guān)注,3GPP組織從2013年4月的RAN1#72BIS會(huì)議開(kāi)始,著重對(duì)D2D技術(shù)進(jìn)行研討,D2D技術(shù)日趨成熟。與物聯(lián)網(wǎng)中的M2M(Machine-to-Machine)概念類似,D2D旨在使一定距離范圍內(nèi)的用戶通信設(shè)備直接通信,以降低對(duì)服務(wù)基站的負(fù)荷。在D2D技術(shù)出現(xiàn)之前,已有類似通信技術(shù)出現(xiàn),如10幾年前的藍(lán)牙(短距離時(shí)分雙工通信),Wi-FiDirect(更快的傳輸速度和更遠(yuǎn)的傳輸距離)和高通提出的FlashLinQ技術(shù)(極大地提高了Wi-Fi的傳輸距離)。后兩種技術(shù)由于各種原因都沒(méi)能大范圍商用,而3GPP組織致力研究的D2D技術(shù)會(huì)在一定程度上彌補(bǔ)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的短板。對(duì)于其它不依靠基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的直通技術(shù)而言,D2D更加靈活。既可以在基站控制下進(jìn)行連接及資源分配,也可以在無(wú)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí)候進(jìn)行信息交互。最近又提出一種中繼情況,處于無(wú)網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況下的用戶可以把處在網(wǎng)絡(luò)覆蓋中的用戶設(shè)備作為跳板,從而接入網(wǎng)絡(luò)。3GPP組織制定的Release12版本中,將D2D定義為L(zhǎng)TEDevicetoDeviceProximityServices,并通過(guò)TR36.843技術(shù)報(bào)告不斷完善D2D的標(biāo)準(zhǔn)[12]。

4D2D通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)

4.1高用戶密度下的D2D機(jī)制

未來(lái)無(wú)線通信的特點(diǎn)是高密度,大流量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求,而目前的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中,的基站大都由專有平臺(tái)開(kāi)發(fā),運(yùn)營(yíng)商很難實(shí)現(xiàn)大量基站的統(tǒng)一管理和維護(hù),需要大量專業(yè)人員來(lái)維護(hù)這些不兼容的平臺(tái),這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本又進(jìn)一步增加。因此未來(lái)5G技術(shù)已經(jīng)將新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)作為其關(guān)鍵技術(shù),而D2D技術(shù)在新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的具體機(jī)制就成為一個(gè)有意義的研究方向。

4.2資源分配

由于共享無(wú)線信道資源是無(wú)線通信的特點(diǎn),而D2D與傳統(tǒng)的無(wú)線通信比較,其用戶的模式不僅有傳統(tǒng)的用戶到基站的通信方式,而且還有用戶之間直連的通信模式。再加上未來(lái)通信的特點(diǎn)是用戶密度高,業(yè)務(wù)流量大,用戶業(yè)務(wù)多樣的特點(diǎn),這就使得網(wǎng)絡(luò)中的資源分配更加復(fù)雜,因此研究這種情況下的無(wú)線資源分配就會(huì)成為一個(gè)有意義的研究方向。

4.3功率控制

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展以及移動(dòng)設(shè)備成本的降低,移動(dòng)終端用戶的數(shù)量呈現(xiàn)迅速增加的狀態(tài),而這就會(huì)帶來(lái)終端之間的相互干擾,需要對(duì)終端進(jìn)行功率控制,一方面保證用戶能夠正常的通信,另一方面降低用戶之間的干擾。而應(yīng)用D2D以后,使得網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變得更加復(fù)雜,因此適應(yīng)該種環(huán)境的功率控制就成為一個(gè)有意義的研究方向。

5結(jié)語(yǔ)

未來(lái)的5G通信技術(shù)特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)密度大,業(yè)務(wù)類型繁雜,而D2D通信技術(shù)正是適應(yīng)了改應(yīng)用特點(diǎn),從而必將成為未來(lái)5G的關(guān)鍵技術(shù)之一,本文在介紹了D2D技術(shù)原理的基礎(chǔ)上對(duì)D2D技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析,得出該技術(shù)具有提高頻譜利用率、提高用戶體驗(yàn)和擴(kuò)展用戶應(yīng)用的特點(diǎn),并且結(jié)合未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)提出高用戶密度特點(diǎn)下的D2D機(jī)制,以及功率控制和資源分配是未來(lái)D2D技術(shù)的重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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作者：梁瑋 李云鵬 覃鳳謝 單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心審查業(yè)務(wù)部 重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院