蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的D2D通信研究

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，頻譜資源日益緊缺。為緩解頻譜資源緊張，提高頻譜資源利用率，將D2D通信技術(shù)引入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與NONA、EH、Relay等技術(shù)結(jié)合，通過合理的資源分配與功率控制，改善蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能，降低通信時(shí)延，提高頻譜資源利用率。與傳統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)比，D2D通信技術(shù)加入蜂窩網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高邊緣用戶吞吐量與蜂窩用戶和D2D用戶的吞吐量，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：D2D通信;頻譜效率;蜂窩網(wǎng)絡(luò);干擾管理

DOI：10. 11907/rjdk. 191646

中圖分類號(hào)：TP393 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????????????? 文章編號(hào)：1672-7800（2020）003-0210-05

Research on D2D Communication Underlaying Cellular Network

ZHANG Sheng-nan

（College of Telecommunication and Information Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications，

Nanjing 210003， China）

Abstract： With the advent of the Internet of Things and the era of big data， spectrum resources have become increasingly scarce. D2D communication technology has been introduced into the cellular network for alleviating the situation of spectrum resources and improving the utilization of spectrum resources.? The service performance of the cellular communication network has been improved through reasonable resource allocation and power control， combining with technologies such as NONA， EH and Relay， it reduces the delay of communication and improves the utilization of spectrum resources. Compared with the traditional cellular communication network， D2D communication technology joined into the cellular network can expand the coverage of the cellular network， improve the throughput of the edge users， and the throughput for users as a whole， it will has a broad application prospect.

Key Words： D2D communication; spectrum efficiency; cellular network; interference management

0 引言

D2D（Device-to-Device）通信是蜂網(wǎng)絡(luò)中彼此鄰近的設(shè)備不經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)， 直接進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞絒1]。D2D通信技術(shù)由高通公司在2008年首次提出，近年來(lái)，華為、中興、愛立信等通信企業(yè)也一直專注于D2D通信研究。目前，D2D通信技術(shù)已成為第五代移動(dòng)通信（5th-Generation，5G）的關(guān)鍵技術(shù)之一。在傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，蜂窩用戶數(shù)據(jù)傳輸必須經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)，不允許用戶之間建立鏈路直接通信，這種通信方式便于基站對(duì)蜂窩用戶管理與控制，但導(dǎo)致時(shí)延較長(zhǎng)。隨著大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的終端設(shè)備需接入網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備對(duì)時(shí)延的要求越來(lái)越高，頻譜資源短缺成為無(wú)線通信發(fā)展瓶頸，如何提高頻譜資源利用率成為研究熱點(diǎn)。D2D通信技術(shù)允許蜂窩網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)用戶在基站控制下建立鏈路直接通信，可降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，同時(shí)，這兩個(gè)用戶復(fù)用蜂窩網(wǎng)絡(luò)中其他用戶的頻譜資源進(jìn)行通信，可有效提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜利用率。

與藍(lán)牙、認(rèn)知無(wú)線電、ZigBee等技術(shù)相比，D2D用戶之間的通信在基站的控制下進(jìn)行信息交互，最主要區(qū)別是D2D用戶使用的是授權(quán)頻段[2]，D2D用戶通過非正交地使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜資源，提升了蜂窩系統(tǒng)容量。由于D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶頻譜資源，造成蜂窩用戶與D2D用戶同頻干擾，基站通過合理的資源塊分配及功率控制，可有效減輕蜂窩用戶與D2D用戶的相互干擾，在保證蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）前提下，整體提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

本文結(jié)合蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的D2D通信模型，分析D2D通信優(yōu)勢(shì)，闡述D2D通信中的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)國(guó)內(nèi)外D2D研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，通過D2D通信應(yīng)用場(chǎng)景分析，對(duì)未來(lái)研究方向進(jìn)行展望。

1 系統(tǒng)模型

如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)中有兩類用戶，一類是傳統(tǒng)的蜂窩用戶CUE，另外一類是可以直接通信的D2D用戶，D2D用戶由發(fā)送端D2D_T和接收端D2D_R組成。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，為降低干擾，蜂窩用戶使用正交的資源塊，基站根據(jù)各蜂窩用戶的信道質(zhì)量合理分配資源塊。為提高頻譜利用率，D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶CUE頻譜資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于D2D用戶與蜂窩用戶CUE在一個(gè)小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，并使用相同的頻率傳輸信息，所以彼此會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

端到端的D2D短距離通信具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先，信號(hào)傳輸經(jīng)過的路徑縮短，降低了傳輸時(shí)延;另外信號(hào)不經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)的通信方式大幅降低了基站負(fù)荷，提高了蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力;其次，D2D用戶在通信時(shí)復(fù)用蜂窩用戶CUE的頻率資源，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用效率;第三，D2D通信是在用戶距離較近時(shí)建立的，傳輸距離較短，發(fā)射功率也較低，一方面減輕了對(duì)蜂窩用戶CUE的干擾，另一方面實(shí)現(xiàn)了較高的能量效率。此外，對(duì)于處在蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶采用D2D通信，降低了傳輸損耗，擴(kuò)大了蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

2 D2D關(guān)鍵技術(shù)

D2D通信是在基站控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)端到端傳輸。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D通信技術(shù)，基站只需控制D2D鏈路的建立和釋放，無(wú)需轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，降低了基站負(fù)載和傳輸時(shí)延，提高了頻譜利用率與蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶接入能力。D2D通信技術(shù)在提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能的同時(shí)，也給系統(tǒng)帶來(lái)新問題，比如用戶接入更加復(fù)雜、蜂窩用戶與D2D用戶資源分配問題、D2D用戶與蜂窩用戶相互干擾問題等。因此必須解決D2D通信中的關(guān)鍵技術(shù)問題才能使蜂窩網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定、高效，其主要關(guān)鍵技術(shù)包括：設(shè)備發(fā)現(xiàn)、模式選擇、干擾管理。

2.1 設(shè)備發(fā)現(xiàn)

D2D設(shè)備發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)終端設(shè)備匹配附近另外一個(gè)終端設(shè)備的過程，設(shè)備發(fā)現(xiàn)是D2D通信建立的基礎(chǔ)和前提。文獻(xiàn)[3] 提出一種具有社會(huì)意識(shí)的D2D設(shè)備發(fā)現(xiàn)方案，為不同組分配最佳能量用于信標(biāo)探測(cè)，以此進(jìn)行設(shè)備發(fā)現(xiàn);文獻(xiàn)[4] 給出基于信道空間相關(guān)的鄰居設(shè)備發(fā)現(xiàn)方案，利用鄰居用戶信道的空間相關(guān)性進(jìn)行信標(biāo)調(diào)度。本文主要研究單小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的D2D設(shè)備發(fā)現(xiàn)機(jī)制。在單小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)移動(dòng)終端用戶的地理位置信息基站均為已知，當(dāng)小區(qū)A用戶向基站發(fā)送與同一小區(qū)的B用戶建立通信連接的請(qǐng)求時(shí)，基站獲取A、B用戶的地理位置信息，如果用戶A、B滿足D2D通信距離要求，基站會(huì)將A、B用戶標(biāo)記為潛在的D2D用戶對(duì);然后，網(wǎng)關(guān)檢測(cè)這對(duì)潛在的D2D鏈路吞吐量是否高于蜂窩鏈路吞吐量，如果D2D直接通信鏈路吞吐量大于蜂窩通信鏈路吞吐量，則用戶A、B在基站控制下建立D2D通信鏈路;否則，D2D通信鏈路建立失敗，用戶A、B建立蜂窩鏈路傳輸數(shù)據(jù)。此外，如果已建立D2D通信的終端設(shè)備處于移動(dòng)狀態(tài)，或者由于其它原因，如干擾較大致使通信不能繼續(xù)時(shí)，還需考慮蜂窩通信鏈路和D2D通信鏈路之間的切換。

2.2 模式選擇

將D2D技術(shù)引入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，改變了原網(wǎng)絡(luò)的用戶部署。無(wú)論建立D2D通信鏈路還是建立蜂窩通信鏈路，設(shè)備終端首先需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶接納能力選擇工作模式。文獻(xiàn)[5]考慮單小區(qū)情況下包含與不包含中繼節(jié)點(diǎn)的兩種模式選擇，最大化頻譜資源的利用率;文獻(xiàn)[6]以最小化對(duì)上行蜂窩用戶的干擾為目標(biāo)，制定了一種模式選擇機(jī)制。在單小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下，D2D用戶與蜂窩用戶共享頻譜資源的模式有3種。

（1）蜂窩模式。該工作模式實(shí)際上是傳統(tǒng)蜂窩通信模式。D2D用戶信息傳輸由基站BS轉(zhuǎn)發(fā)，D2D用戶分配相互正交的上下行頻譜資源，由于資源塊相互正交，因此D2D用戶與蜂窩用戶互不干擾。

（2）專用模式。該工作模式是指D2D用戶建立端到端直接通信鏈路傳輸信息，基站將蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一部分未被使用的頻譜資源專供D2D終端設(shè)備使用。D2D用戶與蜂窩用戶各自使用正交的資源塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，和蜂窩模式一樣也不存在用戶之間的干擾問題，但在該模式下頻譜利用效率不高，如果蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜資源已完全分配給蜂窩用戶，沒有剩余的頻譜專門分配給D2D用戶時(shí)，D2D用戶采用復(fù)用模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（3）復(fù)用模式。D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶上行鏈路或下行鏈路的頻譜資源，完成數(shù)據(jù)傳輸。由于D2D用戶與蜂窩用戶在相同頻段上傳輸數(shù)據(jù)，因此之間存在嚴(yán)重干擾。圖2是復(fù)用模式下D2D通信干擾模型，左圖展現(xiàn)D2D用戶復(fù)用蜂窩上行鏈路頻率時(shí)的干擾，右圖展現(xiàn)D2D用戶復(fù)用蜂窩下行鏈路頻率時(shí)的干擾。復(fù)用模式下，D2D用戶復(fù)用蜂窩用戶的頻譜資源，可有效提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜利用率。

2.3 干擾管理

蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的D2D用戶與蜂窩用戶使用相同的頻譜資源，提高了頻譜利用效率，提升了蜂窩通信系統(tǒng)吞吐量，但也帶來(lái)了同頻干擾問題。文獻(xiàn)[7]調(diào)查了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信干擾管理方法，并進(jìn)行了分類。本文選取D2D用戶工作在復(fù)用模式下的干擾管理作為研究對(duì)象。如圖2所示，當(dāng)D2D用戶復(fù)用蜂窩上行鏈路頻率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，基站BS會(huì)收到D2D發(fā)送端D2D_T發(fā)送的干擾信號(hào)，同時(shí)D2D接收端D2D_R也會(huì)受到蜂窩用戶CUE的干擾;當(dāng)D2D用戶復(fù)用蜂窩下行鏈路頻率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，蜂窩用戶CUE會(huì)收到D2D發(fā)送端D2D_T發(fā)送的干擾信號(hào)，同時(shí)D2D接收端D2D_R也會(huì)受到基站BS干擾。

干擾管理機(jī)制的引入可將D2D用戶由于復(fù)用蜂窩用戶頻率造成的干擾控制在可接受的范圍內(nèi)，即將干擾保持在蜂窩用戶與D2D用戶可容忍的范圍內(nèi)。如何降低用戶之間的同頻干擾，提升蜂窩用戶和D2D用戶的吞吐量，是D2D通信技術(shù)必須解決的問題。目前，資源分配和功率控制是較為有效的干擾管理方式。

2.3.1 資源分配

資源分配指通過資源調(diào)度算法為D2D用戶分配合適的頻譜資源，目的是提高系統(tǒng)頻譜利用率、降低用戶之間的同頻干擾、最大化系統(tǒng)的吞吐量。文獻(xiàn)[8]在保證蜂窩通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過資源分配最大化系統(tǒng)吞吐量;文獻(xiàn)[9]提出一種基于信噪比均衡的資源分配算法;文獻(xiàn)[10]、 [11]提出一種聯(lián)合資源分配和功率控制的方案，提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能。

D2D在復(fù)用頻譜資源時(shí)一般選擇復(fù)用蜂窩上行鏈路頻率進(jìn)行信息傳輸，因?yàn)樯闲墟溌奉l譜資源不會(huì)被蜂窩用戶全部占用，如果D2D用戶復(fù)用的資源塊尚未被蜂窩用戶使用，D2D用戶在建立通信時(shí)就不會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的其它用戶帶來(lái)干擾。另外，復(fù)用蜂窩上行鏈路資源造成干擾的對(duì)象是基站BS，干擾容易測(cè)量和控制，如果復(fù)用蜂窩下行鏈路資源，干擾的承受對(duì)象是蜂窩用戶CUE，受蜂窩用戶移動(dòng)性影響，干擾不易控制。

為降低干擾，D2D用戶通常會(huì)選擇復(fù)用距離自己較遠(yuǎn)的蜂窩用戶頻譜資源，距離越遠(yuǎn)，同頻干擾越小，D2D用戶和蜂窩用戶可實(shí)現(xiàn)的吞吐量也就越高。另外，為最大限度提高頻譜使用效率，通常有3種資源復(fù)用方法。

（1）一對(duì)一。一個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源只能被一對(duì)D2D用戶復(fù)用，一對(duì)D2D用戶只能復(fù)用一個(gè)蜂窩用戶頻譜資源，該方法可提高頻譜利用率，同頻干擾容易控制。

（2）一對(duì)多。一個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源可被多對(duì)D2D用戶同時(shí)復(fù)用，一對(duì)D2D用戶只能復(fù)用一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源，該方法使頻譜利用效率更高，但給蜂窩用戶更多干擾。

（3）多對(duì)多。一個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源可被多對(duì)D2D用戶同時(shí)復(fù)用，一對(duì)D2D用戶可復(fù)用多個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻譜資源，該方法頻譜效率最高，但帶來(lái)的同頻干擾最復(fù)雜。

2.3.2 功率控制

對(duì)于蜂窩覆蓋下的D2D通信而言，首先要保證蜂窩用戶的通信質(zhì)量，即需控制D2D用戶發(fā)射功率，文獻(xiàn)[12]、 [13]提出了兩種功率控制算法最大化D2D用戶吞吐量，保證蜂窩用戶正常通信所需的信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）。功率控制的目的有兩個(gè)，其一是對(duì)D2D發(fā)射機(jī)進(jìn)行功率控制，降低D2D用戶對(duì)蜂窩用戶的干擾，保證蜂窩用戶的QoS;其二是在滿足蜂窩用戶所需的最小SINR要求下，最大化D2D用戶的發(fā)射功率，盡可能地提高D2D用戶吞吐量，從而提高整個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)性能。

根據(jù)香農(nóng)公式可知，在傳輸帶寬一定的條件下，蜂窩通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的最大吞吐量與用戶SINR緊密相關(guān)。在D2D用戶與蜂窩用戶共存的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)下，如何設(shè)置蜂窩用戶和D2D用戶發(fā)射的功率，最小化彼此之間的干擾、最大化系統(tǒng)吞吐量是功率控制的關(guān)鍵。

3 D2D通信研究現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)D2D通信技術(shù)研究集中在設(shè)備發(fā)現(xiàn)、資源分配、功率控制及干擾協(xié)調(diào)方面，提出的算法多以最大化D2D用戶與蜂窩用戶CUE的吞吐量為目標(biāo)。

隨著4G發(fā)展與5G網(wǎng)絡(luò)部署日益成熟，D2D技術(shù)成為提高網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜利用率的關(guān)鍵技術(shù)之一。D2D技術(shù)與其它技術(shù)的結(jié)合成為研究熱點(diǎn)，如與能量獲取（Energy Harvesting，EH）、中繼、NOMA（Non-orthogonal Multiple Access）等技術(shù)結(jié)合進(jìn)一步提高蜂窩系統(tǒng)吞吐量，擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

（1）EH-D2D通信?？紤]到終端設(shè)備受電池壽命的影響，將能量獲取應(yīng)用于D2D通信中，克服通信質(zhì)量受電池電量影響的缺點(diǎn)。當(dāng)設(shè)備中的電池電量低于一定閾值時(shí)，終端設(shè)備從周圍環(huán)境中獲取能量用于信息傳輸，使終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)更多。文獻(xiàn)[14]提出一種先收集能量再進(jìn)行信息傳輸?shù)乃枷耄⑼ㄟ^功率控制最大化總吞吐量;文獻(xiàn)[15]基于能量獲取提出一種最優(yōu)功率分配方案;文獻(xiàn)[16]以最大化能量效率為目標(biāo)并結(jié)合功率控制，最大化D2D用戶吞吐量。

（2）Relay-D2D通信。當(dāng)處于蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣的兩個(gè)用戶需建立通信連接時(shí)，傳統(tǒng)蜂窩鏈路由于距離基站較遠(yuǎn)、傳輸損耗較大可能導(dǎo)致通信建立失敗，此外，兩個(gè)用戶可能不滿足建立D2D通信的距離要求，通過加入中繼用戶可以建立兩跳D2D通信。文獻(xiàn)[17]提出一種雙層中繼模型，延長(zhǎng)了用戶通信距離;文獻(xiàn)[18]以降低總功耗為目標(biāo)，研究了在多跳D2D通信中繼選擇問題;文獻(xiàn)[19]、[20]對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中EH技術(shù)在中繼系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。在D2D通信中繼場(chǎng)景中，蜂窩用戶充當(dāng)D2D通信中繼，擴(kuò)大了蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高了系統(tǒng)吞吐量。

（3）協(xié)作D2D通信。當(dāng)蜂窩用戶CUE位于蜂窩邊緣，與基站通信質(zhì)量較差時(shí)，D2D發(fā)送端充當(dāng)蜂窩用戶CUE的中繼，保證了邊緣蜂窩用戶正常通信，但是，這會(huì)影響中繼D2D用戶的正常通信。將非正交多址接入NOMA技術(shù)應(yīng)用于D2D通信，在不影響充當(dāng)中繼D2D用戶通信的前提下，最大限度提升蜂窩邊緣用戶的QoS。文獻(xiàn)[21] 提出了一種使用NOMA的設(shè)備到設(shè)備輔助協(xié)作中繼系統(tǒng)以提高頻譜效率;文獻(xiàn)[22]、[23]以最大化能量效率為目標(biāo)，采用蜂窩用戶與D2D協(xié)作傳輸?shù)姆桨柑岣哌吘売脩敉掏铝?。圖4是基于NOMA的協(xié)作D2D傳輸模型，中繼用戶D2D_T向基站與D2D接收端發(fā)送NOMA疊加信號(hào)，在基站處把低功率SD信號(hào)當(dāng)作干擾，解出蜂窩用戶信號(hào)S1，在D2D接收端首先解出高功率S1信號(hào)，之后利用SIC（連續(xù)干擾消除）得到信號(hào)SD。

4 D2D技術(shù)應(yīng)用

作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一，D2D通信具有低延時(shí)、低損耗、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于多種通信場(chǎng)景，如本地業(yè)務(wù)、應(yīng)急通信、列車通信等。相較于傳統(tǒng)蜂窩通信，基于D2D通信的新型應(yīng)用可提供低時(shí)延、高速率、高可靠性服務(wù)。

（1）本地業(yè)務(wù)D2D通信。D2D通信技術(shù)應(yīng)用建立在終端設(shè)備距離較近的基礎(chǔ)上，當(dāng)兩個(gè)終端用戶距離較近，通過D2D通信可進(jìn)行互動(dòng)。①數(shù)據(jù)傳輸。終端用戶信息傳輸不再經(jīng)由基站轉(zhuǎn)發(fā)，可大幅降低了兩個(gè)比較靠近的邊緣用戶傳輸損耗，提高通信質(zhì)量。例如處在蜂窩邊緣的兩個(gè)用戶進(jìn)行通話，由于用戶距離基站較遠(yuǎn)，若信道條件較差發(fā)生掉話情況，此時(shí)，建立D2D通信可以提高通話質(zhì)量;②基站流量卸載。高清視頻等高速數(shù)據(jù)流承載的多媒體業(yè)務(wù)日益增多，基站流量負(fù)載越來(lái)越大，D2D技術(shù)的使用可降低核心網(wǎng)基站處的下行傳輸壓力。例如網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)用戶建立D2D通信鏈路開展多媒體業(yè)務(wù)，高速數(shù)據(jù)流通過直接鏈路直接端到端傳輸，延時(shí)低，可提升用戶體驗(yàn)。

（2）應(yīng)急D2D通信[24]。蜂窩通信的核心是網(wǎng)絡(luò)控制中心或基站，當(dāng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)遭到破壞時(shí)，設(shè)備終端無(wú)法通過核心網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，此時(shí)，如果終端設(shè)備滿足建立D2D通信鏈路的距離條件，則可建立D2D通信。例如，發(fā)生火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害破壞了蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，終端建立D2D通信可為災(zāi)難搶救提供保障。此外對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍邊緣或未能覆蓋的盲區(qū)，通過建立基于中繼的D2D通信可將這些用戶連接到網(wǎng)絡(luò)中。

（3）列車D2D通信。物聯(lián)網(wǎng)概念的提出加快了智能交通發(fā)展的步伐，將D2D技術(shù)應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)[25]，利用低延時(shí)的特點(diǎn)可將車輛信息實(shí)時(shí)反饋給目標(biāo)車輛，提高行車安全性。例如，在高速鐵路運(yùn)輸中，如果列車可與前后正在運(yùn)行的列車建立直接通信鏈路，獲取鄰近列車位置、速度等信息，通過列車行駛調(diào)度可有效避免發(fā)生追尾事故，增強(qiáng)列車行駛的安全防護(hù)能力。

5 未來(lái)研究方向

（1）設(shè)備移動(dòng)中的D2D通信。目前大多數(shù)關(guān)于D2D通信技術(shù)的研究假設(shè)終端設(shè)備處于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有涉及設(shè)備移動(dòng)性。然而，蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)中的終端設(shè)備大多數(shù)處于移動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于移動(dòng)D2D通信終端設(shè)備而言，模式選擇更加復(fù)雜，可能存在蜂窩通信模式到D2D通信模式的多次切換。此外，受設(shè)備移動(dòng)性的影響，干擾管理也會(huì)變得更加困難。因此，設(shè)備移動(dòng)性是D2D無(wú)線通信技術(shù)研究中一個(gè)不可忽視的問題。

（2）跨小區(qū)D2D通信。目前，大多數(shù)有關(guān)D2D通信的設(shè)備發(fā)現(xiàn)、模式選擇以及干擾協(xié)調(diào)均建立在單蜂窩場(chǎng)景基礎(chǔ)上，對(duì)于小區(qū)而言，D2D通信設(shè)備廣泛存在。然而，若D2D設(shè)備發(fā)送端與D2D接收端位于兩個(gè)不同的小區(qū)，如何實(shí)現(xiàn)跨小區(qū)D2D通信，設(shè)備發(fā)現(xiàn)、基站BS如何控制資源塊分配及小區(qū)干擾管理是未來(lái)需要研究的內(nèi)容。

6 結(jié)語(yǔ)

蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的D2D通信技術(shù)可極大提高頻譜利用率，緩解頻譜資源日益緊張的壓力，同時(shí)擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，整體提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)吞吐量。本文結(jié)合單蜂窩場(chǎng)景，分析了D2D通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并闡述了引入D2D通信技術(shù)對(duì)蜂窩用戶帶來(lái)的干擾問題;此外，本文詳細(xì)介紹了蜂窩覆蓋下D2D通信的關(guān)鍵技術(shù)、D2D通信技術(shù)與其它技術(shù)融合為蜂窩帶來(lái)的益處，分析了3種D2D通信應(yīng)用場(chǎng)景，最后指明了未來(lái)研究需解決設(shè)備移動(dòng)性與跨小區(qū)D2D通信的問題。

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（責(zé)任編輯：江 艷）

收稿日期：2019-08-01

作者簡(jiǎn)介：張勝南（1994-），男，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信的無(wú)線資源分配。