D2D技術(shù)在LTE—A系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

鄧憶蕾

摘要：由于移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，第三代的移動通信技術(shù)及設(shè)備已經(jīng)從最開始的理論性逐漸的走向了商用。在整個(gè)移動通信的業(yè)界中，各大通信業(yè)的巨頭們加大了對下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和探索，比如“3GPP”的長期演進(jìn)（LTE），以及IEEE802.16m等方面的研究。不僅如此，對3GPP進(jìn)行研究的同時(shí)，對LTE-A系統(tǒng)進(jìn)行了更為深入詳細(xì)的研究。對于這些系統(tǒng)而言，無論是系統(tǒng)的演進(jìn)，還是系統(tǒng)的發(fā)展將“未來移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)（IMT-A）”作為主要的支持背景，在該范疇下展開的，如此眾多的IMT-A系統(tǒng)，在小區(qū)蜂窩的網(wǎng)絡(luò)背景下，允許支持Device-to-Device（D2D），其主要的目的是進(jìn)一步的提高頻譜利用率。文章主要針對D2D技術(shù)在LTE-A系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，首先介紹了D2D通信的原理及應(yīng)用，然后對其仿真結(jié)果進(jìn)行研究和分析，并提出展望，以期對D2D技術(shù)的良好應(yīng)用，起到相應(yīng)的參考幫助。

關(guān)鍵詞：D2D技術(shù)；LTE-A系統(tǒng)；實(shí)際應(yīng)用

所謂的D2D，其英文全稱為DevicetoDevice，其類屬于在LTE-A系統(tǒng)中，通過重用小區(qū)內(nèi)宏蜂窩用戶的資源來實(shí)現(xiàn)“端到端”通信的一項(xiàng)新型技術(shù)。這類預(yù)想未來的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，具備著十分鮮明的特征，主要有優(yōu)質(zhì)的QoS、網(wǎng)絡(luò)大容量以及移動高速等。這些移動系統(tǒng)本身能夠保證高吞吐量。移動終端的功率呈現(xiàn)出來的有效性，是進(jìn)行寬帶無線連接的一個(gè)十分重要的指標(biāo)。如此眾多的IMTA系統(tǒng)，在小區(qū)蜂窩的網(wǎng)絡(luò)背景下，允許支持Deviceto_Device （D2D），其主要的目的是將頻譜利用率進(jìn)一步提升。不僅如此，IMTA系統(tǒng)本身能帶來的好處還包括很多，例如提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施故障的魯棒性、減輕蜂窩網(wǎng)絡(luò)的自身負(fù)擔(dān)、提升比特速率以及減少移動終端的電池功耗等。此外，該系統(tǒng)還能夠?qū)π滦偷男》秶摹包c(diǎn)對點(diǎn)”數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行支持。

1 D2D通信的原理及應(yīng)用

1.1 D2D模型

現(xiàn)今，移動通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向著更為完備的方向發(fā)展。在該背景下，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率更快、資源利用率更高、網(wǎng)絡(luò)容量更大成為了主要的發(fā)展目標(biāo)。這樣的發(fā)展形勢，對今后的無線頻譜資源的要求更為嚴(yán)格。但是，能夠進(jìn)行移動通信應(yīng)用的相關(guān)無線頻率資源卻存在著一定的限制。所以，怎樣保證在有限的帶寬資源中完成數(shù)據(jù)傳輸率更快、資源利用率更高、網(wǎng)絡(luò)容量更大的三項(xiàng)目標(biāo)成為了業(yè)界研究的重點(diǎn)。

對于D2D技術(shù)而言，其能夠在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而將網(wǎng)絡(luò)容量以及資源利用率進(jìn)行提高。任何一個(gè)D2D的通信鏈路，其本身所進(jìn)行占用的資源，和一個(gè)蜂窩通信鏈路，其本身占用的資源相同。在宏蜂窩基站的控制下D2D的通信才能夠獲得通信所需要的傳輸功率以及頻率資源。D2D通信在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行無線資源的共享時(shí)，也存在著相應(yīng)的影響因素。在對小區(qū)內(nèi)的D2D通信方案進(jìn)行深入的研究時(shí)，我們主要是設(shè)定為場景獨(dú)立小區(qū)，對D2D通信在實(shí)際的蜂窩通信中的主要模型（見圖1）。

紅色雙箭頭代表有用信號，藍(lán)色雙箭頭代表干擾信號，將BS設(shè)定為“小區(qū)中心基站”，將UEi設(shè)定為“小區(qū)內(nèi)的用戶”，在這些小區(qū)用戶當(dāng)中，UEI是與蜂窩基站通信的用戶，UE2與UE3形成一條D2D鏈路，這些小區(qū)用戶在基站的協(xié)調(diào)下能夠直接進(jìn)行相互之間的通信。宏蜂窩通信與D2D通信二者共享網(wǎng)絡(luò)資源。

1.2 D2D的應(yīng)用

《在LTE_Advanced網(wǎng)絡(luò)下的DevicetoDevice通信》中提出，當(dāng)用戶通過基站進(jìn)行D2D通信的內(nèi)容提出后，需要安裝基站發(fā)出請求后對用戶的通信方式進(jìn)行適度的內(nèi)容轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)化為D2D連接模式。D2D通信可應(yīng)用于多種通信業(yè)務(wù)，特別是在較為密集的距離內(nèi)進(jìn)行通信基礎(chǔ)的構(gòu)建和連接。如某個(gè)熱點(diǎn)覆蓋區(qū)域內(nèi)，用戶可以不經(jīng)過基站而直接共享資料。相比于通過蜂窩小區(qū)基站來提供下載業(yè)務(wù)，可以在統(tǒng)一平臺中滿足用戶最為基礎(chǔ)的服務(wù)需求，讓基站的負(fù)載壓力獲得階段性的減輕。在進(jìn)行D2D通信的同時(shí)，蜂窩基站還可以提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)。D2D還能應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)一些本地通信，如將D2D應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境，在系統(tǒng)覆蓋可以獲得較為優(yōu)越的范圍波及程度較深的影響。不同的用戶之間可以通過D2D通信傳輸數(shù)據(jù)。不需要通過固定網(wǎng)絡(luò)接入核心網(wǎng)。而由于穿透損耗的圖1，D2D需要建立最為適度和準(zhǔn)確的模型表現(xiàn)。

2 仿真結(jié)果

要深入解讀蜂窩網(wǎng)絡(luò)中使用D2D技術(shù)的價(jià)值性和應(yīng)用型，需要利用對LTEA系統(tǒng)的仿真來評估，并采用參數(shù)分析和對比的方式對D2D技術(shù)與不使用D2D技術(shù)的性能進(jìn)行直觀和可參照性的比較。仿真場景及具體參數(shù)配置需要對參考文獻(xiàn)的資料進(jìn)行選取和對照，獲得仿真研究必要的結(jié)果和動態(tài)反饋，為其直觀的研究獲得實(shí)證分析意義。每個(gè)D2D用戶對在復(fù)用蜂窩小區(qū)內(nèi)通信時(shí)獲得唯一獨(dú)立用戶的對照執(zhí)行，需要在整體的執(zhí)行過程中考慮其是非正交資源分配模式，并對合理性和可控性進(jìn)行矢量方式的對比研究。

在LTE—A系統(tǒng)中使用和不使用D2D技術(shù)系統(tǒng)需要考慮單一平臺的用戶在平均吞吐量以及邊緣角度用戶的平均吞吐量兩方面的數(shù)據(jù)對比隋況。通過對其邊緣角度用戶和單一平臺的用戶在技術(shù)系統(tǒng)的平均吞吐量進(jìn)行分析，獲得其仿真結(jié)果的直接參考。從仿真結(jié)果可以看出，在使用D2D技術(shù)后，除了小區(qū)平均用戶吞吐量有明顯提升并在整體獲得提升后在邊緣比動系數(shù)以及周邊范圍波動下獲得良好的矢量產(chǎn)出，小區(qū)邊緣用戶的平均吞吐獲得了階段性以及持續(xù)性的改進(jìn)。通過對仿真參數(shù)配置可以得出，奇系統(tǒng)頻率相對較為穩(wěn)定，在2GHZ范圍內(nèi)進(jìn)行。帶寬數(shù)率也較為合理。在站間距上，有著500M標(biāo)準(zhǔn)的距離配置，不存在距離過于密集以及距離過于疏遠(yuǎn)的狀況。在信道模型上，采用SCME方式進(jìn)行輸入，屬于信號相對穩(wěn)定以及波動范圍在合理范圍標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。在天線配置上，選擇2部天線進(jìn)行，可以較好的滿足通訊的基礎(chǔ)需求。

從基站天線的增益角度進(jìn)行考慮，具有15DBI變動系數(shù)范圍，相對較為合理，且變動的范圍也在可以控制的范圍內(nèi)進(jìn)行。在基站的天線高度布置上，選擇采用35M的標(biāo)準(zhǔn)高度。在這一高度中可以很好的保障天線的工作獲得常態(tài)的直觀表現(xiàn)。目前業(yè)務(wù)模型為FULL BUFFER，業(yè)務(wù)模型也屬于合理的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。

這部分小區(qū)邊緣用戶的性能增益對LTE-A這種小區(qū)間干擾嚴(yán)重的系統(tǒng)可以獲得最為低度的影響和頻率變動。設(shè)置的合理較為優(yōu)越，不容易出現(xiàn)信號斷續(xù)和信號偏弱的情況。整體的信號量也相對可以在合理的范圍內(nèi)獲得數(shù)據(jù)傳輸有效性和持續(xù)性的建立。隨著小區(qū)邊緣用戶的性能改善，系統(tǒng)內(nèi)小區(qū)用戶的公平性可以在最為基礎(chǔ)的框架上獲得直觀和系統(tǒng)的反映。同時(shí)也避免系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定和斷續(xù)的情況。在配置合理的情況下，系統(tǒng)會在設(shè)計(jì)和設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行整體小區(qū)用戶的保障功能運(yùn)作。所以從系統(tǒng)仿真的角度來看，在LTEA系統(tǒng)中采用D2D通信是可以獲得最為優(yōu)越和最為直觀的結(jié)果反饋，并對系統(tǒng)性能有顯著的增益，同時(shí)也避免在D2D通信中獲得系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障輸入凹。

3 D2D可研究方向及展望

D2D通信在LTEA系統(tǒng)中的應(yīng)用依舊處在建立的初期階段，所以D2D通信可研究的內(nèi)容也可以進(jìn)行持續(xù)的連續(xù)輸入。下面我們從幾個(gè)方面來對D2D在LTEA系統(tǒng)中的方案進(jìn)行相關(guān)的闡述。

如何在LTE-A系統(tǒng)中選擇D2D通信方案，可以有效的保障整體的系統(tǒng)在不間斷的情況下獲得信號強(qiáng)度的保障，包括可以是想用D2D通信，在系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)階段獲得D2D通信方案的有效選擇和建立。D2D通信與蜂窩通信的資源復(fù)用模式。如何選擇D2D通信與蜂窩通信的資源復(fù)用方式，包括正交資源共享、同時(shí)在資源的對聯(lián)中獲得資源模式的共享建立。在資源對等以及資源交互中獲得持續(xù)的輸入。非正交資源共享或通過基站轉(zhuǎn)接等方式。D2D通信的功率控制方案。如何在基站控制D2D終端的發(fā)射功率使得D2D通信與蜂窩通信之間干擾控制在可接受的水平。

D2D通信的建立需要用戶在單一平臺中建立D2D通信，在系統(tǒng)外界影響變動系數(shù)可以檢測以及影響程度最低情況下，進(jìn)行系統(tǒng)方式的直觀選擇.使某些特定場景下的通信變得更高效、更直接。D2D通信將成為未來網(wǎng)絡(luò)的一部分來滿足一些未來通信的特殊需求，在這種變動范圍內(nèi)滿足未來網(wǎng)絡(luò)通信可以具備的基礎(chǔ)構(gòu)建要素，獲得系統(tǒng)變動范圍的合理變動。如小范圍的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。隨著D2D研究的獲得第二次深度和廣度的變化。D2D技術(shù)將進(jìn)入較為優(yōu)越的快速變系統(tǒng)范圍。它為蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來的性能改善將有利于未來的寬帶高速數(shù)據(jù)的傳輸，所以D2D通信在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景獲得最為價(jià)值和變動影響程度最低的表現(xiàn)。目前D2D通信在蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在信號的穩(wěn)定以及信號輸入的持續(xù)性。

目前在D2D通信中，需要對未來網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建趨勢和發(fā)展框架有深度的把控，在可以獲得系數(shù)穩(wěn)定和系數(shù)變范圍可控中進(jìn)行廣度的建立。目前的基站轉(zhuǎn)接和資源共享都是在同一平臺和跨平臺中獲得資源的正式交互連接。

4 結(jié)語

綜上所述，目前的LTE-A系統(tǒng)需要在方案的設(shè)計(jì)中考慮對周邊用戶的需要影響因素。目前的系統(tǒng)高速互聯(lián)在數(shù)據(jù)的高速中，要保障數(shù)據(jù)具有大寬度和大數(shù)據(jù)量的交互聯(lián)系。因而D2D通信的優(yōu)勢符合其蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前景，也對目前的高密度用戶需求不斷的提出提供了必要的現(xiàn)實(shí)參照意義和實(shí)踐參考價(jià)值。D2D通信目前在技術(shù)方案的選擇上依舊處在應(yīng)用較為低的程度，需要結(jié)合目前對應(yīng)用價(jià)值的研究獲得整體發(fā)展前景的分析，在對通信技術(shù)進(jìn)行分析后，獲得研究實(shí)踐價(jià)值和實(shí)踐意義的整體和分布的提出。要在對基礎(chǔ)的硬件配置進(jìn)行合理性建立后，獲得應(yīng)用前景和實(shí)踐前景的適度的展開，為未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供現(xiàn)實(shí)研究價(jià)值和意義。