面向5G的毫米波D2D通信技術(shù)綜述

倪藝洋，王玉璽，朱洪波

（1.江蘇第二師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210003；2.南京郵電大學(xué)江蘇省無(wú)線(xiàn)通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210003）

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)際電信聯(lián)盟明確了5G移動(dòng)通信的主要應(yīng)用場(chǎng)景，包括增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器類(lèi)型通信、超可靠和低延遲通信。5G 移動(dòng)通信將在用戶(hù)體驗(yàn)速率、頻譜效率、移動(dòng)性、時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)能效等8 個(gè)方面的技術(shù)指標(biāo)較4G 系統(tǒng)提升一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級(jí)。以峰值傳輸速率和系統(tǒng)能量效率為例，5G 移動(dòng)通信的峰值傳輸速率預(yù)期將達(dá)到10 Gb/s，較4G 移動(dòng)通信的100 Mb/s 提高100 倍，系統(tǒng)能量效率相比4G移動(dòng)通信需提升10倍?，F(xiàn)有支持4G移動(dòng)通信的無(wú)線(xiàn)傳輸關(guān)鍵技術(shù)將無(wú)法滿(mǎn)足5G 移動(dòng)通信的需求，因此發(fā)展新型無(wú)線(xiàn)傳輸關(guān)鍵技術(shù)迫在眉睫[1-2]。

作為5G 移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)傳輸關(guān)鍵技術(shù)之一的D2D通信技術(shù)，其基本特征是在距離較近的用戶(hù)終端間建立直接通信的鏈路，其數(shù)據(jù)傳輸無(wú)需基站中轉(zhuǎn)，就可實(shí)現(xiàn)終端間各種形式的直接通信[3]。采用直接通信方式的D2D通信技術(shù)可以大幅提升用戶(hù)間數(shù)據(jù)傳輸速率、提高系統(tǒng)容量、減小系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)、增強(qiáng)通信可靠性。另一方面，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)十Gb/s 高速率傳輸?shù)暮撩撞ㄍㄐ乓渤蔀?G 移動(dòng)通信關(guān)注的焦點(diǎn)，其基本原理是利用非授權(quán)頻段進(jìn)行超大帶寬傳輸，實(shí)現(xiàn)極高速率的無(wú)線(xiàn)傳輸從而獲得更大的系統(tǒng)容量[4-5]。毫米波通信目前在室內(nèi)無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)和室外無(wú)線(xiàn)Mesh 網(wǎng)絡(luò)中均已取得相當(dāng)進(jìn)展[6-7]，但面向5G 移動(dòng)通信，其傳輸損耗大、易被遮擋等信道傳輸特性也為毫米波通信在實(shí)際中的應(yīng)用帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。從使用頻段看，當(dāng)前D2D通信的研究主要集中在6 GHz 以下的低頻頻段，可利用的頻譜資源相對(duì)稀缺，實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)傳輸峰值速率相對(duì)較低，無(wú)法滿(mǎn)足5G 移動(dòng)通信大量基于視頻分發(fā)的業(yè)務(wù)應(yīng)用；從干擾形成機(jī)理來(lái)看，現(xiàn)有D2D通信技術(shù)往往采取復(fù)用蜂窩用戶(hù)時(shí)頻資源的傳輸模式，工作在6 GHz 以下頻段時(shí)會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的同頻干擾。如何面向5G 移動(dòng)通信的特點(diǎn)發(fā)展新型通信技術(shù)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)心的熱點(diǎn)問(wèn)題。

近年來(lái)，國(guó)際和國(guó)內(nèi)一些研究者開(kāi)始探索利用毫米波的高信道損耗特性以及高度指向性，在毫米波頻段發(fā)展D2D通信，力圖在大幅度提高D2D 用戶(hù)間峰值傳輸速率的同時(shí)有效抑制同頻干擾。究其原理是巧妙地將毫米波通信在信道傳播方面的劣勢(shì)轉(zhuǎn)換為對(duì)D2D通信有利的條件，相關(guān)研究目前尚處于起步階段。因此，探索適用于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信系統(tǒng)架構(gòu)、無(wú)線(xiàn)傳輸理論、資源分配方案，無(wú)疑對(duì)滿(mǎn)足5G 移動(dòng)通信的需求有著重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

1 D2D通信

1.1 概述

從D2D通信的發(fā)展歷史看，D2D通信最早可追溯至本世紀(jì)初，為了解決4G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線(xiàn)頻譜資源短缺、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)開(kāi)銷(xiāo)大、網(wǎng)絡(luò)容量受限等難題，研究者們提出一種終端間直通的通信機(jī)制[8]。從頻率資源的利用方式看，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信分為兩種模式，分別是使用預(yù)留頻譜資源的Overlay 模式和復(fù)用蜂窩用戶(hù)頻譜資源的Underlay 模式[9]，其示意圖如圖1 所示。在Overlay模式中，D2D 用戶(hù)通信信道與蜂窩用戶(hù)通信信道相互正交，兩者之間不存在干擾，但大大降低了頻譜資源利用率。在Underlay 模式中，由于D2D 用戶(hù)復(fù)用蜂窩用戶(hù)頻譜資源，可有效提高系統(tǒng)吞吐量和頻譜利用率。

1.2 挑戰(zhàn)及相關(guān)研究

采用Underlay 模式的D2D通信是目前研究的熱點(diǎn)，但此模式下D2D 用戶(hù)與蜂窩用戶(hù)間的相互干擾無(wú)法避免，這也使5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)在干擾管控上面臨新的挑戰(zhàn)。針對(duì)此模式的干擾控制、功率優(yōu)化、模式選擇等已逐步展開(kāi)[10-11]。在干擾管理機(jī)制的研究上，考慮到基站與用戶(hù)發(fā)射功率的差異，共享蜂窩用戶(hù)的上行資源是降低D2D 鏈路與蜂窩鏈路間的相互干擾的方法之一[8，12-14]。此外，將MIMO 技術(shù)與D2D通信相結(jié)合可以有效抑制鏈路相互間的干擾，是提高D2D通信性能的一個(gè)有效的途徑。對(duì)于不同的目標(biāo)用戶(hù)需求，可以通過(guò)在基站側(cè)采用波束賦型或者干擾消除等預(yù)編碼策略進(jìn)行干擾管控，進(jìn)而提升系統(tǒng)性能[15-16]。

圖1 使用預(yù)留頻譜資源模式和復(fù)用蜂窩頻譜資源模式示意圖Fig.1 Application of reserved spectrum resource mode and reused cellular spectrum resource mode

為了實(shí)現(xiàn)更廣的覆蓋、提高D2D通信系統(tǒng)的總體適用性，可以進(jìn)一步將中繼技術(shù)引入D2D通信系統(tǒng)中。利用D2D 用戶(hù)作為中繼進(jìn)行多跳通信，并采用不同的中繼模式以適應(yīng)不同的傳輸場(chǎng)景，進(jìn)而可以獲得更好的鏈路增益以及更廣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋[17]。將D2D 用戶(hù)作為移動(dòng)中繼進(jìn)行傳輸時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的中繼選擇策略可以進(jìn)一步提高業(yè)務(wù)公平性，提升系統(tǒng)性能[18-20]。與此同時(shí)，在對(duì)中繼D2D通信系統(tǒng)的研究中，對(duì)系統(tǒng)速率、中斷概率等系統(tǒng)性能的分析也已全面展開(kāi)[21]。

此外，為進(jìn)一步提高D2D 鏈路和蜂窩鏈路的通信質(zhì)量，對(duì)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的D2D通信系統(tǒng)的資源分配方案和功率優(yōu)化算法的研究也已逐步展開(kāi)[22-33]。在多蜂窩用戶(hù)多D2D 用戶(hù)的通信系統(tǒng)中，已有工作利用不同的優(yōu)化方法提出相應(yīng)的資源分配方案以提高D2D通信鏈路的性能或蜂窩鏈路性能[25-27]。從鏈路Q(chēng)oS 的角度，根據(jù)不同用戶(hù)的QoS 需求，同時(shí)考慮到信道復(fù)用方式以及信道狀態(tài)信息的獲取，需要設(shè)計(jì)不同的資源優(yōu)化方案，以在保證用戶(hù)QoS 的前提下提高系統(tǒng)性能[28-30]。也有研究者以最大化D2D通信系統(tǒng)的能量效率為目標(biāo)，針對(duì)不同的約束條件分別提出相應(yīng)的資源分配方案[31-32]。此外，在上行鏈路中采用D2D通信方式并設(shè)計(jì)相應(yīng)的資源管理機(jī)制可以有效解決蜂窩小區(qū)邊緣通信質(zhì)量差的難題[33]。

1.3 小 結(jié)

目前大多數(shù)已報(bào)道的有關(guān)D2D通信技術(shù)的研究是圍繞6 GHz 以下低頻段的移動(dòng)通信系統(tǒng)展開(kāi)，所采用的信道模型亦是針對(duì)低頻段。然而，由于6 GHz 以下頻段頻譜資源日益緊張及帶寬限制，現(xiàn)有面向低頻段D2D通信系統(tǒng)的理論與關(guān)鍵技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)5G 移動(dòng)通信高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，因此急需研究? GHz 以上高頻段，特別是在毫米波頻段的D2D通信新理論與新方法，以滿(mǎn)足未來(lái)5G 移動(dòng)通信的嚴(yán)苛指標(biāo)。

2 毫米波通信

2.1 概 述

自1994年10月美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)發(fā)布將40 GHz以上的部分毫米波頻段開(kāi)放供商業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用后，全球各國(guó)和地區(qū)對(duì)毫米波頻段的免費(fèi)開(kāi)放極大地刺激了各研究機(jī)構(gòu)對(duì)毫米波通信的廣泛關(guān)注和積極投入。從目前看，毫米波通信能夠解決短距離密集用戶(hù)通信問(wèn)題，是滿(mǎn)足5G 移動(dòng)通信需求的有效解決方案之一。毫米波通信有著顯著特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

1）毫米波波長(zhǎng)極短，可利用大規(guī)模MIMO 技術(shù)和自適應(yīng)波束賦形技術(shù)等空間處理技術(shù)，獲得更強(qiáng)的方向性和保密性[34]；

2）毫米波可以分配更大的帶寬；

3）頻譜資源豐富且具有國(guó)際通用性，毫米波上不同頻段的相對(duì)距離更近，使得不同頻段具有相近的性質(zhì)；

4）毫米波空間傳輸損耗大但抗干擾能力強(qiáng)。由于自由空間的傳播損耗與載波頻率的平方成正比，因此毫米波通信的傳播損耗遠(yuǎn)高于低頻段通信，但同時(shí)此特性也可以有效減少同頻干擾。

毫米波波長(zhǎng)短的特性造成其遇到障礙物的衍射效果差，穿透物體的能力弱，容易造成阻擋效應(yīng)，因此，毫米波在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中的傳播受到了很大的限制。

在低頻段通信中，為達(dá)到更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更高的傳輸速率，研究者提出了很多從物理層解決問(wèn)題的方法，比如多天線(xiàn)技術(shù)、信道編碼技術(shù)等。從物理層著手已經(jīng)無(wú)法獲得更多增益以滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的需求，因此，探索更多的可用頻譜成為必然。毫米波通信的出現(xiàn)使得兩用戶(hù)間進(jìn)行Gb/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率成為可能，同時(shí)，隨著硅半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展以及毫米波電路的設(shè)計(jì)方面所取得的跨越式進(jìn)展，毫米波通信的成本得到進(jìn)一步降低，也使得將毫米波用于蜂窩通信系統(tǒng)中成為可能[35]。

2.2 挑戰(zhàn)及相關(guān)研究

對(duì)于工作在毫米波頻段的通信系統(tǒng)，如何保證鏈路質(zhì)量是毫米波通信將面臨的巨大挑戰(zhàn)。眾所周知，大規(guī)模天線(xiàn)陣列的增益可以克服路徑損耗并建立可靠的鏈路連接，同時(shí)，大規(guī)模天線(xiàn)陣列可以進(jìn)行多數(shù)據(jù)流的預(yù)編碼，這種預(yù)編碼方式可以增加頻譜利用率從而達(dá)到更高的系統(tǒng)容量，因此對(duì)毫米波MIMO 系統(tǒng)的研究已逐步展開(kāi)[36-43]。有研究者提出了低復(fù)雜度的最佳數(shù)字預(yù)編碼策略以降低基站和用戶(hù)的功率開(kāi)銷(xiāo)[36]。相對(duì)于傳統(tǒng)的全數(shù)字預(yù)編碼方式，毫米波MIMO 系統(tǒng)中采用數(shù)字-模擬混合預(yù)編碼方式可以降低硬件成本降低算法復(fù)雜度、提高編碼質(zhì)量、增加毫米波MIMO 系統(tǒng)的吞吐量[37-38]。也有研究者對(duì)毫米波MIMO 系統(tǒng)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)、信道估計(jì)等做了相關(guān)研究[40-42]。

另一方面，毫米波信道易被阻塞的特性也成為毫米波通信發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。在毫米波通信中，非視距傳輸?shù)膫鬏敁p耗比視距傳輸?shù)膫鬏敁p耗高很多，對(duì)于工作在60 GHz 的通信系統(tǒng)，當(dāng)收發(fā)信雙方的距離為10 m 時(shí)，視距和非視距的路徑傳播損耗相差約[43]10 dB，在功率受限的系統(tǒng)中，10 dB 的功率損耗需要降低10 倍的傳輸速率以保證傳輸?shù)目煽啃?。因此，建立毫米波通信中兩用?hù)的視距傳播路徑是毫米波通信中避免鏈路阻塞的有效方法。一種克服毫米波信道阻塞的有效方法就是在毫米波系統(tǒng)中使用中繼，通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，使得兩用戶(hù)間進(jìn)行多跳視距通信，幫助毫米波信號(hào)繞過(guò)受阻塞的鏈路，增加毫米波接收信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度，增加毫米波鏈路的連通性[44-46]。

2.3 小 結(jié)

不難看出，毫米波通信的研究目前已圍繞著天線(xiàn)設(shè)計(jì)、預(yù)編碼策略、毫米波中繼傳輸?shù)榷鄠€(gè)方面全面展開(kāi)，面向蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的毫米波傳輸技術(shù)的研究相對(duì)較少，尤其是對(duì)移動(dòng)環(huán)境中毫米波通信的研究尚在起步階段。

3 毫米波D2D通信

將毫米波與D2D通信技術(shù)相結(jié)合進(jìn)而充分發(fā)揮毫米波通信以及D2D通信的優(yōu)勢(shì)，是5G 移動(dòng)通信研究的熱點(diǎn)之一。在毫米波通信中，相近的用戶(hù)間采用D2D通信方式進(jìn)行并發(fā)傳輸，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸效率[47]，但是毫米波的高頻段會(huì)增加D2D 設(shè)備的各種開(kāi)銷(xiāo)。在傳統(tǒng)低頻段的多天線(xiàn)系統(tǒng)中，波束賦形和預(yù)編碼可以在基帶進(jìn)行數(shù)字化處理，而在毫米波通信中信號(hào)設(shè)備具有高開(kāi)銷(xiāo)和大功率消耗的特點(diǎn)，使得模擬的處理方式在射頻域的應(yīng)用吸引了更多的關(guān)注。根據(jù)毫米波信道的空間結(jié)構(gòu)，可以將預(yù)編碼/組合器的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為稀疏數(shù)據(jù)重構(gòu)的問(wèn)題，并提出精確的近似最優(yōu)預(yù)編碼器和組合器的算法，從而在低開(kāi)銷(xiāo)的射頻硬件中進(jìn)行應(yīng)用[48]。

增強(qiáng)毫米波鏈路的連通性以及覆蓋范圍的有效途徑是合理利用中繼節(jié)點(diǎn)，利用具備在較多頻段實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信能力的移動(dòng)終端充當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)，為基于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信提供契機(jī)與基礎(chǔ)。利用D2D通信技術(shù)將原有的毫米波阻塞鏈路轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗵暰嗤ㄐ沛溌?，進(jìn)而保證毫米波通信質(zhì)量的方法引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的路徑選擇算法、D2D 并發(fā)傳輸方法，可以建立毫米波用戶(hù)之間的多跳傳輸路徑，提高系統(tǒng)速率[49-50]。此外，還可以采用混合的通信模式，在鏈路沒(méi)有阻塞時(shí)利用毫米波頻段進(jìn)行通信，在其他情況下則用低頻段進(jìn)行通信。通過(guò)這種混合的方式更好地發(fā)揮毫米波通信的寬頻帶，避免在基于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信系統(tǒng)中因遭受鏈路阻塞而產(chǎn)生的高損耗[51]。與此同時(shí)，在基于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信系統(tǒng)中，由于其特殊的信道傳輸特性，針對(duì)基于低頻段的D2D通信系統(tǒng)資源優(yōu)化方案已經(jīng)不再適用。已有研究者對(duì)毫米波頻段的小區(qū)無(wú)線(xiàn)接入傳輸調(diào)度機(jī)制進(jìn)行了研究，分析了傳輸調(diào)度機(jī)制對(duì)基于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信用戶(hù)性能的影響，包括通信模式、通信負(fù)載、用戶(hù)密度、用戶(hù)移動(dòng)性等，揭示了當(dāng)通信負(fù)載較重時(shí)，隨著用戶(hù)密度的增加，D2D通信的性能得以提高[52]。在基于中繼的毫米波通信系統(tǒng)中，針對(duì)毫米波傳輸?shù)淖枞约案邠p耗特性設(shè)計(jì)合理的資源分配方案，以提高系統(tǒng)可達(dá)速率、降低總發(fā)射功率、提高能量效率。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到總發(fā)射功率和系統(tǒng)量之間的折衷[53-56]。此外，在對(duì)毫米波D2D通信系統(tǒng)的性能分析上，相應(yīng)的研究也初步展開(kāi)，特別在覆蓋概率、區(qū)域譜效率、中斷概率等性能的分析上已取得初步進(jìn)展[57-59]。

4 毫米波D2D通信研究熱點(diǎn)展望

針對(duì)5G 移動(dòng)通信對(duì)系統(tǒng)吞吐量、譜-能率以及覆蓋能力提出的突破性需求，可突破傳統(tǒng)運(yùn)行于低頻段的D2D通信理論與關(guān)鍵技術(shù)在5G 移動(dòng)通信中的應(yīng)用限制，探索適用于大帶寬傳輸、高定向性波束以及易受阻擋效應(yīng)的毫米波D2D通信理論方法。目前，5G 移動(dòng)通信的研究工作已在全球范圍內(nèi)全面展開(kāi)，伴隨著標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，基于毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)腄2D通信已引起研究者的極大重視，可以跟隨5G 移動(dòng)通信發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)展開(kāi)后續(xù)研究工作。

4.1 低復(fù)雜度動(dòng)態(tài)波束賦形及波束追蹤

從標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程看，5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)中基站和移動(dòng)用戶(hù)都將配置較高維度的天線(xiàn)陣列，利用多天線(xiàn)的陣列增益可以有效提高通信的接收功率、補(bǔ)償毫米波無(wú)線(xiàn)信道高路徑損耗。目前已有文獻(xiàn)中提出的大規(guī)模毫米波多天線(xiàn)信道模型與普通毫米波多天線(xiàn)信道模型之間存在差異，能否直接將該模型應(yīng)用到多天線(xiàn)的毫米波移動(dòng)終端需要進(jìn)一步的研究，毫米波信道本身更加接近于直達(dá)徑信道的特性也需要考慮。此外，毫米波頻段的基站密度、天線(xiàn)輻射方向、衰落因素等系統(tǒng)參數(shù)與低頻段網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)參數(shù)有著較大差異。以天線(xiàn)輻射方向?yàn)槔诤撩撞l段天線(xiàn)的輻射方向窄，主瓣和副瓣的特性與低頻段有著較明顯的區(qū)別，如圖2 所示。 因此針對(duì)基于毫米波的D2D通信系統(tǒng)，需要深入研究該模型中各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

圖2 毫米波頻段天線(xiàn)輻射方向與低頻段天線(xiàn)輻射方向?qū)Ρ葓DFig.2 Comparison of antenna radiate directions in millimeter wave band and low frequency band

波束成形是毫米波通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。 采用大規(guī)模天線(xiàn)陣列實(shí)現(xiàn)波束成形，可有效地提高基站覆蓋與吞吐量，如果發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同時(shí)配置大規(guī)模天線(xiàn)陣列，采用波束成形及合并可以明顯地?cái)U(kuò)展基站覆蓋范圍，并且有效地降低基站之間的干擾。針對(duì)移動(dòng)用戶(hù)端射頻通道受限的情況，可以研究模擬/數(shù)字混合波束成形（合并），如圖3 所示。對(duì)于毫米波頻段射頻通道成本、功耗、封裝尺寸等瓶頸問(wèn)題，考慮到性能和成本之間取得合理折中，可采用數(shù)字和模擬混合天線(xiàn)陣列?？紤]到毫米波D2D通信中的終端計(jì)算能力和功耗受限，為進(jìn)一步提升系統(tǒng)頻譜效率和能量效率，可以進(jìn)一步研究面向毫米波D2D通信的低成本、低功耗的模擬/數(shù)字混合波束成形方法。

圖3 模擬/數(shù)字混合預(yù)編碼的發(fā)射機(jī)Fig.3 Analog/digital hybrid pre-coding transmitter

4.2 毫米波D2D通信協(xié)作傳輸

由于毫米波存在信道衰耗大、易受阻擋等缺點(diǎn)，因此毫米波是否可以應(yīng)用在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中長(zhǎng)期以來(lái)一直是備受爭(zhēng)議的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)信號(hào)通過(guò)大氣傳播時(shí)，由于氧氣、濕度、霧和雨等自然環(huán)境因素的吸收和散射，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)衰減。現(xiàn)有的信道測(cè)量結(jié)果顯示，無(wú)線(xiàn)信號(hào)頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近。

針對(duì)以上問(wèn)題，可以通過(guò)不同地區(qū)的不同自然環(huán)境，預(yù)先做好充分的鏈路預(yù)算，求出該區(qū)域毫米波最大傳輸距離，進(jìn)而解決由自然環(huán)境引起的毫米波鏈路中斷。盡管可以通過(guò)足夠的鏈路預(yù)算來(lái)克服惡劣天氣對(duì)毫米波的影響，但毫米波的阻擋效應(yīng)仍是一大挑戰(zhàn)。毫米波在傳輸中容易被各類(lèi)建筑物、移動(dòng)的車(chē)輛、人體本身甚至是握著手機(jī)的手所阻擋，因此在基于毫米波的D2D通信中需要深入研究可有效克服阻擋效應(yīng)的無(wú)線(xiàn)傳輸理論與方法，提升系統(tǒng)的吞吐量與覆蓋性能。

首先，眾所周知，針對(duì)基于瞬時(shí)信道條件的鏈路自適應(yīng)是4G 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)逼近容量傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。隨著5G 移動(dòng)通信采用大規(guī)模天線(xiàn)陣列技術(shù)實(shí)現(xiàn)毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸，完整的瞬時(shí)信道狀態(tài)信息的獲取存在挑戰(zhàn)，加之阻擋效應(yīng)會(huì)惡化系統(tǒng)性能，因此需要深入研究綜合利用統(tǒng)計(jì)和瞬時(shí)信道狀態(tài)信息的鏈路自適應(yīng)傳輸技術(shù)。特別地，不同于4G 系統(tǒng)中的信道環(huán)境，毫米波無(wú)線(xiàn)信道由于指向性較強(qiáng)，局部信道質(zhì)量得到較為明顯的提升，支持多信息流空分復(fù)用傳輸?shù)哪芰︼@著增強(qiáng)，但同時(shí)由于移動(dòng)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)及阻擋效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)通信中斷，可以在發(fā)射端通過(guò)估計(jì)/預(yù)測(cè)對(duì)當(dāng)前鏈路信道質(zhì)量進(jìn)行有效評(píng)估，并對(duì)傳輸參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整以自適應(yīng)匹配鏈路信道的波動(dòng)。

其次，在毫米波通信中，由于定向天線(xiàn)以及高傳播損耗這兩個(gè)特征，當(dāng)移動(dòng)用戶(hù)端發(fā)射功率較低時(shí)，也會(huì)造成覆蓋范圍較小的問(wèn)題。與此同時(shí)，在毫米波通信中，用戶(hù)的干擾將會(huì)大幅降低，系統(tǒng)可以支持更多的用戶(hù)進(jìn)行D2D通信，這也意味著系統(tǒng)可以容納更多的可以用于中繼傳輸?shù)挠脩?hù)。由此可以進(jìn)一步研究面向毫米波D2D通信的中繼選擇策略，結(jié)合放大轉(zhuǎn)發(fā)、譯碼轉(zhuǎn)發(fā)、壓縮轉(zhuǎn)發(fā)等中繼協(xié)議，結(jié)合最優(yōu)化理論，設(shè)計(jì)合理的中繼選擇方法以提高信號(hào)的有效傳輸距離，實(shí)現(xiàn)覆蓋性能的大幅提升。

5 結(jié) 語(yǔ)

5G 移動(dòng)通信系統(tǒng)將在2020 年以后全面實(shí)現(xiàn)商用，其各項(xiàng)系統(tǒng)性能較現(xiàn)有4G 系統(tǒng)將有質(zhì)的飛躍。作為5G 移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)，D2D通信技術(shù)以及毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。本文詳細(xì)分析了D2D通信技術(shù)、毫米波無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)以及基于毫米波的D2D通信技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景，并進(jìn)一步討論了毫米波D2D通信的未來(lái)研究方向以及需要解決的若干關(guān)鍵問(wèn)題。