基于5G通信網(wǎng)的D2D技術(shù)研究

黃聯(lián)系

【摘 要】隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們進(jìn)入5G通信時(shí)代，D2D技術(shù)作為4G技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，逐漸向5G發(fā)展?；诖?，本文對(duì)D2D技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行探討，重點(diǎn)研究以5G通信網(wǎng)為基礎(chǔ)的D2D技術(shù)，以供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】5G通信網(wǎng);D2D技術(shù);緩存技術(shù)

D2D技術(shù)指的是兩個(gè)對(duì)等用戶節(jié)點(diǎn)能夠直接進(jìn)行信息交換的技術(shù)，通過建立D2D通信鏈路，能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓力，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量。在5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，研究以5G通信網(wǎng)為基礎(chǔ)的D2D技術(shù)是十分必要的。

一、探討D2D技術(shù)優(yōu)勢(shì)

所謂D2D技術(shù)，其主要指的是終端直連技術(shù)，即無需借助中心設(shè)備對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行控制就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，作為通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一，D2D技術(shù)能夠有效提高系統(tǒng)的通信容量以及對(duì)各項(xiàng)資源的利用率，緩解系統(tǒng)通信壓力，降低通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。因此，在當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展的時(shí)代背景下，以5G通信網(wǎng)為基礎(chǔ)的D2D技術(shù)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、用戶網(wǎng)絡(luò)使用需求的滿足等方面具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。尤其在移動(dòng)智能設(shè)備不斷普及的場(chǎng)景下，頻譜資源不斷減少，但D2D技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能移動(dòng)設(shè)備的直接連接，不必依靠建站中轉(zhuǎn)，在不占用頻帶資源的前提下實(shí)現(xiàn)無線通信，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的拓展具有極為有效的技術(shù)支持意義。

二、研究以5G通信網(wǎng)為基礎(chǔ)的D2D技術(shù)

（一）D2D-MIMO技術(shù)

一般情況下，用戶終端在LTE-A等系統(tǒng)中具有多天線，在該情況下，RCU用戶與D2D用戶能夠?qū)r(shí)頻資源進(jìn)行復(fù)用與同時(shí)傳輸，有效擴(kuò)大系統(tǒng)容量，因此，在對(duì)D2D與MIMO傳輸策略進(jìn)行研究時(shí)，需要利用5G的無線信道資源。具體而言，在有關(guān)D2D-MIMO技術(shù)研究中，由于用戶不斷增加，干擾情況也會(huì)愈加復(fù)雜，所以，主要研究接收機(jī)方面。在多用戶同時(shí)存在的情況下，不同D2D鏈路下的用戶與以往傳統(tǒng)蜂窩區(qū)域的用戶在通信過程中存在一定程度的干擾情況，另外，當(dāng)用戶不處于統(tǒng)一蜂窩區(qū)域卻向D2D設(shè)備發(fā)送信息時(shí)，還會(huì)發(fā)生通信碰撞的問題。因此，在解決該問題時(shí)，可以利用編碼策略對(duì)干擾進(jìn)行抑制，將蜂窩用戶與D2D用戶之間的產(chǎn)生雙向通信干擾進(jìn)行有效減少。除此之外，大規(guī)模MIMO多用戶傳輸也會(huì)增加通信干擾，在解決該問題時(shí)，主要是對(duì)RCU傳輸率以及D2D傳輸率進(jìn)行增大，即利用連續(xù)二次規(guī)劃對(duì)接收機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，尋找到最佳的傳輸預(yù)編碼與解碼器[1]。

（二）D2D緩存技術(shù)網(wǎng)絡(luò)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動(dòng)智能設(shè)備的普及應(yīng)用，使得無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)大規(guī)模增加，且人們對(duì)通信速率以及時(shí)延性提出了更高的要求，這給無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行提出了更高的要求，尤其是視頻流的接入。在應(yīng)對(duì)該問題時(shí)，主要使用專用設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)或是利用分散在網(wǎng)絡(luò)中的輔助節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，即D2D緩存技術(shù)。在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的時(shí)代背景下，城市地區(qū)使用無線網(wǎng)絡(luò)的用戶密度越來越高，對(duì)于一個(gè)中等密度的城市地區(qū)，通過使用緩存技術(shù)，能夠有效滿足每個(gè)用戶的視頻需求，不需要占用高吞吐量進(jìn)行核心網(wǎng)的回傳。因此，在基于5G網(wǎng)絡(luò)的D2D網(wǎng)絡(luò)中，緩存技術(shù)是解決高吞吐量業(yè)務(wù)問題以及滿足數(shù)據(jù)高速率傳播的關(guān)鍵技術(shù)手段。從目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，D2D緩存技術(shù)相關(guān)研究主要是以信息論為基礎(chǔ)的性能分析、算法優(yōu)化以及數(shù)據(jù)移動(dòng)性等方面，其中，在算法優(yōu)化方面，主要是對(duì)下載時(shí)間、吞吐量等方面進(jìn)行優(yōu)化;在移動(dòng)性方面，主要是對(duì)其移動(dòng)性建模等方面進(jìn)行研究;在以信息論為基礎(chǔ)的性能方面，主要是通過對(duì)用戶端緩存問題進(jìn)行研究，保證鏈路的激活狀態(tài)，另外，據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，通過對(duì)基站的緩存空間進(jìn)行增加，能夠在提升系統(tǒng)性能的同時(shí)節(jié)約系統(tǒng)寬帶。

（三）D2D資源分配技術(shù)

5G通信網(wǎng)下的D2D技術(shù)為實(shí)現(xiàn)更加便利的通信傳輸模式，需要對(duì)傳統(tǒng)蜂窩資源、頻譜資源等進(jìn)行有效分配，通過D2D資源分配技術(shù)，能夠提高用戶自由度，使其運(yùn)用專用資源、復(fù)用BS中繼鏈路，進(jìn)而節(jié)約能量的同時(shí)提高資源利用率，但也會(huì)帶來通信干擾問題。因此，需要從干擾管理資源分配以及傳輸QoS資源分配兩方面進(jìn)行分析與探究。對(duì)于干擾管理的資源分配，能夠有效限制干擾的方案之一就是功率控制，在多個(gè)用戶復(fù)用同一個(gè)信道資源時(shí)，鏈路之間難免存在互相干擾現(xiàn)象，但通過功率控制能夠?qū)⑼ㄐ潘俾兽D(zhuǎn)變?yōu)榉峭箚栴}。在解決該問題時(shí)，可以對(duì)該問題進(jìn)行建模，將其轉(zhuǎn)化為二值整數(shù)規(guī)劃問題，之后使用Canonical對(duì)偶理論得到最優(yōu)解;或是使用基于全網(wǎng)吞吐量的優(yōu)化功率控制與模式轉(zhuǎn)換方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的有效管理。另外，在LET網(wǎng)絡(luò)中，還需要對(duì)頻率與時(shí)間的同步問題進(jìn)行解決，避免蜂窩內(nèi)部出現(xiàn)通信干擾，主要的解決方式仍是功率控制。對(duì)于QoS資源配置方面，該技術(shù)能夠管理設(shè)備間的干擾問題，并優(yōu)化全網(wǎng)性能，在滿足通信性能需求的同時(shí)通過資源合理配置實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)QoS的全面提升[2]。在此過程中，為給蜂窩系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量提供保障，提升系統(tǒng)性能，可以使用乘子法對(duì)D2D用戶和CUE最佳發(fā)射功率進(jìn)行確定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)吞吐量的最大化，滿足用戶使用需求。另外，還可以構(gòu)建模式切換和分流機(jī)制在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中融入無線技術(shù)，進(jìn)而充分發(fā)揮未使用寬帶的作用，實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的有效轉(zhuǎn)移，對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸壓力進(jìn)行有效緩解。在D2D網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，同時(shí)存在兩種通信模式，即傳統(tǒng)蜂窩通信和D2D通信，在其運(yùn)行過程中難免發(fā)生通信干擾，為此，通過構(gòu)建切換機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)通信數(shù)據(jù)的順利分流，進(jìn)而降低干擾，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化。

三、結(jié)論

綜上所述，基于5G的D2D技術(shù)具有極強(qiáng)的通信靈活性，相較于傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，具有頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，為使其能夠進(jìn)一步發(fā)揮作用，對(duì)其目前研究現(xiàn)狀以及問題與解決方法進(jìn)行研究，促進(jìn)其能夠滿足未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王慧茹. 基于蜂窩網(wǎng)和NOMA的D2D通信資源分配算法研究[D].南京郵電大學(xué)，2019.

[2]古常友.交通領(lǐng)域中面向D2D的5G通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用探析[J].中國(guó)交通信息化，2019（03）：116-118.