摘要：近年来，国际电信联盟明确了 5G 移动通信的主要应用场景，包括增强型移动宽带、大规模机器类型通信、超可靠和低延迟通信。 5G 移动通信将在用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、网络能效等八个方面的技术指标较 4G 系统提升一个或多个数量级。以峰值传输速率和系统能量效率为例， 5G 移动通信的峰值传输速率预期将达到 10Gb/s，较 4G 移动通信的 100Mb/s 提高 100 倍，系统能量效率相比于 4G 移动通信需提升10 倍。现有支持 4G 移动通信的无线传输关键技术将无法满足 5G 移动通信的需求因此发展新型无线传输关键技术迫在眉睫。
关键词： LTE； D2D通信；技术优势；应用场景
引言：文章在分析D2D通信系统基本架构的基础上，重点研究了如何建立D2D通信的会话流程，从而建立D2D通信接连；在简要阐述D2D通信所涉及的关键技术的基础上，对比分析了D2D通信的技术优势；对D2D通信在5G时代的典型基本应用场景进行了详细分析，最后对D2D通信在未来5G时代所扮演的重要角色做了展望。
1D2D 通信的关键技术研究
1.1干扰控制技术
在混合通信网络使用过程中，干扰管理机制所产生的问题尤为严重。当 D2D 通信技术加入到蜂窝通信系统之中后，二者之间很可能产生干扰，严重时会导致蜂窝通信系统的通信性能严重降低。在 LTE 系统之中，蜂窝通信终端会根据基站无线资源分配向终端用户发送数据信息。因此，相关用户可根据蜂窝通信中的信息来制定无线资源管理措施。在实际工作过程中，D2D 通信用户并不需要通过基站来完成通信转发，而是通过一跳或多跳进行直接通信。当小区对 D2D 通信进行无线资源共用时，需要对 D2D 通信的发展功率进行恰当选择，避免 D2D 通信之间产生相互干扰。为了确保对干扰控制技术的深入研究，可假设 D2D 通信小区内具备上行通信链路资源。而在蜂窝通信中的上行通信链路之中，主要利用基站进行通信接收，此时便会产生干扰情况。为了避免干扰情况的出现，人们对基站中的 k 值进行了合理设计 ，以此来保证蜂窝通信链路的功率控制 。
1.2功率控制技术
一般来说，D2D 通信的发射功率大小取决于蜂窝通信用户中的 UL 资源方式。在实际运行过程中，相关工作人员可以通过 D2D 通信的发射频率和通信模式对干扰报告值进行测定，并对 SING 数值进行评估。为了方便研究工作的开展，可以假设蜂窝通信系统之中存在 N 个正交信道，在确保不会对蜂窝通信产生严重干扰的情况之下，对信道所发送的功率值进行逐一检测。
2 毫米波 D2D 通信
将毫米波与D2D通信技术相结合进而充分发挥毫米波通信以及D2D通信的优势，是5G移动通信研究热点之一。在毫米波通信中，相近的用户间采用D2D通信方式进行并发传输，可以进一步提高系统的传输效率，但是毫米波的高频段会增加D2D设备的各种开销。在传统低频段的多天线系统中，波束赋形和预编码可以在基带进行数字化处理，而在毫米波通信中信号设备具有高开销和大功率消耗的特点，使得模拟的处理方式在射频域的应用吸引了更多的关注。根据毫米波信道的空间结构，可以将预编码/组合器的问题转化为稀疏数据重构的问题，并提出精确的近似最优预编码器和组合器的算法，从而在低开销的射频硬件中进行应用。
增强毫米波链路的连通性以及覆盖范围的有效途径是合理利用中继节点，利用具备在较多频段实现无线通信能力的移动终端充当中继节点，为基于毫米波无线传输的 D2D 通信提供了契机与基础。利用 D2D 通信技术将原有的毫米波阻塞链路转变为多跳视距通信链路，进而保证毫米波通信质量的方法引起了学者们的广泛关注。通过设计合理的路径选择算法、 D2D 并发传输方法，可以建立毫米波用户之间的多跳传输路径，提高系统速率。此外，还可以采用混合的通信模式，在链路没有阻塞时利用毫米波频段进行通信，在其他情况下则用低频段进行通信。通过这种混合的方式更好的发挥毫米波通信的宽频带，避免在基于毫米波无线传输的 D2D 通信系统中因遭受链路阻塞的而产生的高损耗。
与此同时，在基于毫米波无线传输的 D2D 通信系统中，由于其特殊的信道传输特性，针对基于低频段的 D2D 通信系统资源优化方案已经不再适用。已有研究者对毫米波频段的小区无线接入传输调度机制进行了研究，分析了传输调度机制对基于毫米波无线传输的 D2D 通信用户性能的影响，包括通信模式、通信负载、用户密度、用户移动性等等，揭示了当通信负载较重时，随着用户密度的增加 D2D 通信的性能得以提高[52]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在基于中继的毫米波通信系统中，针对毫米波传输的阻塞以及高损耗特性设计合理的资源分配方案，以提高系统可达速率、降低总发射功率、提高能量效率。设计时，还应考虑到总发射功率和系统量之间的折衷。
3 5G D2D通信主要应用场景
作为面向5G的关键候选技术， D2D通信固有的技术优势，受到广泛关注。下面对D2D通信在未来5G时代的潜在应用场景作初步分析。
3.1 本地业务
3.1.1 社交应用
D2D通信技术最基本的应用场景就是基于邻近特性的社交应用。通过D2D通信功能，可以进行如内容分享、互动游戏等邻近用户之间数据的传输，用户通过D2D的发现功能寻找邻近区域的感兴趣用户。
3.1.2 本地数据传输
利用D2D的邻近特性及数据直通特性实现本地数据传输，在节省频谱资源的同时扩展移动通信应用场景。如基于邻近特性的本地广告服务可向用户推送商品打折促销、影院新片预告等信息，通过精确定位目标用户使得效益最大化。
3.1.3 蜂窝网络流量卸载
随着高清视频等大流量特性的多媒体业务日益增长，给网络的核心层和频谱资源带来巨大挑战。利用D2D通信的本地特性开展的本地多媒体业务，可以大大节省网络核心层及频谱的资源。例如，运营商或内容提供商可以在热点区域设置服务器，将当前热门的媒体业务存储在服务器中，服务器以D2D模式向有业务需求的用户提供业务；用户也可从邻近的已获得该媒体业务的用户终端处获得所需的媒体内容，从而缓解蜂窝网络的下行传输压力。另外，近距离用户之间的蜂窝通信可切换到D2D通信模式以实现对蜂窝网络流量的卸载。
3.2 应急通信
D2D通信可以解决极端自然灾害引起通信基础设施损坏导致通信中断而给救援带来障碍的问题。在D2D通信模式下，两个邻近的移动终端之间仍然能够建立无线通信，为灾难救援提供保障。另外，在无线通信网络覆盖盲区，用户通过一跳或多跳D2D通信可以连接到无线网络覆盖区域内的用户终端，借助该用户终端连接到无线通信网络。
3.3 物联网增强
根据业界预测，在2020年时全球范围内将会存在大约500亿部蜂窝接入终端，而其中大部分将是具有物联网特征的机器通信终端。如果D2D通信技术与物联网结合，则有可能产生真正意义上的互联互通无线通信网络。车联网中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信就是典型的物联网增强的D2D通信应用场景。基于终端直通的D2D由于在通信时延、邻近发现等方面的特性，使得其应用于车联网车辆安全领域具有先天优势。
结束语：综上所述，D2D 通信技术可以通过蜂窝网络资源的使用，最终提升系统资源的使用率。但由于干扰的存在，再加上蜂窝网络信道多变，终端位置变化也很快，导致蜂窝网络一直没有将最大作用发挥出来。而 D2D 通信的距离很短，信道不会出现轻易变化，终端位置也相对固定，可以为 D2D 通信系统的工作模式选择提供基础。
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论文作者:何时秋,李虹,李斌,刘涵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：通信论文; 毫米波论文; 蜂窝论文; 终端论文; 用户论文; 干扰论文; 移动通信论文; 《电力设备》2018年第24期论文;