陳鵬

河南工學(xué)院

D2D通信系統(tǒng)的工作模式的選擇研究

陳鵬

河南工學(xué)院

近些年來，我國移動通信技術(shù)得到較大的發(fā)展，移動通信技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸速率也提出更高的要求。然而，移動通信技術(shù)可使用的頻譜資源極少。并且，移動通信技術(shù)對頻譜資源的利用效率較低。D2D通信技術(shù)能使通信系統(tǒng)的資源利用率及數(shù)據(jù)傳輸速率得到提高，同時，能使用戶終端的發(fā)射功率減小。對此，本文就D2D通信系統(tǒng)的工作模式的選擇進(jìn)行研究。

D2D 工作模式 模式選擇 功率控制

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線移動通信技術(shù)已經(jīng)在人們的工作與生活中得到更加廣泛的應(yīng)用，各種無線通信設(shè)備已經(jīng)在人們的工作與生活中隨處可見。目前，人類已經(jīng)進(jìn)入信息化時代，而無線移動通信技術(shù)憑借其高效的信息傳遞速率，已經(jīng)在社會生活中應(yīng)用廣泛，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活水平的提高均產(chǎn)生重要影響。

1 D2D通信系統(tǒng)

1.1 D2D通信系統(tǒng)簡介

D2D通信技術(shù)是指在基站控制鏈路控制下，兩個彼此靠近的用戶終端對基站分配的無線資源進(jìn)行利用，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，D2D通信用戶終端可避開基站直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。由于基站需要通過控制鏈路對D2D通信用戶的通信實施控制，不需要和D2D通信用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所以，D2D通信技術(shù)能使基站負(fù)、負(fù)載量有效減輕。除此之外，D2D通信技術(shù)可以對小區(qū)內(nèi)其他的蜂窩通信用戶的無線資源進(jìn)行共用，實現(xiàn)直接的數(shù)據(jù)通信，從而有效提高系統(tǒng)資源的利用率。

1.2 D2D通信的會話建立

LTE系統(tǒng)中的PDN網(wǎng)關(guān)可識別系統(tǒng)內(nèi)全部IP地址，且PDN網(wǎng)關(guān)具有和因特網(wǎng)相關(guān)的路由表。因此，PDN網(wǎng)關(guān)可向正確的基站進(jìn)行IP數(shù)據(jù)的傳輸。由于PDN網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)的處理，網(wǎng)關(guān)可將潛在的D2D通信流檢出。同時，PDN網(wǎng)關(guān)明確用戶終端對應(yīng)的基站。潛在的D2D通信流是指端點(diǎn)標(biāo)識符匹配的任意兩個用戶終端。然后，PDN網(wǎng)關(guān)對潛在的D2D通信流進(jìn)行標(biāo)記。

然后，基站向用戶終端發(fā)出測量指令，對D2D通信用戶所處的范圍進(jìn)行檢測，并且也對D2D通信提出的系統(tǒng)容量進(jìn)行檢測，和普通的蜂窩通信模式進(jìn)行比較。如果檢測得出D2D通信帶來的系統(tǒng)容量較高，基站將設(shè)置這兩個用戶終端設(shè)備直接建立通信。此時，D2D通信的數(shù)據(jù)流不需傳輸至網(wǎng)關(guān)設(shè)備和基站。

2 D2D通信的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 干擾控制技術(shù)

無線移動通信系統(tǒng)中，為使無線頻譜資源利用率得到提高，可憑借無線頻譜共享技術(shù)的應(yīng)用而實現(xiàn)。D2D通信和蜂窩通信間存在相互干擾的問題，為解決這一問題，通常將D2D通信和蜂窩通信的上行通信鏈路的資源進(jìn)行共用。也可建立基站參與的D2D通信的無線資源管理機(jī)制，使蜂窩通信免受D2D通信的嚴(yán)重干擾?；緦Ω髻Y源塊能承受的干擾值進(jìn)行計算與更新，然后通過廣播將這些信息向各D2D通信用戶傳輸。D2D通信用戶選擇最理想的無線資源進(jìn)行通信，從而使蜂窩通信免受嚴(yán)重的干擾。

2.2 功率控制技術(shù)

D2D通信用戶和蜂窩通信小區(qū)內(nèi)另一蜂窩通信用戶的UL資源進(jìn)行共用時，可憑借基站的功率控制使D2D通信用戶對蜂窩通信用戶造成的干擾得到控制。選擇合理的模式及功率控制，能使系統(tǒng)得到更好的系統(tǒng)增益。為避免對蜂窩通信造成嚴(yán)重干擾，需要對D2D通信用戶各個信道上可發(fā)送的功率值進(jìn)行檢測。通過路徑損耗值的計算，可得出滿足干擾條件的D2D通信發(fā)動功率。

3D2D通信工作模式和模式選擇

3.1 D2D通信的無線資源管理

D2D通信技術(shù)在蜂窩通信系統(tǒng)中的引入，不僅可使D2D通信和其他蜂窩通信用戶最佳的無線資源進(jìn)行共享，也可使D2D通信使用專門的無線資源。D2D無線資源管理，其目的是為D2D通信分配最佳的無線資源以及選擇合適的D2D通信傳輸功率，促使系統(tǒng)內(nèi)D2D通信和蜂窩通信間產(chǎn)生的干擾得到有效控制，并且，盡可能擴(kuò)大系統(tǒng)的容量。D2D通信用戶收聽信道，對接收到的信號強(qiáng)度進(jìn)行測量，并向基站進(jìn)行測量信息的反饋，從而使基站掌握D2D通信用戶和蜂窩通信用戶間的信道增益信息。

3.2 D2D通信工作模式

3.2.1 單蜂窩用戶時的D2D通信工作模式

根據(jù)D2D通信所使用的無線資源情況，D2D通信的工作模式可分為專用模式、蜂窩模式以及共用模式。其中，專用模式是指D2D通信用戶通過專用的無線資源進(jìn)行通信。此時，小區(qū)內(nèi)D2D通信用戶和蜂窩通信用戶利用相互正交的無線資源，相互間不產(chǎn)生影響。共用模式是指D2D通信用戶和小區(qū)內(nèi)其他蜂窩通信用戶共享無線資源資源。由于蜂窩通信中，通信鏈路有上行和下行之分。因此，D2D通信用戶能夠和小區(qū)內(nèi)其他蜂窩通信用戶的上行通信鏈路共用，也能和蜂窩通信用戶的下行通信鏈路共用資源。D2D通信在共用模式下，D2D通信和蜂窩通信間將產(chǎn)生干擾。為確保正常的通信，可采用科學(xué)的干擾控制技術(shù)對兩者間的干擾進(jìn)行控制。蜂窩模式是指D2D通信需要經(jīng)過基站進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，此時，D2D通信同時需要上行通信鏈路和下行通信鏈路的資源。

3.2.2 多蜂窩用戶時的D2D通信工作模式

在現(xiàn)實里，蜂窩通信小區(qū)內(nèi)的蜂窩通信用戶數(shù)量相比于D2D通信用戶數(shù)量明顯更多。如果一個蜂窩通信小區(qū)內(nèi)有多個正在通信的蜂窩通信用戶和一個D2D通信用戶，那么D2D通信處于專用模式時，系統(tǒng)內(nèi)通信用戶使用相互正交的無線資源，彼此間不產(chǎn)生干擾。如果讓D2D通信用戶和小區(qū)蜂窩通信用戶的上行通信鏈路資源共用進(jìn)行通信，D2D通信用戶對共用當(dāng)前小區(qū)內(nèi)的蜂窩通信用戶的上行通信鏈路資源帶來的系統(tǒng)性能將會存在差異。同時，如果D2D通信用戶對和蜂窩通信用戶共用上行通信鏈路資源，D2D通信用戶和蜂窩通信用戶間將產(chǎn)生干擾。如果D2D通信用戶對和靠近的蜂窩通信用戶共用無線資源，那么D2D通信用戶對和蜂窩通信用戶間產(chǎn)生的干擾將十分嚴(yán)重。此時，D2D通信的發(fā)送者影響蜂窩通信的接收者，并且，蜂窩通信用戶也同樣影響D2D通信用戶的接收者。為使其干擾降低，需要保證D2D通信用戶和小區(qū)蜂窩通信用戶共用最佳的無線資源，促使干擾盡可能降低，從而使得系統(tǒng)性能得到最大程度上的提高。多個蜂窩通信用戶和一個D2D通信用戶共用不同蜂窩通信用戶的無線資源時，不同蜂窩通信用戶會對D2D通信用戶產(chǎn)生不同的干擾。D2D同樣也能干擾蜂窩通信，為使蜂窩通信和D2D通信的服務(wù)質(zhì)量得到保障，需要促使D2D通信用戶共用最佳的蜂窩通信用戶無線資源，從而促使系統(tǒng)容量得到最大限度的提高。

3.3 D2D通信工作模式的選擇

根據(jù)D2D通信所使用的無線資源，D2D通信可選擇不同的工作模式。對此，存在多種策略在工作模式的選擇中得到應(yīng)用，例如基于接收信號強(qiáng)度的模式選擇策略以及基于路徑損耗的模式選擇策略。其中，基于路徑損耗的模式選擇策略是指：如果兩個用戶終端間的路徑損耗和終端與基站間的路徑損耗相比要更小，系統(tǒng)將優(yōu)先促使這兩個用戶終端選擇D2D通信模式。如果這兩個用戶終端間的路徑損耗在系統(tǒng)允許D2D通信路徑損耗范圍內(nèi)，這兩個用戶終端將選擇D2D通信模式?；谛盘柦邮諒?qiáng)度的D2D通信模式選擇策略，是指模式選擇過程中，以D2D通信用戶終端接收信號或者用戶終端間的距離作為標(biāo)準(zhǔn)，如果D2D通信用戶接收另一D2D通信用戶的功率值高于來自基站的功率值，那么將選擇D2D直接通信模式。將D2D通信模式和蜂窩通信模式間的干擾因素考慮在內(nèi)，可選擇最合適的D2D通信模式：基站對各種D2D通信模式的SINR值進(jìn)行估算，根據(jù)各種通信模式中使用的資源數(shù)量，對各種D2D通信模式的系統(tǒng)容量進(jìn)行估算，從而選擇具有最大系統(tǒng)容量的通信模式。通過香農(nóng)公式得出理想的系統(tǒng)容量，然后根據(jù)系統(tǒng)容量選擇最適合系統(tǒng)的D2D通信模式。

4 結(jié)語

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求不斷提高，然而可用于移動通信技術(shù)的頻譜資源極少，無法使數(shù)據(jù)傳輸速率的要求得到滿足。為使頻譜資源得到充分利用，并且促使通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率得到提高，可將D2D通信技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并對D2D通信系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行合理選擇。

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陳鵬（1987-），男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生學(xué)歷，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校，助教。主要研究方向：圖像視頻壓縮、信號處理。