LTE中D2D通信资源优化与分配的研究

乔铮 李鹏举

摘要：第三代移动通信数据的载体是Internet技术和服务器终端技术，现在主要承载的是图片、视频、VR等业务。这就对蜂窝网络设计有更高的要求，现在的矛盾是人们日益增长的带宽需求和网络带宽频谱复用有限为主要矛盾，提高带宽频谱复用是重中之重。

关键词：D2D;通信资源;优化

中图分类号：TN929.53    文献标识码：A  文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

高通公司提出了伟大的D2D通信技术，这种技术横空出世后，人们对移动通信业务和移动多媒体业务需要大大的增加，但是目前祖国频谱复用带宽属于窄带并且很缺乏，这就需要从以前光纤沿用的PDH准同步数字体系，转换到SDH数字传输体系，提升带宽，它就提高了频谱利用率，解决我们目前D2D通信领域问题的会话建立、资源分配、功率控制、干扰协调。解决了该问题后，对国计民生的理论具有现实意义。现在通信标准里引入D2D通信，与传统网络相比，用户之间可以近距离传输减少损耗和耗能，减少基站负担和通信延迟。

1 D2D技术在通信工程中的应用前景

1.1国内外研究

21世纪初召开的国际无线会议上讨论移动网通信的数据带宽越来越窄，有关专家说仅仅有不到600MHZ;无限频谱带宽资源也不到5GHZ，十分紧张。预计在未来十年中，带宽需求的无线通信也将增加到超过1000 MHz带宽的频谱资源分配，已经无法满足通信发展的需要，更有效地利用频谱资源分配是非常重要的。如P2P、无线通信、无线局域网，事实上2004年，飞利浦公司第一次提出D2D技术，是端到端的技术和通信，但在当时仅适用于TD-SCDMA。在3GPP LTE项目中提出的研究的一种新技术，在第四代移动通信技术和第五代移动通信技术中可以满足D2D通信技术高速率数据传输，以更高的吞吐量复合通信资源频谱的分配，这是国际和国内大型通信实验室重点研究的方向。文献[1]主要研究了D2D作为一种新技术能够解决当前日益紧张频谱资源和小区负载过重的问题。

文献[2]提出了不同于其他文献所指的端到端的硬件设备嵌入了自主分配资源管理并且能避免其他信号干扰的一种技术。这种技术虽然简化了上行链路资源复用情况，但是沒有解决移动通信中存在的两大问题。第一是用户使用D2D通信技术进行联系时，给基站产生一种干扰信号，影响其他普通用户与基站之间信号传输;其二当普通用户与基站之间信号传输时候，它也存在一种对D2D通信用户产生的复杂信号干扰情况。如何找到一个最优的使用量和使用范围对系统效率提高有着重要的作用。

1.2研究LTE中D2D通信技术的意义：

如今红外线、Bluetooth、WI-FI和无线局域网（WLAN）等技术研究成熟，大部分已经军用、商用、民用。但是D2D通信，设备到设备的通信，设施到设施的短距离通信，这些是未来解决贷款频谱缺乏，带宽频谱资源紧张，减少基站负担，减少设施和设施间的功耗的新型技术。目前在祖国的任何地方，有网络的小范围地方就有WLAN，WLAN提供块于4G网络的速度，让我们网上冲浪，大大方便了我们的生活，但是与此同时WLAN是非许可频段内的授权带宽，提供的网络环境不稳定，不安全，容易被外界干扰，因此人们可能更喜欢花一点钱去购买一些安全的网络环境，D2D通信技术就是一款这样的新技术，它绕过基站提供的稳定，安全的网络。蓝牙系统是在许可频段，经授权后可以进行数据传输，但是关键一步需要配对，用户对于配对这一过程感到困惑，你配对和配对但是有时候不能一起配对完成，这就是淘汰蓝牙功能的原因但是在许可频段内通过给一些钱就可以直接通信的D2D模式下的通信就不同，即使D2D通信和蜂窝基站间有着干扰，但在一定的功率下，干扰是可以忽略不管的。在一些小区和企业里面用WLAN是在所难免，但是这些干扰会对小区和企业的网络产生影响，这就需要在LTE中和蜂窝中引入D2D通信，D2D通信是通过基站形成下行链路然后控制小区进而发出信号，具有抗干扰性能强的能力，这就对LTE中和蜂窝网中引入D2D通信显得至关重要，所以对LTE中和蜂窝网络中引入D2D研究和发展显示出具有重要的意义。

2 D2D通信资源优化

2.1 D2D面临的挑战

现在和未来D2D通信新型技术的引进或将引领和打开新的世界的钥匙。蜂窝网络中引入D2D通信，可以解决系统容量、频谱短缺问题，同时也面临着一些挑战，如会话建立、资源分配、功率控制和干扰协调等，下面进行介绍。

2.2 D2D通信资源优化

目前来说D2D通信信道的主要困难是通道如何进行分配也就是分销，还有功率控制。一方面，只有当多路复用通道，是细胞的重用用户确定，基站功率分配可以根据信道状态信息;，另一方面，在D2D用户传输功率决定，基站可以根据信道状态信息的分配多路复用通道。总的来说网络优化分的工作很多，有的是做路测的，主要工作是坐车在各个街道用专业软件测试信号质量，然后做分析。还有得做数据优化，也就是上网的信号优化，还有的是做频率优化。

2.3优化难点与最优化

D2D多个小区之间的干扰下的资源优化问题的困难在于村庄。在一个分布式的方法，D2D与路之间的干扰区域可以被视为干扰村，但是基站的定价策略制定一定的偏差。基于LTE中D2D通信下可以控制远区域的功率，减少功耗。FFR分数频率复用的特点同时也可以减少D2D重用相同的频率干扰引起的。文献[3]下D2D沟通上的多个社区结构提出了一种信道分配方案。然而这些技术没有思考过上文提到的通话质量和服务质量。这两个点是不够的，文献[4]部分是提出了基于功率控制的位置信息和信道分配方法，在保证用户的QoS的前提下研究FFR细胞D2D通道重用场景。

3 D2D通信资源中蜂窝扇区的资源分配改进方法

蜂窝基站的传输数据上下行功放，它利用频谱带宽在其上进行分配，还是蜂窝小区的带宽是充足的。在过去通信模式不变的情况下，在蜂窝小区内引入D2D通信模式，这是新的改变，通信和通话质量降低，总的来说QoS无法得到保障。

在以上问题基础上，参考[5]提出了一种新型小区通信资源分配模式---FFR（分数频谱复用），对小区的资源进行分配FFR 资源分配是将小区的整个频段分成 3 份，每个扇区各占一份，这样在通信时不仅可以大大提高频谱的利用效率，在 D2D 通信中，对干扰的回避控制带来大大的增益。

针对图1传统小区频率分配方式X和Y之间进行D2D通信的时候，它们不经过基站，但是会对基站产生影响，也会对Z通过蜂窝基站通信的设备产生影响。总的来说传统小区的频率分配方式对基站蜂窝基站通信产生干扰，基站功耗增加，基站吞吐量增加，通信噪声增加，通信和通话质量降低，总的来说QoS无法得到保障。

如图2所示，黑色和白色区域分别代表不同的小区频谱，当使用上述的频谱图时，如果用戶X和Y处于扇形区域时候，利用D2D通信不但不会对Z产生干扰，反而会分配一些频谱资源给Z，这样一来不会对蜂窝基站产生干扰，不会增加基站的功耗和成本，但是基站的吞吐量会增加，通信噪声嫌少，通信和通话质量降低，总的来说QoS得到了保障。

4结语

本篇文章重要介绍了D2D通信技术的国内外研究现状和意义，通信资源优化和分配，D2D通信技术可以地提高网络的频谱利用率。D2D通信技术在国际无线通信组织中关注度越来越高，研究的人数普遍增多，某种意义上来说决定了第四代移动通信系统技术TD-LTE和FDD-LTE两种标准的方向，会成为第五代通信技术中eNODEB的一部分。通过使用基站蜂窝设备直接与基站蜂窝设备进行通信，当多个D2D链接复用相同的资源时，干扰变得更加严重。如何协调D2D通信和蜂窝网络之间的干扰，文章第四章解决了D2D和蜂窝链接之间的干扰，以保护蜂窝网络的通信质量。

参考文献

[1]易睿德，赵治.LTE系统原理及应用[M].电子工业出版社，2012年1月.

[2]崔鹏，陈力.D2D技术在LTE-A系统中的应用[J].现代电信科技，2011，41（Z1）：92-95.

[3]王彬，陈力，张欣，杨大成.在LTE-Advanced网络下的Device-to-Device通信[J].现代电信科技，2010，40（07）：24-27.

[4]李玉兵.未来移动通信系统中的D2D关键技术研究[D].电子科技大学，2012.

[5]李玉.蜂窝控制下的D2D通信系统关键技术研究[D].安徽大学，2011.

Research on Optimization and Allocation of D2D Communication Resources in LTE

QIAO Zheng 1，LI Peng-ju 2

（1.Handan Long-Distance Communication and Transmission Bureau， Hebei Handan  056002; 2. Handan Branch， Handan City， China United Network Communication Co.， Ltd.， Hebei Handan  056002）

Absrtact： The carrier of the third generation mobile communication data is Internet technology and server terminal technology. Now it mainly carries pictures， videos， VR and other services. This has higher requirements for cellular network design. The contradiction is that people's increasing bandwidth demand and limited bandwidth spectrum reuse are the main contradictions. Improving bandwidth spectrum reuse is the most important.

Key words： D2D; communication resources; optimization