2.11　D2D

随着科学技术的发展，智能终端设备的种类越来越多，如智能手表、智能手环、智能手机、可穿戴设备等，并且这些设备具有很强的无线通信能力，通过Wi-Fi、蓝牙蜂窝网络通信技术实现终端设备间的直接通信。另外，未来网络将会面临移动数据流量的爆炸性增长，海量的终端设备急需连接以及频谱资源濒临匮乏等问题。由于设备到设备通信（D2D）具有潜在的减轻基站压力、提升系统网络性能、降低端到端时延、提高频谱效率的潜力。因此D2D是未来5G关键技术之一。

D2D（Device to Device）技术是指通信网络中近邻设备之间直接交换数据信息的技术。在通信系统或网络中，一旦D2D通信链路建立起来，传输数据就无须核心设备或中间设备的干预，这样可降低通信系统核心网络的压力，大大提升频谱利用率和吞吐量，扩大了网络容量。

传统的蜂窝通信系统的组网方式是以基站为中心实现小区覆盖，而基站及中继站无法移动，其网络结构在灵活度上有一定的限制。随着无线多媒体业务不断增多，传统的以基站为中心的业务提供方式已无法满足海量用户在不同环境下的业务需求。

D2D技术无须借助基站的帮助就能够实现通信终端之间的直接通信，拓展网络连接和接入方式。由于短距离直接通信，信道质量高，D2D能够实现较高的数据速率、较低的时延和较低的功耗；通过广泛分布的终端，能够改善覆盖，实现频谱资源的高效利用；支持更灵活的网络架构和连接方法，提升链路灵活性和网络可靠性。

由于其优越的特点以及结合未来网络发展的需求和趋势。人们已经开始研究D2D通信的应用场景，目前，D2D采用广播、组播和单播技术方案，在智慧城市D2D、智能家居D2D，各个家用电器直接进行数据交换、车载D2D、可穿戴设备D2D等场景应用广泛。比如将D2D应用于未来车辆中，未来车联网需要车—车、车—路、车—人的频繁交互的短信通信，通过D2D技术可以提供短时延、短距离、高可靠的V2X通信；还有基于多跳D2D组建ad hoc网络，如果通信网络基础设施被破坏，终端之间仍能建立连接，保证终端间的通信；此外，就是蜂窝与D2D异构网络，如图2-22所示。

图2-22　蜂窝与D2D异构网络

在系统基站的控制下，D2D通信复用蜂窝小区用户的无线资源，保证D2D带给小区的干扰在可接受范围内，减轻基站压力，提高频谱效率。

为了更好地应用D2D通信技术，人们需要重点解决D2D通信潜在的技术难点。首先，D2D发现技术，需要检测和识别邻近D2D终端用户，进而建立D2D通信链路。由于蜂窝网络中的D2D通信技术势必会对蜂窝通信带来额外干扰，所以高效的无线资源分配和干扰管理方案是至关重要的，通过高效的调度和管理无线资源以及控制D2D用户的发射功率等方法，降低D2D通信对蜂窝小区带来的干扰。最后，通信模式切换也是特别关注的研究点之一，因为它将决定着是否能够提高系统的频谱效率，并且影响蜂窝用户和D2D用户之间的干扰程度。现在人们已经考虑D2D用户间的干扰、路径损耗、信道质量和距离等因素，制定用户通信模式切换准则。

由于D2D通信技术具有提升网络性能、优化网络架构等优点，已经引起了研究人员的广泛关注，也取得了一些成果，但还存在一些问题和挑战没有解决，比如在通信模式切换方面，大多数文献没有考虑用户的移动性，而在实际环境中，用户处于移动状态，这样会对通信模式切换产生比较大的影响。还有在资源分配和干扰管理方面，人们比较趋向于D2D通信链路固定的复用上行链路或者下行链路，而没有考虑根据蜂窝上下行链路的情况动态的决定D2D通信链路复用何种蜂窝通信链路，此外，对于潜在的基于D2D通信技术的网络场景还需进一步设计，而新型的网络场景中会引进新的资源分配问题和干扰问题，因此，新型的资源分配和干扰管理方案也值得深入研究。