D2D通信技术(详细版)课件

单击此处编辑母版标题样式,*,*,D2D,通信技术,D2D 通信技术,小组成员：,资料查找：,PPT,制作：,演 讲：,小组成员：资料查找：,目录,一、背景介绍,二、认识,D2D,通信,三、,无线资源管理技术,四、参考文献,3,/29,目录一、背景介绍3/29,第一部分 背景介绍,4,/29,第一部分 背景介绍4/29,随着经济的增长，社会各行各业对无线通信的需求越来越高，各种各样的无线通讯设备大量涌现，,无线频谱资源越来越紧张,。,目前，有两种主流方案应对上述的频谱危机：,1.,通过,部署多个小型基站增加网络密度,，提升系统容量。但是这种方法成本比较高，而且干扰管理比较复杂。,2.,实现有限频谱资源上的,资源复用,，有效提高频谱资源的利用效率。可受蜂窝通信系统控制的,D2D 通信技术,，被给予了厚望。,一、背景介绍,5,/29,随着经济的增长，社会各行各业对无线通信的需求越来越高，,第二部分,认识,D2D,通信,D2D,通信的概念,D2D,通信的比较,D2D,通信的分类,D2D,通信的区别,D2D,通信的应用场景,6,/29,第二部分 D2D通信的概念6/29,二、认识,D2D-,概念,D2D,(Device-to-Device),通信是,一种设备到设备的直接通信技术,，与蜂窝通信最主要的区别就是,不需要基站的中转,。这种设备既可以是 Human-to-Human 通信中的手机电话或其他设备也可以是Machine-to-Machine 通信中的机器设备。,蜂窝网络引入,D2D,通信，可以减轻基站负担，减小通信时延，,与蜂窝通信相比，D2D 通信,仅占用一半的频谱资源,。此外，距离较近的用户利用 D2D 通信可减小传输功率，节约能耗。,7,/29,二、认识D2D-概念 D2D(Device-to,假设一个通用的蜂窝网络，小区中央配有一个全向天线的基站。该网络利用 OFDM 技术，将频谱资源划分为一系列相互正交的子载波分配给不同的用户，利用正交资源的用户之间不会产生干扰。,网络中用户分为 2 类:,1)传统蜂窝用户，它们之间通过基站通信，不允许用户之间直接通信;,2)D2D 用户，彼此之间直接通信，也可进行蜂窝通信，并且能够实现 2 种通信模式的切换。,二、认识,D2D-,比较,如图 所示，用户 1 和用户 2 以蜂窝模式通信，用户 3 和用户 4 以 D2D 模式通信。,8,/29,假设一个通用的蜂窝网络，小区中央配有一个全向天线的基站。该网,二、认识,D2D-,分类,D2D 通信分为集中式控制和分布式控制。,1.,集中式控制,由基站控制 D2D 连接，基站通过终端上报的测量信息，获得所有链路信息，但该类型会增加信令负荷;,2.,分布式控制,则由 D2D 设备自主完成 D2D 链路的建立和维持，相比集中式控制，分布式控制更易获取 D2D 设备之间的链路信息，但会增加 D2D 设备的复杂度。,图,1,集中式控制,图,2,分布式控制,9,/29,二、认识D2D-分类 D2D 通信分为集中式控制和分布式控,二、认识,D2D-,区别,相对于其他同类技术如蓝牙、WLAN等，D2D 通信具有很大的优势，,D2D,通信技术的最大区别是,它使用电信运营商的授权频段，其干扰环境是可控的，数据传输具有更高的可靠性,。,此外，蓝牙在传递文件时需要人工配对，而在接入 WLAN 连接点时也需要用户配置，,D2D 通信可以自动连接,；同时这些同类技术都工作在非授权频段上，相比工作在授权频段上的 D2D 通信连接不够稳定也不够可靠。此外，近距离的直接通信还可以有效减轻基站的负担、降低终端设备的发射功率、减小传输时延。,10,/29,二、认识D2D-区别 相对于其他同类技术如蓝牙、,二、认识,D2D-,应用场景,公共安全：,此类应用主要是针对蜂窝网络无法有效覆盖的区域，如深山、地震受灾地区等，,蜂窝网络允许终端脱离网络直接与附近的搜救人员联络,。在地震救灾现场，基站可能会因为地震的破坏不能提供服务，此时就允许受困人员使用手机终端（UE1）使用 D2D 通信直接与救灾人员（UE2）联系，以得到及时救助。,社交应用：,目前，所有的移动终端都需要通过基站连接到网络，才能使用各种多媒体业务。但很多时候这些业务在使用时都有一定的地域性，比如在线网游、朋友聚会时分享照片或者公司会议中共享文件资料。直接使用 D2D 通信绕过基站就会减轻基站负载，避免拥塞，而且速度相对较快、时延小。,11,/29,二、认识D2D-应用场景公共安全：社交应用：11/29,二、认识,D2D-,应用场景,本地业务：,本地业务主要是指一些本地广告业务通过 D2D 通信进行推广。诸如酒店或者商场类的服务提供商，会搜索附近的用户，对其提供相关的资讯服务。当用户靠近这些商家并同意接收相关信息时，即可接收信息服务，了解酒店基本情况或者商场的打折活动，以此提高广告效率,。,网络中继：,当移动终端（UE1）信号不好时，可以先通过信号相对较好的终端（UE2）与基站取得,联系，然后再与 UE2 进行通信。这样能够增加蜂窝网络的覆盖范围，提高系统容量。,12,/29,二、认识D2D-应用场景本地业务：网络中继：12/29,第三部分,无线资源,管理技术,资源分配,功率控制,模式选择,13,/29,第三部分 资源分配13/29,三、,无线资源管理技术,-,引入,在 LTE-FDD 系统中,D2D 可以使用专用资源或复用蜂窝上/下行频段,。,因为蜂窝上行频段的利用率低于下行频段，所以多数方案关注使用蜂窝上行频段进行 D2D 通信。,在蜂窝上行频段的系统间干扰示意图,在图中，用户终端UE1是蜂窝户,UE2,和UE,3,是,D2D,用户对，UE,2,通过链路向UE,3,传输数据，该,D2D,对链路使用了 UE1 所使用的物理资源块 PRB。在蜂窝上行传输时，eNodeB 受到所有 D2D 传输端的干扰，,D2D,的接收终端受到蜂窝用户,UE1,的干扰。,D2D 发射端 UE,2,对基站的干扰，,蜂窝 UE1 对 D2D 接收端 UE,3,的干扰。,14,/29,三、无线资源管理技术-引入 在 LTE-FDD 系统,三、,无线资源管理技术,-,关键,由于 D2D 系统造成的系统间干扰，可以通过有效的无线资源管理算法来解决。其主要包括,功率控制、资源调度和模式选择,3 个模块。,功率控制模块：负责设置合适的 D2D 发射功率或者同时设定蜂窝 UE 的发射功率；,资源调度模块：根据蜂窝资源使用情况，为 D2D 分配合适PRB；,模式选择模块：根据功率控制和资源调度模块提供的信息，为 D2D 连接选择合适的 D2D 通信模式。,通过以上机制能有效的减少 D2D 与蜂窝网络间的系统间干扰，最大化小区吞吐量。,15,/29,三、无线资源管理技术-关键 由于 D2D 系统造成的,三、,无线资源管理技术,-,资源分配,LTE 系统的资源调度是一种快速的时频资源分配,，eNodeB 要在每 1ms 内对无线资源进行分配，图 中给出了 LTE 系统时频资源示意图。这种方式使得 D2D 使用未分配的时频资源或者部分复用已经分配过的资源成为可能。,在 LTE 系统中，,时域,无线资源的基本单位是 TTI,(,传输时间间隔,),，每个 TTI 值为 1ms。每个 TTI 又由2 个 0.5ms 的时隙组成，即一般配置下的 14 个 OFDM 符号。10 个 TTI 组成一个 LTE 无线帧。,在,频域,，整个带宽被分180khz 的子信道，相当于 12 个连续的 15khz 的子载波。子信道的大小是固定的，不同的带宽对应的子信道的数目不同。,在时频域，时域对应 0.5ms，频域上对应 1 个子信道的单元称为 RB,(,ResouceBlock）。,16,/29,三、无线资源管理技术-资源分配 LTE 系统的资源,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,当,D2D,对复用蜂窝用户的资源进行通信时，,D2D,链路和蜂窝链路将相互干扰。因此需要,合适的功率控制,，以避免或减小,D2D,通信用户和蜂窝用户对彼此带来的干扰，使得在保证蜂窝网络的情况下，提高小区总吞吐量。,目前，,D2D,设备的传输功率可以分为,静态设置和动态设置,。,17,/29,三、无线资源管理技术-功率控制 当D2D对复用蜂窝,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,(1),静态设置,在蜂窝网络中，,上行功率控制的目的是减少接收信号的动态范围,，例如减少远近效应的影响。,假设小区内任意一个蜂窝用户在,eNB,处的目标信干噪比为,蜂窝用户的上行,SINR,表示为：,和 分别是蜂窝用户和,D2D,对的发射功率，和 是蜂窝用户和,D2D,对到,eNB,的信道增益，是噪声功率。,18,/29,三、无线资源管理技术-功率控制(1)静态设置 在,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,(1),静态设置,如果没有,D2D,通信,(),，则蜂窝用户的发射功率必须满足 。,为了使得,D2D,对蜂窝用户的干扰可控，同时保证蜂窝用户的目标信干噪比，,eNB,为,D2D,对的发射功率设置一个,退避因子,B,，即 。当较,B,大时，,D2D,对蜂窝用户的干扰可以忽略，但此时,D2D,的发射功率过低,D2D,通信的传输质量无法保证。,因此，为了确保,D2D,通信的最低,SINR,，还需要为蜂窝用户设定一个,功率增强因子,，根据上式可得：,19,/29,三、无线资源管理技术-功率控制(1)静态设置 如,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,将 和 带入上式可以得到：,当 D2D 建立完成后，基站通过上述方案来设置各 UE 的传输功率,实现干扰协调。,缺点：,该方案通过增加蜂窝用户的发射功率来保证蜂窝用户的目标,SINR,但这会导致过多的蜂窝用户以较大的功率进行传输，同时还会加剧小区间的干扰问题。,(1),静态设置,20,/29,三、无线资源管理技术-功率控制将,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,(2),动态设置,静态设置方案不能够及时反映信道的动态变化，而,动态设置方案能够根据信道质量的变化对终端设备的功率进行调整。,有一种基于功率补偿的闭环功率控制方案，该方案根据目标,SINR,和反馈信息对终端的功率进行动态的调整。具体的表达式如下：,是,D2D,对的最大发射功率，是小区特定参数，由,eNB,进行广播，,M,是,D2D,对分配到的,PRB,的数量，是路径损耗补偿因子（,),，,L,是,D2D,对的发射终端与接收终端之间的路径损耗，是功率调整步长。,21,/29,三、无线资源管理技术-功率控制(2)动态设置 静态,三、,无线资源管理技术,-,功率控制,该方案仅考虑了,D2D,对之间的路径损耗，没有考虑到,D2D,对和与之使用相同资源的蜂窝用户之间的位置信息。例如，在上行传输时，,D2D,对距离,eNB,较近，而与之使用相同资源的蜂窝用户处在小区的边缘，则该蜂窝用户的性能可能无法得到保证。,提出了一种,基于干扰代价的功率控制方案,。方案分为小区间更新和小区内更新。该方案能够有效的减少小区内和小区间的干扰，提升系统的效用。,(2),动态设置,22,/29,三、无线资源管理技术-功率控制 该方案仅考虑了D2,三、,无线资源管理技术,-,模式选择,D2D,通信通常具有,4,种模式：,23,/29,三、无线资源管理技术-模式选择 D2D 通信通常具有4,三、,无线资源管理技术,-,模式选择,(1),复用模式,:D2D 用户复用蜂窝用户的资源，,产生同频干扰,，基站采用合理的资源分配和功率控制、多天线技术和先进的编码技术等控制链路之间的干扰。,(2),专用资源模式,:D2D 用户占用一部分,独立资源,进行端到端的直接通信，剩余资源用于蜂窝通信。由于各部分资源相互正交，D2D 通信与蜂窝通,信,之间,不会产生干扰,。,(3),中继模式,（,在概念上与传统的蜂窝模式相同):D2D 用户通过基站转接通信,，,所有通信链路分配独立正交的信道资源，,不相互干扰,。,24,/29,三、无线资源管理技术-模式选择(1)复用模式: