LTE中D2D通信资源分配与优化.docx

HarbinInstituteofTechnology

现代通信技术专题课程报告

题目：LTE中D2D通信资源分配与优化

院（系）电子与信息工程学院
学科信息与通信工程
学生
学号

哈尔滨工业大学
LTE中D2D通信资源分配与优化

摘要：近年来，与蜂窝网络共享资源的D2D通信技术由于能大幅提升局部区域的吞吐量、提高瞬时数据传输速率和节省用户能耗等优点，成为研究的热点。LTE与LTE-A是今后移动通信的发展方向，LTE-A标准的R12中会将D2D技术收录。在LTE中使用D2D通信有其独特优势的同时，也面临着一系列的挑战。本文首先介绍了LTE与D2D的基本概念，分析了D2D通信的优点与存在的问题，重点研究了LTE中D2D通信的资源分配与优化，从目前国内外的发展情况来看，D2D研究已取得很大进展，未来必将极大地方便人们的生活。

关键词：LTE，D2D通信，资源分配，资源优化

1LTE与D2D通信
1.1LTE及其关键技术
近年来，随着移动互联网业务的发展，高速移动网络已经成为3G及其后代衍生所必须解决的问题。用户希望在未来十年内移动通信可以维持目前的发展速度，实现高速移动通信服务。2004年，第三代合作伙伴项目（3GPP）的多伦多会议启动了对通用移动通讯系统（UMTS）的长期演进（LongTermEvolution，LTE）计划，LTE作为UMTS向4G进行演进的过渡，俗称3.9G。
经过了近八年的研究与发展，2012年1月，国际电信联盟（ITU）无线电通信全体会议上正式审议通过将LTE-Advanced（LTE的后续研究标准）和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技术规范确立为IMT-Advanced（4G）标准。在近几年有关移动宽带技术的角逐中，从整体上来看，长期演进技术（LTE）已成为全世界大部分移动通信运营商的共同选择。2013年年末，我国工业和信息化部发放了4G牌照，LTE商用。
LTE引入了大量的革新技术，最重要的是OFDM和MIMIO。OFDM基本思想是将高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而降低每个子载波上的码元速率、增大码元宽度，因此可以抵抗多径衰落、减小符号间干扰；MIMO技术通过在发射端和接收端配置多根天线来获得分集增益、阵列增益以及空间复用增益，从而可以大幅提高信道容量。此外LTE还采用了自适应调制编码（AMC）技术、混合自动重传请求（HARQ）技术、快速调度技术、分布式RRM技术等关键技术[1]。
值得一提的是，终端直通技术（D2D）可以大幅度提高频谱利用率并改善系统性能，是目前的研究重点之一，LTE-A标准的R12中会将D2D技术收录。
1.2D2D通信
由于多媒体业务需求的急剧增长，频谱资源短缺成为移动通信面临的挑战。在传统蜂窝网络中，不允许用户之间直接通信。通信过程由基站转接分为两个阶段：发射机到基站，即上行链路；基站到接收机，即下行链路。这种集中式工作方式便于对资源和干扰的管理与控制，但资源利用效率低。为了提高频谱利用效率，2008年美国高通公司首次提出D2D通信技术。
D2D通信是一种在蜂窝系统的控制下，允许终端用户通过共享小区资源进行直接通信的新技术。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[2]。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。因此，D2D通信将成为未来移动通信的关键技术。蜂窝通信与D2D通信对比如图1所示。

图1蜂窝通信与D2D通信

2D2D面临的挑战
D2D通信作为一种新兴的短距离直接通信技术，引起了广泛关注。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[3]，下面进行介绍。
（1）会话建立
会话建立，即用户在蜂窝网络下建立D2D链路实现数据传输。事实上，终端用户必须满足一定条件（距离条件、对主网络的干扰限制等）才能实现D2D通信。当不满足条件时，进行蜂窝通信；当满足D2D通信条件时，如何选择通信模式以增强系统性能，也是一个关键问题。如果通信双方处于移动状态或由于其他原因而导致通信条件发生变化时，还需考虑D2D通信与蜂窝通信之间的切换。
（2）资源分配
D2D通信用户的资源分配方式有两种：一种是分配专用的频谱资源给D2D通信用户，另一种是D2D用户与蜂窝用户共享小区频谱资源。
专用资源分配方式严格的将资源分为了蜂窝模式和D2D模式两个部分，这两部分的频谱资源是正交的。此种分配方式可以消除蜂窝通信用户和D2D通信用户之间的相互干扰，但是只适用于网络负载较轻时，如果蜂窝模式和D2D模式用户不能充分利用分配给他们的资源，则此方案则会降低频谱资源的利用效率[4]。
复用