基于5G通信網的D2D技術研究

黃聯系

【摘 要】隨著我國科學技術水平的不斷提高，人們進入5G通信時代，D2D技術作為4G技術的關鍵技術，逐漸向5G發展。基于此，本文對D2D技術優勢進行探討，重點研究以5G通信網為基礎的D2D技術，以供相關人員參考。

【關鍵詞】5G通信網;D2D技術;緩存技術

D2D技術指的是兩個對等用戶節點能夠直接進行信息交換的技術，通過建立D2D通信鏈路，能夠有效降低網絡數據壓力，擴大網絡容量。在5G通信網絡技術不斷發展的背景下，研究以5G通信網為基礎的D2D技術是十分必要的。

一、探討D2D技術優勢

所謂D2D技術，其主要指的是終端直連技術，即無需借助中心設備對通信數據進行控制就可以進行數據的傳輸，作為通信網絡的關鍵技術之一，D2D技術能夠有效提高系統的通信容量以及對各項資源的利用率，緩解系統通信壓力，降低通信網絡建設成本。因此，在當前移動通信網絡蓬勃發展的時代背景下，以5G通信網為基礎的D2D技術對通信網絡的發展、用戶網絡使用需求的滿足等方面具有極強現實意義。尤其在移動智能設備不斷普及的場景下，頻譜資源不斷減少，但D2D技術能夠實現智能移動設備的直接連接，不必依靠建站中轉，在不占用頻帶資源的前提下實現無線通信，對5G網絡業務的拓展具有極為有效的技術支持意義。

二、研究以5G通信網為基礎的D2D技術

（一）D2D-MIMO技術

一般情況下，用戶終端在LTE-A等系統中具有多天線，在該情況下，RCU用戶與D2D用戶能夠對時頻資源進行復用與同時傳輸，有效擴大系統容量，因此，在對D2D與MIMO傳輸策略進行研究時，需要利用5G的無線信道資源。具體而言，在有關D2D-MIMO技術研究中，由于用戶不斷增加，干擾情況也會愈加復雜，所以，主要研究接收機方面。在多用戶同時存在的情況下，不同D2D鏈路下的用戶與以往傳統蜂窩區域的用戶在通信過程中存在一定程度的干擾情況，另外，當用戶不處于統一蜂窩區域卻向D2D設備發送信息時，還會發生通信碰撞的問題。因此，在解決該問題時，可以利用編碼策略對干擾進行抑制，將蜂窩用戶與D2D用戶之間的產生雙向通信干擾進行有效減少。除此之外，大規模MIMO多用戶傳輸也會增加通信干擾，在解決該問題時，主要是對RCU傳輸率以及D2D傳輸率進行增大，即利用連續二次規劃對接收機進行優化，尋找到最佳的傳輸預編碼與解碼器[1]。

（二）D2D緩存技術網絡

隨著移動互聯網技術及移動智能設備的普及應用，使得無線網絡數據大規模增加，且人們對通信速率以及時延性提出了更高的要求，這給無線網絡運行提出了更高的要求，尤其是視頻流的接入。在應對該問題時，主要使用專用設備對數據進行存儲或是利用分散在網絡中的輔助節點對數據進行儲存，即D2D緩存技術。在城市化進程不斷推進的時代背景下，城市地區使用無線網絡的用戶密度越來越高，對于一個中等密度的城市地區，通過使用緩存技術，能夠有效滿足每個用戶的視頻需求，不需要占用高吞吐量進行核心網的回傳。因此，在基于5G網絡的D2D網絡中，緩存技術是解決高吞吐量業務問題以及滿足數據高速率傳播的關鍵技術手段。從目前發展現狀來看，D2D緩存技術相關研究主要是以信息論為基礎的性能分析、算法優化以及數據移動性等方面，其中，在算法優化方面，主要是對下載時間、吞吐量等方面進行優化;在移動性方面，主要是對其移動性建模等方面進行研究;在以信息論為基礎的性能方面，主要是通過對用戶端緩存問題進行研究，保證鏈路的激活狀態，另外，據相關研究結果表明，通過對基站的緩存空間進行增加，能夠在提升系統性能的同時節約系統寬帶。

（三）D2D資源分配技術

5G通信網下的D2D技術為實現更加便利的通信傳輸模式，需要對傳統蜂窩資源、頻譜資源等進行有效分配，通過D2D資源分配技術，能夠提高用戶自由度，使其運用專用資源、復用BS中繼鏈路，進而節約能量的同時提高資源利用率，但也會帶來通信干擾問題。因此，需要從干擾管理資源分配以及傳輸QoS資源分配兩方面進行分析與探究。對于干擾管理的資源分配，能夠有效限制干擾的方案之一就是功率控制，在多個用戶復用同一個信道資源時，鏈路之間難免存在互相干擾現象，但通過功率控制能夠將通信速率轉變為非凸問題。在解決該問題時，可以對該問題進行建模，將其轉化為二值整數規劃問題，之后使用Canonical對偶理論得到最優解;或是使用基于全網吞吐量的優化功率控制與模式轉換方法，進而實現對干擾的有效管理。另外，在LET網絡中，還需要對頻率與時間的同步問題進行解決，避免蜂窩內部出現通信干擾，主要的解決方式仍是功率控制。對于QoS資源配置方面，該技術能夠管理設備間的干擾問題，并優化全網性能，在滿足通信性能需求的同時通過資源合理配置實現網絡QoS的全面提升[2]。在此過程中，為給蜂窩系統服務質量提供保障，提升系統性能，可以使用乘子法對D2D用戶和CUE最佳發射功率進行確定，進而實現系統吞吐量的最大化，滿足用戶使用需求。另外，還可以構建模式切換和分流機制在移動網絡中融入無線技術，進而充分發揮未使用寬帶的作用，實現蜂窩網絡傳輸數據的有效轉移，對蜂窩網絡數據傳輸壓力進行有效緩解。在D2D網絡技術中，同時存在兩種通信模式，即傳統蜂窩通信和D2D通信，在其運行過程中難免發生通信干擾，為此，通過構建切換機制能夠實現通信數據的順利分流，進而降低干擾，對系統性能進行優化。

三、結論

綜上所述，基于5G的D2D技術具有極強的通信靈活性，相較于傳統通信網絡，具有頻譜利用率高等優點。因此，為使其能夠進一步發揮作用，對其目前研究現狀以及問題與解決方法進行研究，促進其能夠滿足未來網絡的發展需求。

【參考文獻】

[1]王慧茹. 基于蜂窩網和NOMA的D2D通信資源分配算法研究[D].南京郵電大學，2019.

[2]古常友.交通領域中面向D2D的5G通信網絡應用探析[J].中國交通信息化，2019（03）：116-118.