D2D技术概述与展望

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D2D通信

D2D（device to device）技术是指近邻设备之间直接交换信息的技术，与蜂窝网络通信最主要的区别就是其数据传输无需经过基站或仅涉及有限的基站参与。利用D2D直接通信可以大幅降低通信时延，并且具有提高网络频谱效率，减少系统开销，增强通信的可靠性等优点。

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D2D技术发展历程

各种短距离无线技术，如蓝牙，WIFI和LTE Direct技术可用于实现D2D通信。它们的差异主要体现在数据速率、单跳设备之间的距离、发现机制和典型应用上。例如，蓝牙5支撑50 Mbps的最大数据速率和接近240米的范围；WiFi Direct支撑250 Mbps的速率和200米的范围；而LTE Direct支撑13.5 Mbps的速率和500m的范围。

蜂窝网络的D2D工作最早是从3GPP Rel-12开始的，即Device to Device Proximity Services(ProSe)，也被称为LTE Direct。ProSe在Rel-12中主要用于公共安全方面，其通信传输模式也仅支撑广播模式，相关研究成果输入在TR36.843技术报告中，不过最终未被推广。但作为4G中的一项关键技术，经过多个版本的演进，所提出的Sidelink为后面D2D技术在V2X、IoT等方面的应用奠定了基础。

除了设备到设备的直接通信方式外，3GPP还研究了利用D2D技术的设备到网络中继通信模式，即UE to Network Relay，并针对5G在Rel-17 Sidelink项目中开展了相应的标准化工作。通过这种方式，处于小区边缘或无网络覆盖情况下的用户，可以通过单跳、多跳以及多径传输（multi-path）的方式连接到网络覆盖范围内信号质量好的其他用户设备，进而与蜂窝网络相连。这种方式可以提高小区边缘用户的通信质量，提升小区吞吐量，扩大网络覆盖范围。

Figure: U2N Relay scenarios

在当前市场上，蓝牙或WiFi技术虽然能够提供D2D通信功能，但由于这些技术工作在非授权频段，同频干扰是无法控制的。此外，它们不能像蜂窝网络那样提供安全和QoS保证。WiFi Direct和高通提出的FlashLinQ技术(大幅提升了WiFi传输距离)最后由于各种原因并没有大范围商用。

电信运营商也曾探索将蜂窝D2D通信能力引入网络中可能性，D2D使运营商在从核心网络卸载流量、提高频谱效率、降低每比特成本方面更加灵活，但直到最近也并没有进行规模化应用。可能原因包括升级/改造传统蜂窝网络的技术和成本、商业模式的不成熟、垂直行业方面对D2D业务的障碍，以及对D2D业务预计盈利的悲观态度等。

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未来D2D技术应用前景

近年来智能终端设备呈现与日俱增的局面，有预测指出2025年全球智能终端接入量将超千亿个，数据流量急速增长和频谱资源紧缺的矛盾逐渐涌现。在无线技术方面，D2D技术被认为有助于缓解无线通信中频谱资源紧缺的问题，不过仅是这样还不够。与4G时代不同的是，为了满足ToC和ToB领域日益增长的各种通信和业务需求，5G和6G 系统将利用毫米波、太赫兹等更高频段，这一趋势似乎不可避免。可是，高频段的使用同时也会带来严重的覆盖问题，包括小区半径减少和由于障碍物导致的大量覆盖盲区出现，这成为限制高频部署的主要困难。未来如果能将海量智能终端充分利用起来，彼此之间通过D2D技术连接形成近域通信网络并纳入到运营商的统一控制之下，有潜力成为解决网络中的高频覆盖问题的一种途径。相比其它覆盖增强手段来说，利用终端作为中继节点在成本上也具有一定优势。

另一方面，广域与近域一体化的全场景覆盖是未来的发展趋势，潜在应用场景包括工业物联网、车域网、智能家庭、智慧医疗等。D2D近域网络有望为蜂窝网络业务增长提供助力并作为实现未来海量应用“万物智联”的重要一环。

虽然D2D技术具有很多优点，但同样面临技术和运营上面的多种挑战。技术上包括频率复用与干扰管理、中继切换、数据安全、节能和系统性能增益评估等方面。运营上涉及网络架构的转变以及商业模式的创新等挑战。