D2 D技术研究现状及发展前景
焦岩，高月红，杨鸿文，杨大成
(北京邮电大学，北京 1 00876)
摘 要 LTE Device to Device(D2D)Proximity Services(LTE终端直通近距离服务)即我们熟知的LTE—D2D (端
到端)技术。2013年，D2D成为3GPP组织重点研讨技术之一，其标准化工作正在讨论完善之中。LTE—D2D
是在LTE—A系统 (辅助)控制或无网络基础设施的情况下，用户设备在授权频段上直接进行通信的技术。它
的出现将在一定程度上缓解无线频谱资源匮乏的问题，并能够提升蜂窝系统频谱效率。文章对D2D通信的发
展历程、场景和关键技术进行了介绍，最后展望D2D技术发展前景及在未来应用中的情况。
关键词 D2D；频谱效率；公共安全；中继
中图分类号 TN929 文献标识码 A 文章编号 1008—5599(2014)06—0083—05
2013年 l2月4日，工业和信息化部正式向全国三
大运营商颁发了TD—LTE牌照，这也预示着中国4G
时代的到来。随着各种移动通信系统的演进，如LTE—
Advanced及WiMAX(802．16)等，带宽需求逐渐增加，
无线频谱资源日趋紧缺，商用移动通信的频段逐步向高
频发展，可用带宽虽然变多，但是高频同样带来许多问
题，空间损耗及路径损耗变大，绕射能力较低，覆盖范
围相对较小。据工信部相关资料显示，共有162 MHz
的频谱用于2G系统，335 MHz的频谱用于3G系统，
而TD—LTE系统则占用了210 MHz，到2020年，中
国城区国际移动通信 (IMT，International Mobile
Telecommunication)的频谱需求为 1 864 MHz，而用
于IMT的频谱缺口为 1 177 MHz。分配的频带资源已
经满足不了无线通信系统的发展需求，如何充分利用有
限的资源成了研究的热点问题。
收稿日期：201 4-04 1 6
为了应对这些挑战，进一步提高资源利用率，
3GPP组织启动了一系列标准化工作，如构建异构网络、
小区分簇等，运营商也不断加大对Small Cell的投资，
相对于投入大量资金铺设小型基站，运营商更倾向于系
统的平滑演进，D2D技术可直接在现网中升级而来。
如今，随着4G技术标准的逐步完善，5G技术已经
进入了人们的视线，D2D技术与大规模MIMO、超密集
部署、灵活双工等一并确定为IMT-2020研究的关键技术。
D2D技术可以通过复用小区频谱资源的方式提高频
谱利用率，有效降低基站负荷，由于其可以在无网络基
础设施的情况下通信，无疑保证了网络的QoS及鲁棒性。
1 D2D技术发展历程
D2D通信作为4G技术中的一项关键技术，一直备
· 2014年 第6期 · 83
受关注，3GPP组织从 2013年4月的RAN1#72BIS
会议开始，着重对D2D技术进行研讨，D2D技术日趋
成熟。
与物联网中的M2M (Machine to Machine)概念
类似，D2D旨在使一定距离范围内的用户通信设备直接
通信，以降低对服务基站的负荷。在D2D技术出现之前，
已有类似通信技术出现，如 10几年前的蓝牙 (短距离
时分双工通信)，Wi-Fi Direct(更快的传输速度和更
远的传输距离)和高通提出的FlashLinQ技术 (极大
地提高了Wi_Fi的传输距离)。后面两种技术由于各种
原因都没能大范围商用，而3GPP组织致力研究的D2D
技术会在一定程度上弥补点对点通信的短板。
相对于其它不依靠基础网络设施的直通技术而言，
D2D更加灵活，既可以在基站控制下进行连接及资源分
配，也可以在无网络基础设施的时候进行信息交互，最
近又提出一种中继情况，处于无网络覆盖情况下的用户
可以把处在网络覆盖中的用户设备作为跳板，从而接人
网络。
3GPP组织制定的Release 12版本中，将D2D定
义为LTE Device to Device Proximity Services，并
通过TR36．843技术报告不断完善D2D的标准。
2 D2D技术特点及通信场景
2．1 D2D技术特点
D2D通信在不断发展的同时，已经超越了初期定义
时的局限性，可以满足多种新兴业务需求，如广告推送，
大型活动资料共享，朋友间的信息共享等。
D2D具有明显的技术特征，相比于类似技术，其最
大的优势在于工作于许可频段，作为LTE通信技术的
一 种补充，它使用的是蜂窝系统的频段，通信双方即使
增加了通信距离之后，还能保证用户体验质量 (OoE)，
反而，Wi—Fi Direct等技术在增大通信距离之后，势
必会存在一定的干扰。
由于D2D通信距离相对较短，信道质量较高，能
够实现较高的传输速率、较低的时延和较低的功耗，增
加手机续航时间。
除了以上方面，D2D还可以满足人与人之间大量
的信息交互，相比于蓝牙，D2D无需繁琐的匹配，且传
输速度更快，相比于免费的Wi-Fi Direct却有更好的
OoS保证。
2．2 D2D通信场景
在业务和系统结构层面上，3GPP组织把D2D场景
分为公共安全 (Public Safety Scenarios)和非公共安
全 (Non Public Safety Scenarios)场景，非公共安
全也称为商业应用。公共安全场景是指在发生自然灾害、
设备故障、停电及人为破坏后蜂窝系统瘫痪，或在网络
覆盖较差及用户密度较高的地区，此时使用D2D技术，
使用户终端之间直接进行通信以达到保持正常通信或扩
容等目的。该场景具有较大的现实意义，并得到若干国
家运营商的支持，如美国准备分配 700 MHz频带上的
部分频谱专门作为D2D应急通信资源。
D2D同样具有广阔的商用模式，首先体现在广播方
面，如在大型活动中的资料共享，购物中心促销、打折
等信息的推送，政府部门重要信息广播等。
在无线接入层面，按照蜂窝网络覆盖范围区分，可
以把D2D通信分成如下3种场景。
(1)蜂窝网络覆盖下的D2D通信 (蜂窝网络控制
下的D2D通信)。
(2)部分蜂窝网络覆盖下的D2D通信 (蜂窝网络
辅助控制下的D2D通信)。
(3)无蜂窝网络覆盖下的D2D通信 (不受蜂窝网
络控制的D2D通信)。
对于第1种情况，如图1所示，LTE基站首先需要
发现D2D通信的设备，建立逻辑连接，然后控制D2D
设备的资源分配，进行资源调度和干扰管理，用户可以
获得高质量通信。
对于第2种情况，如图2所示，基站只需引导设备
双方建立连接，而不再进行资源调度，其网络复杂度比
第一类D2D通信有大幅降低，可对应于下文提到的中
- 2014年 第6期 ·
图1 网络覆盖场景
图2 部分网络覆盖场景
继模式。
第3种场景是在完全没有蜂窝网络覆盖的时候，如
图3所示，用户设备 (UE)进行直接通信，该场景对
应于蜂窝网络瘫痪的时候，用户可以经过多跳，相互通
信或者接入网络。
按照接收端和发送端所处位置区分，可以把D2D
通信分成如下3种场景。
(1)发送端和接收端都在室内。
(2)发送端和接收端都在室外。
(3)发送端和接收端一个在室内一个在室外。
在实际应用中，可以大量采用前两种场景，比如将
室内蜂窝用户的资源复用给室外的D2D用户，或者室
图3 无网络覆盖场景
内D2D用户复用室外蜂窝用户资源，这样势必会减少
因复用资源而产生的干扰。
D2D技术主要分为如下两个重要的研究方向：
D2D设备发现 (D2D Discovery)和D2D通信 (D2D
Communication)。设备发现主要用于商业场景中的广
播通信 (广告)，而D2D通信主要用于公共安全场景。
表 1是3GPP组织给出的D2D重点研究场景，从表中
可以看出，D2D的商业应用主要是在蜂窝网络覆盖下发
现用户，从而达到某种目的。
表1 LTE-D2D研究方向
网络覆盖下 无网络覆盖
设备发现 商业应用 &公用安全 公共安全
直接通信 至少研究公共安全 公共安全
最近，3GPP组织又提出了一种中继模式的D2D通
信。该技术主要目的是使无网络覆盖或者处在小区边缘
的用户通过单跳或者多跳连接信号质量好的用户，然后
接入网络，这可以提升小区吞吐量，提高小区边缘用户
通信质量，扩大网络覆盖范围。
其实，D2D的中继方式早有前身，在周围没有
wi—Fi信号的场景下，用户使用某种没有蜂窝能力设备
上网时，可以通过共享手机的上网流量，如图4左所示，
无法直接接入蜂窝网络的用户设备可以通过接入蜂窝网
络的智能终端作为访问接入点(AP)从而实现上网功能，
但是当用户移动速度较快或者超出wi—Fi信号覆盖范
· 2014年 第6期 · 85
—■■■——■翳嚣黪搿 TELECOM ENGINEERING TECHNICS AND STANDARDIZATION
围时，该链接就会中断，不能保证用户的服务质量。为
了保证会话连续性，可以采用图4右所示的LTE—D2D
接入方式，使用户在移动过程中可以随时切换并连接到
任意其它蜂窝UE，保持其通信连续性。
图4 wi—Fi接入~DLTE-D2D方式接入
在中继模式下，如何保证用户通信安全及中继用户
的通信质量是今后的研究重点。
3 D2D关键问题
D2D不仅影响eNB(evolved NodeB)的工作方
式及复杂程度，而且影响UE的硬件设计。由于传统的
蜂窝用户设备只需在上行具备发送能力及在下行具备接
收能力，但基于D2D通信的技术要求，D2D用户设备
需要具备双向收发能力，即在上、下行都能发送和接收
信号，那么需要升级用户设备的收发机，从这方面出
发，TDD系统无疑比FDD系统更具优势，因为FDD
用户设备在接收、解调上行信号时，需要升级射频滤波
器，并相应升级基带滤波器等，TDD用户设备在接收
上行信号时，需要升级其在上行时隙上的解调能力，但
其接收频段没有改变，这样只需要升级基带系统，所以
TDD系统用户设备的改变较小。
当D2D在未来大范围应用时，D2D设备势必会复
用蜂窝频谱资源，按照D2D使用的信道区分，可以把
D2D通信分成如下3种模式。
(1)D2D设备与宏基站共享信道。
(2)D2D设备与小型基站共享信道。
(3)D2D设备使用自己的专有信道。
86
当D2D设备使用专有信道时，不会对蜂窝网络中
的通信造成干扰。但当小区中用户密度较高时，D2D设
备通信时需复用蜂窝用户的频率资源，当复用上行链路
资源时，eNB会受到同频干扰，这时基站可以根据上行
链路SINR适当调整D2D通信的发送功率以控制干扰。
当复用下行链路资源时，下行链路上的用户会受到
D2D信号的干扰，被干扰的用户位置取决于蜂窝系统
的当前调度情况，所以受干扰的下行链路用户可能位于
小区中的任意位置，如果受干扰用户和D2D用户的距
离较近时，会发生严重干扰，所以3GPP组织优先研究
D2D复用上行链路资源，同时，对于TDD系统，优先
复用上行子帧。
为了避免同频干扰，可以将被干扰的用户和D2D
用户在空间上分离，基站可以将相同的频谱资源分别分
配给室内和室外的用户。
同步是D2D通信的前提，UE需要接收同步源发
射的同步信号达到定时及频率同步的目的。D2D同步信
号 (D2DSS)的原理与结构同LTE中的PSS／SSS类似，
是D2D通信中非常重要的组成部分。在 UE发送信号
之前，首先需要侦测同步源，当发现多个同步源时候，
以基站发射的同步信号为最高优先级。
4 D2D发展前景及应用
D2D作为5G关键技术之一，通过直通、中继模
式，扩大网络覆盖范围，提高小区边缘用户吞吐量 ；通
过复用蜂窝小区频率资源，提高频谱资源利用率。目前，
D2D可采用广播、多播、单播模式，未来将发展其增强
技术 (Advanced D2D)，如多天线技术和联合编码技
术等。
面对OTT对传统运营商的冲击，D2D技术势必作
为运营商着力发展的一项技术。随着视频等多媒体业务
的快速发展，以基站为中心的传统业务提供模式已经不
能适应如今海量数据传输需求，D2D技术的诞生拓展了
网络结构并革新了接人方式，将为用户带来更好的体验。
· 2014年 第6期 ·
参考文献 [ 】
Study on LTE Device to Device Proximity
Services[S】，201 4：9．
[2】5GPP R 1 1 5 1 686．Samsung．D2D evaluation methodology for in
network coverage scenario[S]，20 1 5．
[5】3GPP RI 1 50676．CMCC．Consideration on evaluation methodology
and channel model f0r D2D[S]．201 5．
[4】5GPP TR56．845．Study on LTE Device to Device Proximity Services
Abstract
Keywords
电信工程技术与标准化
[S]，201 4：6．
5GPP R1 1 52695． LG Electronics．Qualcomm． General Dynamics
Broadband UK． Way forward on the evaluation assumptions of partial
and OUt—of—coverage scenarios[S】．20 1 5．
[6】王彬 ，陈力．在LTE— Advanced 网络下的 Device— to— Device
通信[J]．现代电信科技 ，201 o(7)．
[7】5GPP．R 1 1 55 11 4．Intel Corporation．Preliminary performance
analysis of D2D synchronization[S】．20 1 5．
【8】5GPP．R1—1 551 46．ZTE．Discussions on Public Safety Broadcast
Communication[S1．2O 1 5．
Research situation and development prospect of D2D
JIAO Yan，GAo Yue-hong，YANG Hong—wen，&rANG Da-cheng
(Beijing University ofPosts and Telecommunications，Beijing 100876，China)
LTE D2D proximity services iS known to US all as D2D underlaying a LTE．advanced cellular network．
In the year of2013，D2D technology was identified by 3GPP as one ofthe main researching techniques，
and the standardization of D2D iS in hot discussion．I E．D2D iS a new technology that can support UE
connected with each other directly within for partial within)and without cellular network coverage on
the licensed spectrum．It will solve the scarcity of the wireless spectrum resource to a certain extent．and
increase the spectrum efficiency of the cellular system．In this article，the development，scenarios and the
key technologies of D2D are introduced，and finally some application in the future is proposed．
D2D；spectrum efficiency；public safety；relay
Signals Research Group与思博伦通信合作拓展LTE芯片组吞吐性能的极限
思博伦通信近日宣布，公司已经与Signals Research Group(SRG)合作，对爱立信、HiSilicon、英特尔、
MediaTek、高通和三星出产的6种具备4类 (Cat 4)能力的LTE芯片组进行数据吞吐性能方面的测试。这项研究不仅包含了
商用芯片组，还涉及尚未投入商用的产品，并是一系列整体LTE芯片组性能分析活动的组成部分，而该系列还将在未来的报
告中包含TD—LTE~0载波聚合。这项测试的关键结论包括从每项测试中显示出的平均吞吐量来看，三星的预商用芯片组拥有
最强的／I生能。结果表明，在更具挑战性的条件下，性能的差异将会扩大 (低信号强度和高干扰)。
SRG总裁Michael Thelander指出：“当预商用的芯片组整体性能表现最佳时，我们还要考虑到其它的因素，如严格的运营
商验收测试，而此类测试很可能会发现未列入我1门研究范围的其它问题。对于三星而言，这一问题并不严重，因为该公司已将其
它LTE芯片组投入商用状态。另外值得注意的是，性能最好的芯片组并不一定就能造就性能最好的移动设备，因为不佳的天线设
计或未经优化的RF前端都有可能导致RF性能严重恶化，而这一点已在我们与思博伦共同举办的上一次研究中得到了验证。”
思博伦通信副总裁Nigel Wright表示：“自2007年最初的SRG芯片组基准研究以来，思博伦能够再次与SRG合作并展示数
据吞吐性能方面的不断演化，让我们兴奋不已。与最早的研究相比，今天观察到的峰值数据速率已经提高了约3O倍，这些结果
再次证明了LTE的巨大潜力，并且显示出LTE在下一代芯片组和设备所处的复杂环境中所具备的性能范围。”
· 2014年 第6期 · 87
