【正文】 大。D2D接收距基站發(fā)送越近，所受干擾越大，吞吐量下降。蜂窩用戶距D2D發(fā)送越近，D2D發(fā)送功率越大，所受干擾越大，吞吐量越低。2) 復(fù)用下行資源a) 當(dāng)D2D通信復(fù)用小區(qū)內(nèi)蜂窩通信的下行資源時(shí)，小區(qū)內(nèi)D2D發(fā)送會(huì)對(duì)蜂窩用戶接收造成干擾，如下圖所示。這是由于D2D用戶越多時(shí)，對(duì)基站的累積干擾越大，因此需要控制復(fù)用同一資源的D2D用戶的數(shù)量，以使混合網(wǎng)絡(luò)獲得更好的整體性能?？梢钥吹皆贒2D用戶的位置附近接收到的干擾功率較大，隨著距各個(gè)D2D用戶的距離增加所受干擾減弱。此外，考慮多個(gè)D2D用戶復(fù)用同一上行資源，給定其地理位置及發(fā)送功率等相關(guān)參數(shù)。在這種情況下距離基站較近的蜂窩用戶受到的干擾會(huì)小于距基站較遠(yuǎn)的用戶。圖 37 D2D發(fā)送在不同地理位置時(shí)蜂窩系統(tǒng)的性能曲線, 蜂窩用戶坐標(biāo)為(a) [300，200]（m） (b) [30，20]（m）圖 37為D2D用戶發(fā)送遍歷小區(qū)不同地理位置時(shí)，蜂窩系統(tǒng)的吞吐性能曲線，xy軸為地理位置，z軸為吞吐性能。仿真設(shè)置參考表 32。此時(shí)eNB上行接收的吞吐應(yīng)為：其中為復(fù)用同一上行資源的D2D鏈路個(gè)數(shù)。圖 33和圖 34都反映了D2D復(fù)用上行資源時(shí)，會(huì)受到來(lái)自蜂窩用戶上行發(fā)送的干擾?？梢钥吹皆诜涓C用戶周圍接收到的干擾功率較大，隨著距離增加所受干擾減弱。為簡(jiǎn)化仿真給出直觀現(xiàn)象，本節(jié)僅考慮路損，由此可以獲得此處D2D UE2的吞吐應(yīng)為：其中干擾部分包括蜂窩用戶的發(fā)送功率以及它到D2D接收端的距離，增大或減少都會(huì)降低吞吐。在D2D UE2處接收到的信號(hào)為其中和分別為D2D UE1和CeUE1的發(fā)送功率，和采用單位功率。1. D2D通信復(fù)用小區(qū)內(nèi)蜂窩資源1) 復(fù)用上行資源a) 當(dāng)D2D通信復(fù)用小區(qū)內(nèi)蜂窩通信的上行資源時(shí)，蜂窩用戶發(fā)送會(huì)對(duì)D2D接收機(jī)造成干擾，如下圖所示。2. D2D鏈路間干擾當(dāng)D2D用戶之間以復(fù)用的方式使用無(wú)線資源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生同頻干擾，如下圖所示：圖 31 D2D鏈路間的同頻干擾D2D通信間需要以合理的方式對(duì)資源的復(fù)用進(jìn)行管理，無(wú)序的資源復(fù)用不僅無(wú)法改善系統(tǒng)性能，反而可能因重用相同資源的D2D通信鏈路間距離過(guò)近而產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。3. 正交方式的資源共享能夠充分利用基站的控制，但由于這種共享方式僅使用了蜂窩通信未用的資源，在通信容量上仍然有一定的局限。反之，如果從保護(hù)蜂窩用戶受干擾的程度，mode2和mode4策略更加適合，同時(shí)選擇復(fù)用D2D Tx發(fā)射端的上行資源效果更加好。通過(guò)對(duì)比圖 218和圖 219，可以看到當(dāng)D2D之間的距離d變大了，Mode1與Mode3，Mode2與Mode4，這兩種策略的差距也更加大?；趦蓚€(gè)相鄰的小區(qū)內(nèi)，在不同地理位置上放置蜂窩用戶，分別對(duì)四種場(chǎng)景進(jìn)行仿真，仿真參數(shù)如下表所示：表 26 仿真參數(shù)設(shè)置小區(qū)半徑500mD2D Tx與D2D Rx 的距離20m蜂窩用戶發(fā)送功率20dBmD2D用戶發(fā)送功率17dBmBS發(fā)送功率36dBm中心頻率fc = 2GHz信道模型路損（d為發(fā)送到接收的距離，）白噪聲功率譜密度174dBm/Hz無(wú)線資源帶寬10 MHz (FDD 上行下行各10MHz)仿真結(jié)果如下：圖 218 4種模式下D2D用戶的系統(tǒng)容量（d=20m）圖 219 4種模式下D2D用戶的系統(tǒng)容量（d=100m）圖 220 4種模式下被復(fù)用資源的蜂窩用戶的系統(tǒng)容量（d=20m）從仿真結(jié)果圖 218, 圖 219可以看到，在4種D2D用戶資源復(fù)用的模式下，mode1和mode3（這兩種模式下D2D通信共享蜂窩上行資源）的D2D用戶的吞吐量比較于mode2與mode4（這兩種模式下D2D通信共享蜂窩下行資源）的性能有顯著的提升。因此，D2D通信如果不考慮干擾避免協(xié)調(diào)就對(duì)蜂窩通信資源進(jìn)行復(fù)用，會(huì)對(duì)正常的蜂窩通信帶來(lái)較強(qiáng)的負(fù)面影響，在實(shí)際通信系統(tǒng)中不可取的。 Case 4 10RB_Sep：如圖4所示，仿真場(chǎng)景中引入D2D通信，并且D2D通信與蜂窩通信不進(jìn)行頻率復(fù)用，D2D通信使用10個(gè)RB通信，蜂窩通信使用其余的36個(gè)RB。216。表 23 仿真參數(shù)設(shè)置基站數(shù)量7基站21扇區(qū)小區(qū)半徑500 mD2D用戶鏈路長(zhǎng)度10 m~20m系統(tǒng)資源蜂窩用戶與D2D用戶以不同的方式復(fù)用上行鏈路的46個(gè)RBD2D的發(fā)送功率20dBm系統(tǒng)帶寬10 MHz中心頻率2 GHz蜂窩用戶數(shù)210D2D對(duì)數(shù)21撒點(diǎn)方式每個(gè)扇區(qū)的激活蜂窩用戶8~12個(gè)不等，平均10個(gè)；每個(gè)扇區(qū)有一個(gè)D2D對(duì)進(jìn)行通信D2D通信MCS等級(jí)28白噪聲功率譜密度﹣174 dBm/Hz蜂窩用戶調(diào)度Proportional Fair調(diào)度算法蜂窩用戶路損模型D2D鏈路路損模型計(jì)算路損時(shí)考慮LOS和NLOS兩種情況，其概率計(jì)算如下：LOS模型和NLOS模型的路損計(jì)算公式如下：（其中d為D2D之間的鏈路長(zhǎng)度）為了評(píng)估引入D2D通信后對(duì)系統(tǒng)性能的影響，首先以不引入D2D通信的系統(tǒng)上行吞吐量為基準(zhǔn)，探討引入D2D通信技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能帶來(lái)的影響。尤其以復(fù)用方式共享蜂窩無(wú)線資源時(shí)，性能可以得到比正交方式共享資源更多的提升，但需要設(shè)計(jì)合理的干擾避免方式以防止由于盲目復(fù)用引入的強(qiáng)烈干擾，此外在設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用方案時(shí)，還需要考慮鏈路長(zhǎng)度、發(fā)送功率等參數(shù)的影響以及D2D與蜂窩系統(tǒng)性能的折中關(guān)系。從圖中能清楚地看到，D2D功率只會(huì)影響蜂窩用戶的SINR高低和平均系統(tǒng)容量的具體數(shù)值，但各case間的相對(duì)差異基本不變。但二者的受影響程度明顯不同：case 4中復(fù)用全頻帶蜂窩資源的方式對(duì)傳統(tǒng)蜂窩用戶的影響是很嚴(yán)重的，其SINR平均下降了10~20dB；另一方面，D2D鏈路由于收發(fā)端距離很近，而干擾源又相對(duì)很遠(yuǎn)，因此其SINR只是略微衰減。圖 210 4種場(chǎng)景下D2D容量占系統(tǒng)和容量比重的CDF曲線Case 1曲線顯示D2D鏈路的容量在系統(tǒng)和容量中的比重約在45%~70%間，這實(shí)際上意味著純蜂窩網(wǎng)絡(luò)中蜂窩用戶與D2D用戶獲得的上行速率較接近，因而公平性得到了充分的保證。case 3與case case 4的對(duì)比指出，資源的復(fù)用并不一定總是帶來(lái)更高的收益。case 2與case 3的對(duì)比，證明了D2D以復(fù)用的方式來(lái)使用蜂窩資源，能夠產(chǎn)生比正交方式更高的系統(tǒng)吞吐（頻譜利用率）。圖 28 4種場(chǎng)景下資源分配情況示意圖注：上圖僅用于定性描述不同case中蜂窩用戶與D2D用戶的資源分配策略，并不代表實(shí)際對(duì)資源的使用情況。具體地，首先將所有蜂窩用戶使用的資源并為一個(gè)“資源池”集合，再依次為每一對(duì)D2D用戶從“資源池”中隨機(jī)地選出一個(gè)元素（即一段資源）作為其復(fù)用的資源，這樣就使得每對(duì)D2D用戶唯一地和某個(gè)蜂窩用戶形成了頻率重用；b）各D2D對(duì)在復(fù)用蜂窩資源時(shí)采用一種簡(jiǎn)單優(yōu)化方案。研究如下4種資源共享方式：Case 1：僅存在蜂窩系統(tǒng)，所有用戶均以蜂窩模式進(jìn)行通信。圖 27 D2D鏈路之間復(fù)用蜂窩的上行資源實(shí)際上，D2D通信資源使用的方式往往是上述兩種方式的結(jié)合。例如，在觀測(cè)點(diǎn)1測(cè)到蜂窩用戶2的功率較高，而蜂窩用戶4的功率較低，這意味著此處可以合理復(fù)用蜂窩用戶4的資源而不會(huì)對(duì)其造成較大干擾。x軸為不同觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)的蜂窩用戶頻帶，y為接收功率水平。該圖中蜂窩用戶的坐標(biāo)位置為( )（m）。圖 23 以上行鏈路為例終端間的相互干擾 下面以一些初步仿真結(jié)果來(lái)說(shuō)明在一定地理區(qū)域內(nèi)是可以進(jìn)行資源復(fù)用的。從OkumuraHata等傳播損耗預(yù)測(cè)模型可以看出錯(cuò)誤!未找到引用源。以復(fù)用IMTAdvanced FDD系統(tǒng)無(wú)線資源為例，D2D通信可以復(fù)用蜂窩通信的上行或下行資源。以使用IMTAdvanced FDD系統(tǒng)無(wú)線資源為例，D2D通信可以正交使用蜂窩通信的上行或下行資源。；，并通過(guò)初步的仿真結(jié)果說(shuō)明復(fù)用資源的可行性；；，仿真結(jié)果說(shuō)明復(fù)用方式共享資源能夠給D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)性能增益，但同時(shí)會(huì)引入復(fù)雜的干擾，因此需要對(duì)干擾避免、控制、協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行深入研究以確定可行的資源復(fù)用方案。4. D2D終端相比于普通LTEAdvanced終端需要增加的功能：共享蜂窩上行資源須增加D2D接收功能；共享蜂窩下行資源須增加D2D發(fā)送功能。為滿足以上基本要求，提出如下基本假設(shè)作為后續(xù)技術(shù)研究的基礎(chǔ)：1. 如無(wú)特殊說(shuō)明，后續(xù)技術(shù)研究針對(duì)IMTAdvanced系統(tǒng)的代表系統(tǒng)LTEAdvanced系統(tǒng)進(jìn)行。在該場(chǎng)景中，終端可以以兩種不同的模式通信。由于其純粹的分布式結(jié)構(gòu)，這類網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)干擾控制，終端缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)全局信息的了解，不適合應(yīng)用于業(yè)務(wù)量和干擾很高的通信環(huán)境；終端只能通過(guò)簡(jiǎn)單的相互競(jìng)爭(zhēng)以統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式共享無(wú)線資源，導(dǎo)致資源使用率較低；由于基于純分布式結(jié)構(gòu)的通信機(jī)制與蜂窩通信差異巨大，融合難度較高。許多短距離通信技術(shù)如藍(lán)牙、WiFi Direct、Zigbee等等使用非授權(quán)頻帶如ISM頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)直接傳輸，與蜂窩網(wǎng)絡(luò)形成相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。另外，隨著無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，當(dāng)前日益增長(zhǎng)的本地?cái)?shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)需求給IMTAdvanced系統(tǒng)的容量和覆蓋以及服務(wù)靈活性提出了較高要求，以基站為中心的小區(qū)業(yè)務(wù)提供模式在適應(yīng)本地業(yè)務(wù)的發(fā)展方面有明顯的局限性。在IMTAdvanced演進(jìn)中融合D2D 技術(shù)，將顯著改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)覆蓋、提高系統(tǒng)容量。研究表明終端直通（D2D）技術(shù)在節(jié)省資源、減小干擾和提升傳輸效率等多方面有巨大優(yōu)勢(shì)。盡管中繼技術(shù)及CoMP技術(shù)能夠提高小區(qū)覆蓋性能，增強(qiáng)小區(qū)邊緣用戶體驗(yàn)，然而由于基站及中繼站不具有移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)支持的靈活性仍然不夠，系統(tǒng)覆蓋及小區(qū)邊緣用戶容量仍有較高的提升空間。需要注意的是，這里所指的D2D技術(shù)與傳統(tǒng)的短距離通信技術(shù)有所不同。已有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（AdHoc）以終端直通技術(shù)為基礎(chǔ)，無(wú)論在通信方式還是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上都具有極大的靈活性和可擴(kuò)展性，但其應(yīng)用仍然有一定的局限性。 場(chǎng)景描述本文討論的場(chǎng)景是在IMTAdvanced系統(tǒng)授權(quán)頻段引入D2D技術(shù)，形成蜂窩通信和D2D通信共存的混合網(wǎng)絡(luò)，如下圖所示。圖 11 IMTAdvanced系統(tǒng)中的D2D通信場(chǎng)景 基本假設(shè)和要求基于上述場(chǎng)景，為在IMTAdvanced系統(tǒng)中有效的引入D2D技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在授權(quán)頻段上的共存并對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行共享，提出如下基本要求：1. D2D通信對(duì)IMTAdvanced蜂窩系統(tǒng)的無(wú)線資源可以進(jìn)行有效的共享；2. D2D通信對(duì)IMTAdvanced蜂窩系統(tǒng)的干擾是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者可管可控的，不影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3. 在滿足以上要求的前提下，D2D終端所需增加的復(fù)雜度盡可能??；4. 在滿足以上要求的前提下，對(duì)IMTAdvanced蜂窩系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的影響盡可能小，且應(yīng)滿足后向兼容性要求。3. 為滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)著對(duì)D2D通信干擾的管理和控制，D2D終端應(yīng)該有能力接收蜂窩系統(tǒng)下發(fā)的控制消息。本章對(duì)D2D通信與蜂窩通信的可能的資源共享方式進(jìn)行了介紹。1. 正交方式的無(wú)線資源共享采用正交方式進(jìn)行無(wú)線資源共享是指在無(wú)線資源使用上以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的方式對(duì)無(wú)線資源進(jìn)行正交分割，使蜂窩通信和D2D通信使用相互正交的資源。 復(fù)用方式的無(wú)線資源共享采用復(fù)用方式進(jìn)行無(wú)線資源共享是指D2D通信以合理的方式對(duì)正在使用的蜂窩資源進(jìn)行共享重用，并將干擾限制在一定水平范圍內(nèi)。 資源復(fù)用的可行性當(dāng)D2D技術(shù)引入蜂窩系統(tǒng)后，蜂窩通信和D2D通信之間往往沒(méi)有節(jié)點(diǎn)重合現(xiàn)象，這為無(wú)線資源的復(fù)用創(chuàng)造了根本條件。這為無(wú)線資源的空分復(fù)用創(chuàng)造了條件，即相互干擾微弱或可控的鏈路之間以空分復(fù)用方式進(jìn)行資源共享。仿真參數(shù)使用如下：表 21 仿真參數(shù)設(shè)置小區(qū)半徑500 m基站發(fā)射功率36 dBm蜂窩用戶發(fā)送功率20 dBm終端到終端路損模型[1](d[m]) + + 20log10(fc[GHz]/)40 log10 (d[km]) + 30 log10 (fc[MHz]) + 49基站到終端路損模型[22] – log10 (W) + log10(h) – ( – (h/hBS)2) log10(hBS) + ( – log10(hBS)) (log10(d) – 3) + 20 log10(fc[GHz]) – ( (log10 ( hUT)) 2 )其中W = 20 m為平均街道寬度，h = 20 m為平均建筑高度，fc為中心頻率，c為光速；hBS = 25 m, hUT =在小區(qū)的特定位置上放置蜂窩用戶，其中一個(gè)蜂窩用戶引入的干擾功率情況如下圖：圖 24 蜂窩用戶的地理位置及其引入的干擾功率分布圖譜圖 24 是蜂窩用戶的地理位置及其引入的干擾功率分布圖譜，其中x、y軸是蜂窩用戶的地理位置，z軸是不同位置感受到該蜂窩用戶的干擾功率情況。圖 25 (a) 不同觀測(cè)點(diǎn)處所測(cè)量到的蜂窩用戶的功率水平 （b）各蜂窩用戶及觀測(cè)點(diǎn)的位置圖 25 (a) 給出了不同觀測(cè)點(diǎn)處所測(cè)量到的蜂窩用戶的功率水平，類似于頻譜空穴。尤其對(duì)于上行時(shí)的場(chǎng)景，由于用戶終端的發(fā)射功率受限，其在距離較遠(yuǎn)處產(chǎn)生的干擾將很低，這為復(fù)用相同的資源提供了機(jī)會(huì)。圖 26 D2D鏈路之間正交使用蜂窩的上行資源l D2D對(duì)之間復(fù)用資源以D2D復(fù)用蜂窩系統(tǒng)上行資源為例，下圖中兩條D2D鏈路復(fù)用了相同資源。 共享蜂窩通信上行資源考慮單小區(qū)中D2D用戶可復(fù)用FDD蜂窩系統(tǒng)上行資源的場(chǎng)景，所有用戶均隨機(jī)分布在小區(qū)內(nèi)。根據(jù)復(fù)用策略的不同又可以分為兩種簡(jiǎn)單的情況：a）各D2D對(duì)隨機(jī)復(fù)用某個(gè)蜂窩用戶的資源。以上各case的資源分布示例如下圖所示。比較case 1與case 2的性能，可知D2D在短距離通信場(chǎng)景中能顯著提升原蜂窩系統(tǒng)的吞吐量（頻譜利用率）。采用更為合理的復(fù)用方案應(yīng)能帶來(lái)更大的性能提升。下面的圖29和圖210分析了case3