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D2D技术在多媒体集群通信中的应用 　　【摘 要】为了提高宽带多媒体集群专网的频谱资源利用率以及提升专网基础设施不足情况下网络边缘用户信道质量，介绍了D2D技术，分析了该技术应用在LTE宽带多媒体集群系统中需要考虑解决的信道资源复用技术等问题。研究结果表明，多个D2D连接可以并行使用专网集群系统上行传输信道资源，系统整体信道质量等级得到了较大的改善。 　　【关键词】D2D ProSe 空间频谱利用率 CQI 　　1 引言 　　专业集群通信系统分为任务关键型集群系统和业务关键型集群系统。业务关键型集群通信系统主要应用于大型厂矿企业的指挥调度，该类型的集群系统以支持完成业务流程为主，通信系统设计指标重点关注系统可靠性、安全性、可服务性；任务关键型集群通信系统主要应用于公共安全、应急反恐、轨道交通等场合，通信系统设计指标重点关注系统的实时性、可靠性、安全性、可用性等指标。集群通信系统从上个世纪80年代开始，基本上是以十年为一个周期经历了模拟集群、数字集群、宽带多媒体集群三个发展阶段。 　　2010年以来，随着宽带传输技术、大数据技术的发展，集群通信开始向宽带多媒体集群发展。4G无线传输技术特别是LTE技术对下一代数字集群的发展产生了巨大的影响。美国的P25技术体制第三阶段演进明确采用4G无线传输核心技术OFDMA作为接入体制，ETSI宣布TETRA未来将与LTE技术体制实现融合。2013年我国工信部电信研究院牵头16家理事单位成立的宽带多媒体集群产业联盟（B-TRUNC），联合制定了基于LTE体制的宽带多媒体集群技术标准。3GPP在2015年开始制定基于LTE eMBMS体制的多媒体集群标准McPTT。公网的LTE技术体制虽然具备了高实时性、大容量、支持大区制组网等特点，但是在任务关键型集群通信系统中推广应用，还需要解决基础设施缺乏或受损情况下的系统可用性，系统覆盖范围以及进一步提升空间频谱资源利用率等问题。 　　D2D（Device-to-Device，D2D）是3GPP R12定义的基于LTE技术体制的终端直通技术，邻近的终端可以在近距离范围内通过直连链路进行数据传输，不需要通过中心节点（基站）进行转发。美国高通公司从2008年开始研究D2D终端直通技术，在3GPP D2D课题立项之前已经进行了大量的研究工作。国内的展讯、酷派等终端设备厂商都对D2D技术比较关注。工信部在2016年“新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项课题中也安排了D2D技术在多媒体集群通信系统中的应用研究，已经展开了相关的技术预先研究和标准研究工作。D2D技术的短距离通信特点和直接通信方式使其具有较低的延时和功耗，可以实现空间频谱资源的有效利用，能够适应如无线P2P业务的本地数据共享需求，降低网络负载，能够利用网络中分布广泛的终端拓展网络的覆盖范围，提供具有灵活适应能力的数据服务，非常适合在任务关键型集群通信专网中应用。 　　2 部署D2D技术的LTE集群系统架构 　　D2D可以使一定距离范围内的用户通信设备直接进行通信，以降低对服务基站的负荷。在D2D技术出现之前，已经有类似的通信技术出现，例如TETRA集群通信系统的DMO技术、Wi-Fi Direct和高通提出的FlashLinQ技术。TETRA的DMO技术属于窄带直通技术，需要不能与TETRA TMO的工作频段重叠的许可频段，后面两种技术由于各种原因没能大范围商用，3GPP研究的D2D技术会在一定程度上弥补点对点通信的短板。 　　D2D相比于类似技术，其最大的优势在于D2D技术的终端可与基站转发模式下的终端工作在相同的频段，而其他技术在这种模式下产生较严重的干扰。由于D2D终端在基站覆盖区边缘可实现距离相对较短的直通，实现较高的传输速率，传输时延小，设备功耗低。D2D还可以满足人与人、物与物之间大量信息交互的需求。和蓝牙相比，D2D无需繁琐的匹配，传输速度更快；和免费的Wi-Fi Direct相比，则有更好的QoS保证。此外，3GPP提出了一种类似TETRA系统中的双监听中继的D2D通信模式，该技术的主要目的是可以使处在小区边缘的用户通过单跳或者多跳连接至信号质量好的用户，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。 　　部署D2D技术的LTE宽带多媒体集群系统的一种可能架构模型如图1所示。 　　部署D2D技术的LTE集群系统，需要在系统架构中增加如下几类接口和功能模块，以实现D2D相关功能： 　　（1）PC5接口：是UE到UE之间的接口，用于完成控制面和用户面的信令和数据传输、邻近服务发现、直接通信和对终端的入网中继功能。 　　（2）PC1接口：是接近服务应用（ProSe）服务器和终端应用之间的接口，用户传输ProSe应用层的