车载通信与导航（七）：D2D通信详解

D2D（设备到设备），即临近终端设备之间直接进行通信的技术，在通信网络中，一旦D2D通信链路建立起来，传输语音或数据消息就无需基站的干预，这样就可以减轻通信系统中基站及核心网络的数据压力，大幅提升频谱资源利用效率和吞吐量，增大网络容量，保证通信网络更为灵活、智能高效地运行。

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，已有类似的通信技术出现，如蓝牙(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Flash LinQ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。

所以说，和V2V的区别主要就是，V2V是一个复杂的，系统的大型网络，分了很多层，而D2D是终端之间的直接通信，没有经过任何的中间点

D2D的这个D可以是手机、可以是其他机器设备，因此D2D通信既可以满足手机用户之间的通信，也支持大规模的机器通信业务，比如车载通信。

具有D2D功能的手机终端可在D2D通信模式与一般通信模式之间进行切换，比如，手机终端在通信高峰期根据通信距离与通信质量只能选择使用D2D通信模式还是一般通信模式。

D2D的直接覆盖距离可以达到100米左右，另外，具有D2D工鞥呢的终端设备也可以充当网络中继转发消息，进一步扩展网络通信范围，比如，不在网络覆盖范围内的手机用户可以通过D2D多跳传输接入网络。

但是，同样作为短距离无线通信技术，D2D可以支持5G的要求，而蓝牙不可以。

因为蓝牙的工作频段为2.4GHZ，通信覆盖范围只有10m左右，而且数据传输速率很慢，通常小于1mb/s，而D2D使用通信运营商授权频段，干扰可控，直接通信覆盖范围可达到100m，新到质量更高，传输速率更快，更能满足5G的超低时延通信特点。
蓝牙需要用户手机配对，D2D则可以通过终端设备智能识别，无需用户动手配置连接对象或网络。所以D2D机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备的情况下进行信息交互，应用场景更广阔。

蜂窝网络覆盖下的D2D通信

蜂窝网络覆盖下的D2D通信从D2D设备的发现、会话建立、到通信资源的分配都是在基站的严密管控下完成的。

1、待使用D2D功能的目标设备向基站发送“发现信号”，请求配对
2、基站制定目标设备附近的D2D设备接收“发现信号”
3、D2D设备之间通过基于IP检测的方法或D2D专用信令方法建立连接，称为一组D2D设备对
4、基站为D2D设备对分配信道资源，被分配的信道资源通常是复用蜂窝网络的信道资源

基站可以通过控制具体复用那一条信道资源以及D2D通信设备的发送功率，将D2D通信对一般通信用户的干扰控制在最低范围

部分窝网络覆盖下的D2D通信

部分蜂窝网络覆盖下的D2D通信属于基站辅助控制下的D2D通信，基站只在开始阶段参与设备发现和会话建立，负责引导设备双方建立连接，后续不再插手资源分配，由D2D设备根据内置算法实现自行选择信道资源

这种D2D通信模式的网络复杂度比第一类D2D通信有大幅降低，但是，由于自行选择信道资源带来的干扰不可控问题，一般通信用户和D2D用户的通信质量会受到一定影响

无蜂窝网络覆盖下的D2D通信

完全没有蜂窝网络覆盖下的D2D通信主要应用于蜂窝网络瘫痪的场景，在这种情况下，D2D设备的发现以及会话建立都是由D2D设备自主完成的，不需要基站的参与，因此D2D设备的复杂度比前两类更高。
D2D终端设备具有充当中继节点自动转发消息的功能，因此失去蜂窝网络覆盖的D2D设备可以通过中间D2D设备的消息传递，也就是多跳，最终连接到远方的基站，从而接入网络。

这张图总结了三种场景下的D2D的实现原理以及相应的特点

D2D通信的优势

● 提高频谱效率
　　在D2D通信模式下，用户数据直接在终端之间传输，避免了蜂窝通信中用户数据经过网络中转传输，由此产生链路增益；其次，D2D用户之间以及D2D与蜂窝之间的资源可以复用，由此可产生资源复用增益；通过链路增益和资源复用增益则可提高无线频谱资源的效率，进而提高网络吞吐量。
　　● 提升用户体验
　　随着移动通信服务和技术的发展，具有邻近特性的用户间近距离的数据共享、小范围的社交和商业活动以及面向本地特定用户的特定业务，都在成为当前及下阶段无线平台中一个不可忽视的增长点。基于邻近用户感知的D2D技术的引入，有望提升上述业务模式下的用户体验。
　　● 扩展通信应用
传统无线通信网络对通信基础设施的要求较高，核心网设施或接入网设备的损坏都可能导致通信系统的瘫痪。D2D通信的引入使得蜂窝通信终端建立Ad Hoc网络成为可能。当无线通信基础设施损坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信甚至接入蜂窝网络，无线通信的应用场景得到进一步的扩展。

回归正文，在车载通信中使用D2D有意想不到的好处

针对物联网增强的D2D通信的典型场景之一是车联网中的V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信。例如，在高速行车时，车辆的变道、减速等操作动作，可通过D2D通信的方式发出预警，车辆周围的其他车辆基于接收到的预警对驾驶员提出警示，甚至紧急情况下对车辆进行自主操控，以缩短行车中面临紧急状况时驾驶员的反应时间，降低交通事故发生率。另外，通过D2D发现技术，车辆可更可靠地发现和识别其附近的特定车辆，比如经过路口时的具有潜在危险的车辆、具有特定性质的需要特别关注的车辆（如载有危险品的车辆、校车）等。

基于终端直通的D2D由于在通信时延、邻近发现等方面的特性，使得其应用于车联网车辆安全领域具有先天优势。

而且与手机相比，汽车没有耗电限制，可在汽车顶部安装多个天线，充当运营商的移动微基站，利用D2D，汽车微基站既可以为车内终端用户提供更丰富高质量的信息娱乐体验，又可以实时传递车对车、车对人、车对基础设施等多卢通信信号，对自动驾驶起到神助攻的作用。