蜂窝通信经历了从第1代以话音业务为代表的仿照式移动电话系统，到正大规模商用的第4代（4G）以移动数据、移动打算及移动多媒体为代表的无线宽带系统的持续演进。在传统蜂窝网路中，通信被分为了上行和下行两个链路，用户之间的直接通信是不被许可的，这种集中式的事情办法便于管理资源、掌握滋扰，但其对频谱资源的利用效率低。随着智能终真个快速遍及以及网络通信容量的爆炸式增长，面向5G的无线通信技能的演进需求也更加明确及急迫，开始受到业界极大关注。
在面向5G的无线通信技能的演进中，一方面，须要持续提升传统的无线通信性能指标，比如网络容量、频谱效率等，以进一步提高有限且日益紧张的无线频谱利用率；另一方面，更丰富的通信模式将带来终端用户体验的提升，蜂窝通信的运用也将被拓展。
作为面向5G的关键候选技能，设备到设备通信（Device-to-Device，D2D）具有潜在的提高系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信运用的前景，受到广泛关注。2008年高通公司首次提出了D2D通信技能，而华为、爱立信、富士通、复兴等通信行业巨子也纷纭开展了干系的研究，现已有大量干系专利得到了授权。
二．事理概述
与物联网中的M2M(Machine to Machine)观点类似，D2D旨在使一定间隔范围内的用户通信设备直接通信，以降落对做事基站的负荷。在D2D技能涌现之前，已有类似的通信技能涌现，如蓝牙(短间隔时分双工通信)，Wi-Fi Direct(更快的传输速率和更远的传输间隔)和高通提出的Flash LinQ技能(极大地提高了Wi-Fi的传输间隔)。后面两种技能由于各种缘故原由都没能大范围商用，而3GPP组织致力研究的D2D技能会在一定程度上填补点对点通信的短板。相对付其它不依赖根本网络举动步伐的直通技能而言，D2D更加灵巧，既可以在基站掌握下进行连接及资源分配，也可以在无网络根本举动步伐的时候进行信息交互。
D2D通信与蓝牙、无线局域网(WLAN)等基于ISM频段的短间隔通信技能的最大差异是它利用电信运营商的授权频段，其滋扰环境是可控的，数据传输具有更高的可靠性。此外，蓝牙须要用户手动匹配才能实现通信，WLAN在通信之前须要对接入点（AP）进行用户自定义设置，而D2D通信无需上述过程，供应了更好的用户体验。此外，D2D还可以知足人与人之间大量的信息交互，且传输速率更快，比较于免费的Wi-FiDirect却有更好的OoS担保。
D2D通信与传统的蜂窝通信网络架构有显著差异，如图1所示
假设一个通用的蜂窝网络，小区中心配有一个全向天线的基站，该网络利用OFDM技能，将频谱资源分为一系列相互正交的子载波分配给不同的用户，利用正交资源的用户之间不会产生滋扰。
网络中用户分为2类：1）传统蜂窝用户，它们之间通过基站通信：2）D2D用户，彼此之间直接通信，也可进行蜂窝通信，并且能够实现2种通信模式的切换。如图2所示.用户1和用户2以蜂窝模式通信，用户3和用户4以D2D模式通信。
D2D通信分为集中式掌握和分布式掌握。集中式掌握由基站掌握D2D连接，基站通过终端上报的丈量信息，得到所有链路信息，但该类型会增加信令负荷；分布式掌握则由D2D设备自主完成D2D链路的建立和坚持，比较集中式掌握，分布式掌握更随意马虎获取D2D设备之间的链路信息，但会增加D2D设备的繁芜度。集中式掌握既可以发挥D2D通信的上风，又便于对资源的管理和掌握。如图2所示，用户3，用户4以D2D链路进行数据交流，并受基站的的掌握。
三．技能需求
针对前述运用处景，涉及接入侧的5G网络D2D的潜在技能需求包括如下方面：
● D2D创造技能，实现临近D2D终真个检测及识别。对付多跳D2D网络，须要与路由技能结合考虑；同时考虑知足5G特定场景的需求如超密集网络中的高效创造技能、车联网场景中的超低时延需求等。
● D2D同步技能。一些特定场景如覆盖外场景或者多跳D2D网络会对保持系统的同步特性带来比较大的寻衅。
● 无线资源管理。5G D2D可能会包括广播、组播、单播等各种通信模式，以及多跳、中继等运用处景，因此调度及无线资源管理问题相对付传统蜂窝网络会有较大不同，也会更繁芜。
● 功率掌握和滋扰折衷。比较传统的Peer-to-Peer（P2P）技能，基于蜂窝网络的D2D通信的一个紧张上风在于滋扰可控。不过，蜂窝网络中的D2D技能势必会对蜂窝通信带来额外滋扰。并且，在5G网络D2D中，考虑到多跳、非授权LTE频段（LTE-U）的运用、高频通信等特性，功率掌握及滋扰折衷问题的研究会非常关键。
● 通信模式切换。包括D2D模式与蜂窝模式的切换、基于蜂窝网络D2D与其他P2P（如WLAN）通信模式的切换、授权频谱D2D通信与LTE-U D2D通信的切换等。前辈的模式切换能够最大化无线通信系统的性能。
四．D2D通信的上风
● 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由网络中转传输，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
随着移动通信做事和技能的发展，具有临近特性的用户间近间隔的数据共享、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略的增长点。基于临近用户感知的D2D技能的引入，有望提升上述业务模式下的用户体验。
● 扩展通信运用
传统无线通信网络对通信根本举动步伐的哀求较高，核心网举动步伐或接入网设备的破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。当无线通信根本举动步伐破坏，或者在无线网络的覆盖盲区，终端可借助D2D实现端到端通信乃至接入蜂窝网络，无线通信的运用处景得到进一步的扩展。
五．D2D通信的运用
结合当前无线通信的发展趋势，5G网络中可考虑的D2D通信的紧张运用处景包括如下方面。
1.本地业务
本地业务（local service）一样平常可以理解为用户面的业务数据不经由网络侧（如核心网）而直接在本地传输。
本地业务的一个范例用例是社走运用，基于临近特性的社走运用可看作D2D技能最基本的运用处景之一。例如，用户通过D2D的创造功能探求临近区域的感兴趣用户；通过D2D通信功能，可以进行临近用户之间数据的传输，如内容分享、互动游戏等。
本地业务的另一个根本的运用处景是本地数据传输。本地数据传输利用D2D的临近特性及数据直通特性，在节省频谱资源的同时扩展移动通信运用处景，为运营商带来新的业务增长点。例如，基于临近特性确当地广告做事可以精确定位目标用户，使得广告效益最大化：进入阛阓或位于商户附近的用户，即可吸收到商户发送的商品广告、打折匆匆销等信息；电影院可向位于其附近的用户推送影院排片操持、新片预报等信息。
本地业务的另一个运用是蜂窝网络流量卸载（offloading）。在高清视频等媒体业务日益遍及的情形下，其大流量特性也给运营商核心网和频谱资源带来巨大压力。基于D2D确当地媒体业务利用D2D通信确当地特性，节省运营商的核心网及频谱资源。例如，在热点区域，运营商或内容供应商可以支配媒体做事器，时下热门媒体业务可存储在媒体做事器中，而媒体做事器则以D2D模式向有业务需求的用户供应媒体业务。或者，用户可借助D2D从临近的已得到媒体业务的用户终端处得到该媒体内容，以此缓解运营商蜂窝网络的下行传输压力。其余，近间隔用户之间的蜂窝通信也可以切换到D2D通信模式以实现对蜂窝网络流量的卸载。
2.应急通信
当极度的自然磨难如地震发生时，传统通信网络根本举动步伐每每也会受损，乃至发生网络瘫痪，给接济事情带来很大障碍。D2D通信的引入有可能办理这个问题。如通信网络根本举动步伐被毁坏，终端之间仍旧能够基于D2D连接建立无线通信网络，即基于多跳D2D组建Ad Hoc网络，担保终端之间无线通信的畅通，为灾害接济供应保障。其余，受地形、建筑物等成分的影响，无线通信网络每每会存在盲点。通过一跳或多跳D2D，位于覆盖盲区的用户可以连接到位于网络覆盖内的用户终端，借助该用户终端连接到无线通信网络。
3.物联网增强
移动通信的发展目标之一，是建立一个包括各种型终真个广泛的互联互通网络，这也是当前在蜂窝通信框架内发展物联网的出发点之一。根据业界预测，在2020年时，环球范围内将会存在大约500亿部蜂窝接入终端，而个中的大部分将是具有物联网特色的机器通信终端。如果D2D技能与物联网结合，则有可能产生真正意义上的互联互通无线通信网络。
针对物联网增强的D2D通信的范例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通信的办法发出预警，车辆周围的其他车辆基于吸收到的预警对驾驶员提出警示，乃至紧急情形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韶光，降落交通事件发生率。其余，通过D2D创造技能，车辆可更可靠地创造和识别其附近的特定车辆，比如经由路口时的具有潜在危险的车辆、具有特定性子的须要特殊关注的车辆（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、临近创造等方面的特性，使得其运用于车联网车辆安全领域具有先天上风。
在万物互联的5G网络中，由于存在大量的物联网通信终端，网络的接入负荷成为严厉问题之一。基于D2D的网络接入有望办理这个问题。比如在巨量终端场景中，大量存在的低本钱终端不是直接接入基站，而是通过D2D办法接入临近的分外终端，通过该分外终端建立与蜂窝网络的连接。如果多个分外终端在空间上具有一定隔离度，则用于低本钱终端接入的无线资源可以在多个分外终端间重用，不但缓解基站的接入压力，而且能够提高频谱效率。并且，比较于目前4G网络中小小区（Small Cell）架构，这种基于D2D的接入办法更灵巧且本钱更低。
比如在智能家居运用中，可以由一台智能终端充当分外终端；具有无线通信能力的家居举动步伐如家电等均以D2D办法接入该智能终端，而该智能终端则以传统蜂窝通信的办法接入基站。基于蜂窝网络的D2D通信的实现，有可能为智能家居行业的家当化发展带来本色打破。
4.其他场景
5G D2D运用还包括多用户MIMO增强、协作中继、虚拟MIMO等潜在场景。比如，传统多用户MIMO技能中，基站基于终端各自的信道反馈，确定预编码权值以布局零陷，肃清多用户之间的滋扰。引入D2D后，配对的多用户之间可以直接交互信道状态信息，使得终端能够向基站反馈联合的信道状态信息，提高多用户MIMO的性能。
其余，D2D可帮忙办理新的无线通信场景的问题及需求。比如在室内定位领域。当终端位于室内时，常日无法得到卫星旗子暗记，因此传统基于卫星定位的办法将无法事情。基于D2D的室内定位可以通过预支配的已知位置信息的终端或者位于室外的普通已定位终端确定待定位终真个位置，通过较低的本钱实现5G网络中对室内定位的支持。
随着终端数量的持续超线性增长及业务需求日益多样化，可以预见D2D在5G时期将会扮演非常主要的角色，为实现建立真正意义上广泛互联互通移动网络的无线通信发展愿景供应主要支撑。
