LTE系統(tǒng)下D2D功能高層協(xié)議探析

孫長江

（芯翼信息科技（南京）有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在無線通信領(lǐng)域，隨著智能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速發(fā)展，人們對用戶體驗(yàn)和高速率、大數(shù)據(jù)量的要求越來越高。傳統(tǒng)的以基站為數(shù)據(jù)傳遞節(jié)點(diǎn)中心的蜂窩網(wǎng)絡(luò)在高數(shù)據(jù)速率以及鄰近服務(wù)的支持方面存在明顯的局限性，在這種需求背景下，代表未來通信技術(shù)發(fā)展新方向的D2D（Device-to-Device，設(shè)備到設(shè)備）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。D2D技術(shù)通常也稱為ProSe技術(shù)。

1 D2D技術(shù)概述

D2D技術(shù)在3GPPRel12開始引入，通常包括D2D發(fā)現(xiàn)技術(shù)（Sidelink discovery）和D2D通信技術(shù)（Sidelink communication）。D2D技術(shù)可以工作在授權(quán)頻段或非授權(quán)頻段，允許多個支持D2D功能的用戶設(shè)備在有網(wǎng)絡(luò)覆蓋或無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況下進(jìn)行直接發(fā)現(xiàn)/直接通信。

2 SL（SideLink）高層協(xié)議解析

2.1 SL綜述

上層應(yīng)用可以指示UE在指定頻點(diǎn)上發(fā)送/接收SLcomm；可以指示UE在服務(wù)小區(qū)上發(fā)送SLDisc（只能在服務(wù)小區(qū)發(fā)，上層不會指定頻點(diǎn)），也可以指示UE在一個或多個頻點(diǎn)上接收SLDisc[1]。

UE收到的SL相關(guān)資源配置只能用于接收該配置（SIB或?qū)Ｓ行帕钕ⅲ┧诘男^(qū)下。接收到的專有信令僅用于PCell下。

SLDisc只能工作在有SL業(yè)務(wù)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域（IC）。而SLComm可以工作在有覆蓋區(qū)和無覆蓋區(qū)，SLComm具體應(yīng)用場景具體如下。

（1）UE合適駐留（idle/conn），在IC范圍內(nèi)，且提供SL服務(wù)的頻點(diǎn)屬于RPLMN/EPLMN；或者UE處于OOC范圍。

（2）UE受限駐留（idle），且上層指定UE支持在受限態(tài)進(jìn)行SL業(yè)務(wù)。不管UE是處于IC還是OOC。

（3）UE無服務(wù)（OOS），當(dāng)然也是OOC。

2.2 Sidelink Communication

SLComm可以工作在IC、OOC，發(fā)送和接收均需上層指定，同時(shí)要指定需要在哪個頻點(diǎn)上進(jìn)行接收/發(fā)送，當(dāng)發(fā)送和接收同時(shí)啟動時(shí)，二者需要工作在相同頻點(diǎn)。該業(yè)務(wù)用于公共安全領(lǐng)域，相關(guān)工作頻點(diǎn)一般是為安全預(yù)留的專用頻點(diǎn)，當(dāng)然也不排除其他頻點(diǎn)會用于SLComm。

當(dāng)啟動了SLComm業(yè)務(wù)時(shí)，用于公共安全的頻點(diǎn)總是會被置為最高優(yōu)先級，而其他支持SLComm的頻點(diǎn)是否需要調(diào)高優(yōu)先級，需要確認(rèn)。該UE是否必須駐留到該頻點(diǎn)才可以提供SLComm服務(wù)（如SIB18中無Tx資源池，必須駐留到該頻點(diǎn)發(fā)建連獲取專用資源才可以進(jìn)行SLComm發(fā)送），如果是則調(diào)高，否則不調(diào)。

SLComm發(fā)送時(shí)，如果是idle態(tài)可以在當(dāng)前頻點(diǎn)發(fā)送，也可以在非服務(wù)頻點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送（異頻），發(fā)送資源使用SIB18中廣播的發(fā)送資源池，如果服務(wù)小區(qū)所在SIB18中沒有發(fā)送資源池，則會發(fā)起建連請求網(wǎng)側(cè)分配專用資源；連接態(tài)下，如果是服務(wù)頻點(diǎn)上發(fā)送，需要使用網(wǎng)側(cè)分配的專用資源進(jìn)行傳輸。如果是異頻，則使用該頻點(diǎn)下的SIB18中的發(fā)送資源池進(jìn)行發(fā)送。

SLComm接收時(shí)，如果在IC范圍內(nèi)，則使用SIB18中的接收資源池列表（該頻點(diǎn)下每個接收小區(qū)對應(yīng)一個資源池）進(jìn)行接收，實(shí)際接收時(shí)只需要接收能夠檢測到SLSSID或PSS/SSS的這些小區(qū)；如果在OOC范圍，則使用預(yù)配置的接收資源池進(jìn)行接收，4個資源池均需接收。

2.3 Sidelink Discovery

SLDisc只可以工作在IC，發(fā)送和接收均需上層指定，發(fā)送時(shí)目前認(rèn)為不需要指定頻點(diǎn)，默認(rèn)在當(dāng)前小區(qū)發(fā)送，接收時(shí)需要指定接收頻點(diǎn)，可以同時(shí)在一個或多個頻點(diǎn)上進(jìn)行接收，一個頻點(diǎn)上也可以同時(shí)監(jiān)聽多個Cell。該業(yè)務(wù)用于商業(yè)目的，只要能在指定小區(qū)收到SIB19，就認(rèn)為當(dāng)前小區(qū)支持SLDiscovery。這種業(yè)務(wù)優(yōu)先級最低，發(fā)送和接收時(shí)不能影響正常的業(yè)務(wù)和SLCommunication業(yè)務(wù)，網(wǎng)側(cè)也不會專門為此分配Gap資源。

上層指定SLDiscovery發(fā)送時(shí)，只能在當(dāng)前服務(wù)小區(qū)進(jìn)行發(fā)送，idle態(tài)下使用SIB19中的發(fā)送資源池進(jìn)行發(fā)送，如果沒有發(fā)送資源池則會觸發(fā)建連；在連接態(tài)需要使用網(wǎng)側(cè)配置的專用資源池進(jìn)行發(fā)送。

上層指定SLDiscovery接收時(shí)，可以指定在當(dāng)前頻點(diǎn)或臨頻點(diǎn)進(jìn)行接收，使用指定頻點(diǎn)下廣播的SIB19中的接收資源池進(jìn)行接收。實(shí)際接收時(shí)只需要接收能夠檢測到SLSSID的這些小區(qū)，如果指定需要接收的頻點(diǎn)不在覆蓋范圍內(nèi)，則不接收。

為了支持inter-cell/inter-freqD2D發(fā)現(xiàn)，服務(wù)小區(qū)的SIB19可包含服務(wù)小區(qū)載頻小區(qū)的D2D發(fā)現(xiàn)資源池信息（可包含本小區(qū)和同頻鄰區(qū)），但不提供異頻小區(qū)的SLDiscovery資源池信息。對于異頻鄰區(qū)，服務(wù)小區(qū)可通過SIB19提供UE可進(jìn)行discovery message monitoring的頻點(diǎn)和PLMNID列表。若UE想在其它載頻執(zhí)行discovery message monitoring，則需讀取相應(yīng)載頻小區(qū)的相應(yīng)系統(tǒng)消息。

2.4 Sidelink Synchronisation

SL同步信息傳輸目的為給其他UE提供同步信息。在SLDisc情況下，同步信息只有SLSS；在SLComm情況下，同步信息包括SLSS和MIB-SL，如圖1所示。

圖1 SLDisc業(yè)務(wù)對應(yīng)的同步信息傳輸

UE只有在發(fā)送SLDisc或SLComm時(shí)才可能會發(fā)送同步信息。具體是否傳輸同步信息有兩種方式判斷，（1）網(wǎng)側(cè)指定需要發(fā)送；（2）網(wǎng)絡(luò)未指定，通過SIB（IC）或預(yù)配置（OOC）中的測量門限判斷[2]，如圖2所示。

圖2 在OOC情況下SLComm業(yè)務(wù)對應(yīng)的同步信息傳輸

UE的同步源可以是eNB（IC），或者其他的UE，如果同步信息是接收自其他UE，則發(fā)送同步信息的UE是該UE的SyncRefUE，如圖3所示。

3 重選優(yōu)先級選擇

3.1 Sidelink Discovery

對于D2D發(fā)現(xiàn)的場景，因?yàn)镈2D發(fā)現(xiàn)主要應(yīng)用于商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)UE希望在支持D2D發(fā)現(xiàn)的載頻上進(jìn)行D2D發(fā)現(xiàn)的接收/發(fā)送時(shí)，仍然遵循現(xiàn)有的36.304協(xié)議對優(yōu)先級的規(guī)定。即終端不能主動將支持D2D發(fā)現(xiàn)的頻率作為最高優(yōu)先級。

圖3 在IC情況下SLComm業(yè)務(wù)對應(yīng)的同步信息傳輸

3.2 Sidelink Communication

當(dāng)空閑態(tài)的UE處于多載頻場景時(shí)，且當(dāng)UE需要發(fā)送D2D通信時(shí)，UE需要重新選擇到支持D2D通信的安全載頻上去。因此，在這種情況下，需要將支持Prose功能的載頻設(shè)置為最高優(yōu)先級。針對一個非-安全指定的頻點(diǎn)，如果只有駐留在該頻點(diǎn)下才能進(jìn)行SL通信，會考慮將該頻點(diǎn)置為最高優(yōu)先級，以便重選到該頻點(diǎn)，否則不需要置（例如，即使駐留在異頻也可以在此頻點(diǎn)收發(fā)，就不需要設(shè)置高優(yōu)先級）。

4 結(jié) 論

在3GPPRAN，D2D是非常熱門的研究課題，尤其在人們即將進(jìn)入萬物互聯(lián)的5G時(shí)代，D2D功能將作為未來5G系統(tǒng)的基本配置，在多個維度獲得增益。例如，鄰近通信大大降低基站負(fù)載并提高通信吞吐率，從而帶來容量/速率增益；端到端時(shí)延由于傳播路徑短，沒有網(wǎng)絡(luò)參與帶來的時(shí)延增益；D2D通過單跳或多跳實(shí)現(xiàn)覆蓋延伸帶來可用性和可靠性增益；賦能新業(yè)務(wù)，D2D功能是車聯(lián)網(wǎng)通信的一個重要技術(shù)。D2D雖然很美好，但當(dāng)前還有不少難題需要攻克。例如，作為中繼的手機(jī)終端如何解決耗電問題，如何進(jìn)行功率控制、干擾抑制及無線資源管理等。但是，相信不久的將來，D2D會很快克服這些問題，早日達(dá)到可商用的理想狀態(tài)，為人們美好生活提供更便捷服務(wù)。