LTE系統下D2D功能高層協議探析

孫長江

（芯翼信息科技（南京）有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在無線通信領域，隨著智能終端和移動互聯網應用的快速發展，人們對用戶體驗和高速率、大數據量的要求越來越高。傳統的以基站為數據傳遞節點中心的蜂窩網絡在高數據速率以及鄰近服務的支持方面存在明顯的局限性，在這種需求背景下，代表未來通信技術發展新方向的D2D（Device-to-Device，設備到設備）技術應運而生。D2D技術通常也稱為ProSe技術。

1 D2D技術概述

D2D技術在3GPPRel12開始引入，通常包括D2D發現技術（Sidelink discovery）和D2D通信技術（Sidelink communication）。D2D技術可以工作在授權頻段或非授權頻段，允許多個支持D2D功能的用戶設備在有網絡覆蓋或無網絡覆蓋的情況下進行直接發現/直接通信。

2 SL（SideLink）高層協議解析

2.1 SL綜述

上層應用可以指示UE在指定頻點上發送/接收SLcomm；可以指示UE在服務小區上發送SLDisc（只能在服務小區發，上層不會指定頻點），也可以指示UE在一個或多個頻點上接收SLDisc[1]。

UE收到的SL相關資源配置只能用于接收該配置（SIB或專有信令消息）所在的小區下。接收到的專有信令僅用于PCell下。

SLDisc只能工作在有SL業務相關網絡覆蓋的區域（IC）。而SLComm可以工作在有覆蓋區和無覆蓋區，SLComm具體應用場景具體如下。

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

（2）UE受限駐留（idle），且上層指定UE支持在受限態進行SL業務。不管UE是處于IC還是OOC。

（3）UE無服務（OOS），當然也是OOC。

2.2 Sidelink Communication

SLComm可以工作在IC、OOC，發送和接收均需上層指定，同時要指定需要在哪個頻點上進行接收/發送，當發送和接收同時啟動時，二者需要工作在相同頻點。該業務用于公共安全領域，相關工作頻點一般是為安全預留的專用頻點，當然也不排除其他頻點會用于SLComm。

當啟動了SLComm業務時，用于公共安全的頻點總是會被置為最高優先級，而其他支持SLComm的頻點是否需要調高優先級，需要確認。該UE是否必須駐留到該頻點才可以提供SLComm服務（如SIB18中無Tx資源池，必須駐留到該頻點發建連獲取專用資源才可以進行SLComm發送），如果是則調高，否則不調。

SLComm發送時，如果是idle態可以在當前頻點發送，也可以在非服務頻點進行發送（異頻），發送資源使用SIB18中廣播的發送資源池，如果服務小區所在SIB18中沒有發送資源池，則會發起建連請求網側分配專用資源；連接態下，如果是服務頻點上發送，需要使用網側分配的專用資源進行傳輸。如果是異頻，則使用該頻點下的SIB18中的發送資源池進行發送。

SLComm接收時，如果在IC范圍內，則使用SIB18中的接收資源池列表（該頻點下每個接收小區對應一個資源池）進行接收，實際接收時只需要接收能夠檢測到SLSSID或PSS/SSS的這些小區；如果在OOC范圍，則使用預配置的接收資源池進行接收，4個資源池均需接收。

2.3 Sidelink Discovery

SLDisc只可以工作在IC，發送和接收均需上層指定，發送時目前認為不需要指定頻點，默認在當前小區發送，接收時需要指定接收頻點，可以同時在一個或多個頻點上進行接收，一個頻點上也可以同時監聽多個Cell。該業務用于商業目的，只要能在指定小區收到SIB19，就認為當前小區支持SLDiscovery。這種業務優先級最低，發送和接收時不能影響正常的業務和SLCommunication業務，網側也不會專門為此分配Gap資源。

上層指定SLDiscovery發送時，只能在當前服務小區進行發送，idle態下使用SIB19中的發送資源池進行發送，如果沒有發送資源池則會觸發建連；在連接態需要使用網側配置的專用資源池進行發送。

上層指定SLDiscovery接收時，可以指定在當前頻點或臨頻點進行接收，使用指定頻點下廣播的SIB19中的接收資源池進行接收。實際接收時只需要接收能夠檢測到SLSSID的這些小區，如果指定需要接收的頻點不在覆蓋范圍內，則不接收。

為了支持inter-cell/inter-freqD2D發現，服務小區的SIB19可包含服務小區載頻小區的D2D發現資源池信息（可包含本小區和同頻鄰區），但不提供異頻小區的SLDiscovery資源池信息。對于異頻鄰區，服務小區可通過SIB19提供UE可進行discovery message monitoring的頻點和PLMNID列表。若UE想在其它載頻執行discovery message monitoring，則需讀取相應載頻小區的相應系統消息。

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業務對應的同步信息傳輸

UE只有在發送SLDisc或SLComm時才可能會發送同步信息。具體是否傳輸同步信息有兩種方式判斷，（1）網側指定需要發送；（2）網絡未指定，通過SIB（IC）或預配置（OOC）中的測量門限判斷[2]，如圖2所示。

圖2 在OOC情況下SLComm業務對應的同步信息傳輸

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，則發送同步信息的UE是該UE的SyncRefUE，如圖3所示。

3 重選優先級選擇

3.1 Sidelink Discovery

對于D2D發現的場景，因為D2D發現主要應用于商業網絡，因此當UE希望在支持D2D發現的載頻上進行D2D發現的接收/發送時，仍然遵循現有的36.304協議對優先級的規定。即終端不能主動將支持D2D發現的頻率作為最高優先級。

圖3 在IC情況下SLComm業務對應的同步信息傳輸

3.2 Sidelink Communication

當空閑態的UE處于多載頻場景時，且當UE需要發送D2D通信時，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功能的載頻設置為最高優先級。針對一個非-安全指定的頻點，如果只有駐留在該頻點下才能進行SL通信，會考慮將該頻點置為最高優先級，以便重選到該頻點，否則不需要置（例如，即使駐留在異頻也可以在此頻點收發，就不需要設置高優先級）。

4 結 論

在3GPPRAN，D2D是非常熱門的研究課題，尤其在人們即將進入萬物互聯的5G時代，D2D功能將作為未來5G系統的基本配置，在多個維度獲得增益。例如，鄰近通信大大降低基站負載并提高通信吞吐率，從而帶來容量/速率增益；端到端時延由于傳播路徑短，沒有網絡參與帶來的時延增益；D2D通過單跳或多跳實現覆蓋延伸帶來可用性和可靠性增益；賦能新業務，D2D功能是車聯網通信的一個重要技術。D2D雖然很美好，但當前還有不少難題需要攻克。例如，作為中繼的手機終端如何解決耗電問題，如何進行功率控制、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，早日達到可商用的理想狀態，為人們美好生活提供更便捷服務。