LTE系统下D2D功能高层协议探析

孙长江

（芯翼信息科技（南京）有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

在无线通信领域，随着智能终端和移动互联网应用的快速发展，人们对用户体验和高速率、大数据量的要求越来越高。传统的以基站为数据传递节点中心的蜂窝网络在高数据速率以及邻近服务的支持方面存在明显的局限性，在这种需求背景下，代表未来通信技术发展新方向的D2D（Device-to-Device，设备到设备）技术应运而生。D2D技术通常也称为ProSe技术。

1 D2D技术概述

D2D技术在3GPPRel12开始引入，通常包括D2D发现技术（Sidelink discovery）和D2D通信技术（Sidelink communication）。D2D技术可以工作在授权频段或非授权频段，允许多个支持D2D功能的用户设备在有网络覆盖或无网络覆盖的情况下进行直接发现/直接通信。

2 SL（SideLink）高层协议解析

2.1 SL综述

上层应用可以指示UE在指定频点上发送/接收SLcomm；可以指示UE在服务小区上发送SLDisc（只能在服务小区发，上层不会指定频点），也可以指示UE在一个或多个频点上接收SLDisc[1]。

UE收到的SL相关资源配置只能用于接收该配置（SIB或专有信令消息）所在的小区下。接收到的专有信令仅用于PCell下。

SLDisc只能工作在有SL业务相关网络覆盖的区域（IC）。而SLComm可以工作在有覆盖区和无覆盖区，SLComm具体应用场景具体如下。

（1）UE合适驻留（idle/conn），在IC范围内，且提供SL服务的频点属于RPLMN/EPLMN；或者UE处于OOC范围。

（2）UE受限驻留（idle），且上层指定UE支持在受限态进行SL业务。不管UE是处于IC还是OOC。

（3）UE无服务（OOS），当然也是OOC。

2.2 Sidelink Communication

SLComm可以工作在IC、OOC，发送和接收均需上层指定，同时要指定需要在哪个频点上进行接收/发送，当发送和接收同时启动时，二者需要工作在相同频点。该业务用于公共安全领域，相关工作频点一般是为安全预留的专用频点，当然也不排除其他频点会用于SLComm。

当启动了SLComm业务时，用于公共安全的频点总是会被置为最高优先级，而其他支持SLComm的频点是否需要调高优先级，需要确认。该UE是否必须驻留到该频点才可以提供SLComm服务（如SIB18中无Tx资源池，必须驻留到该频点发建连获取专用资源才可以进行SLComm发送），如果是则调高，否则不调。

SLComm发送时，如果是idle态可以在当前频点发送，也可以在非服务频点进行发送（异频），发送资源使用SIB18中广播的发送资源池，如果服务小区所在SIB18中没有发送资源池，则会发起建连请求网侧分配专用资源；连接态下，如果是服务频点上发送，需要使用网侧分配的专用资源进行传输。如果是异频，则使用该频点下的SIB18中的发送资源池进行发送。

SLComm接收时，如果在IC范围内，则使用SIB18中的接收资源池列表（该频点下每个接收小区对应一个资源池）进行接收，实际接收时只需要接收能够检测到SLSSID或PSS/SSS的这些小区；如果在OOC范围，则使用预配置的接收资源池进行接收，4个资源池均需接收。

2.3 Sidelink Discovery

SLDisc只可以工作在IC，发送和接收均需上层指定，发送时目前认为不需要指定频点，默认在当前小区发送，接收时需要指定接收频点，可以同时在一个或多个频点上进行接收，一个频点上也可以同时监听多个Cell。该业务用于商业目的，只要能在指定小区收到SIB19，就认为当前小区支持SLDiscovery。这种业务优先级最低，发送和接收时不能影响正常的业务和SLCommunication业务，网侧也不会专门为此分配Gap资源。

上层指定SLDiscovery发送时，只能在当前服务小区进行发送，idle态下使用SIB19中的发送资源池进行发送，如果没有发送资源池则会触发建连；在连接态需要使用网侧配置的专用资源池进行发送。

上层指定SLDiscovery接收时，可以指定在当前频点或临频点进行接收，使用指定频点下广播的SIB19中的接收资源池进行接收。实际接收时只需要接收能够检测到SLSSID的这些小区，如果指定需要接收的频点不在覆盖范围内，则不接收。

为了支持inter-cell/inter-freqD2D发现，服务小区的SIB19可包含服务小区载频小区的D2D发现资源池信息（可包含本小区和同频邻区），但不提供异频小区的SLDiscovery资源池信息。对于异频邻区，服务小区可通过SIB19提供UE可进行discovery message monitoring的频点和PLMNID列表。若UE想在其它载频执行discovery message monitoring，则需读取相应载频小区的相应系统消息。

2.4 Sidelink Synchronisation

SL同步信息传输目的为给其他UE提供同步信息。在SLDisc情况下，同步信息只有SLSS；在SLComm情况下，同步信息包括SLSS和MIB-SL，如图1所示。

图1 SLDisc业务对应的同步信息传输

UE只有在发送SLDisc或SLComm时才可能会发送同步信息。具体是否传输同步信息有两种方式判断，（1）网侧指定需要发送；（2）网络未指定，通过SIB（IC）或预配置（OOC）中的测量门限判断[2]，如图2所示。

图2 在OOC情况下SLComm业务对应的同步信息传输

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，则发送同步信息的UE是该UE的SyncRefUE，如图3所示。

3 重选优先级选择

3.1 Sidelink Discovery

对于D2D发现的场景，因为D2D发现主要应用于商业网络，因此当UE希望在支持D2D发现的载频上进行D2D发现的接收/发送时，仍然遵循现有的36.304协议对优先级的规定。即终端不能主动将支持D2D发现的频率作为最高优先级。

图3 在IC情况下SLComm业务对应的同步信息传输

3.2 Sidelink Communication

当空闲态的UE处于多载频场景时，且当UE需要发送D2D通信时，UE需要重新选择到支持D2D通信的安全载频上去。因此，在这种情况下，需要将支持Prose功能的载频设置为最高优先级。针对一个非-安全指定的频点，如果只有驻留在该频点下才能进行SL通信，会考虑将该频点置为最高优先级，以便重选到该频点，否则不需要置（例如，即使驻留在异频也可以在此频点收发，就不需要设置高优先级）。

4 结 论

在3GPPRAN，D2D是非常热门的研究课题，尤其在人们即将进入万物互联的5G时代，D2D功能将作为未来5G系统的基本配置，在多个维度获得增益。例如，邻近通信大大降低基站负载并提高通信吞吐率，从而带来容量/速率增益；端到端时延由于传播路径短，没有网络参与带来的时延增益；D2D通过单跳或多跳实现覆盖延伸带来可用性和可靠性增益；赋能新业务，D2D功能是车联网通信的一个重要技术。D2D虽然很美好，但当前还有不少难题需要攻克。例如，作为中继的手机终端如何解决耗电问题，如何进行功率控制、干扰抑制及无线资源管理等。但是，相信不久的将来，D2D会很快克服这些问题，早日达到可商用的理想状态，为人们美好生活提供更便捷服务。