LTE系统中DCD通信的增强型应用

LTE系统中DCD通信的增强型应用

文/杨 瑾 卢有雄 黄双红 【期刊名称】上海信息化 【年(卷),期】2017(000)005 【总页数】3

随着LTE中D2D通信持续发展，D2D通信方式的应用场景不断扩展，可承载的业务类型及数据需求也不断提高，这对D2D通信技术提出了更高要求，亟需对D2D通信方案的进一步增强进行研究及讨论。

应用背景

LTE（Long Term Evolution，长期演进）FeD2D（Further enhancements Device to Device，进一步增强设备到设备）包含Evolved ProSe UE-to-Network Relay U E（中继类型的用户设备，以下简称R-UE）与Evolved Remote UE（可穿戴类型的用户设备，以下简称W-UE）在不同覆盖条件下的应用场景。FeD2D中以UE作为中继节点，为其他UE提供中继服务，扩展或增强eNB（Evolved Node B，演进型Node B）与W-UE之间的连接服务，其中R-UE与W-UE之间采用FeD2D通信，二者之间的链路称为Sidelink（边链路，或称PC5 link），具体的场景分为两种。

场景A：R-UE与W-UE都在eNB覆盖内，如图1所示。此时W-UE通过R-UE与eNB通信的目的是提高资源利用率，降低W-UE能耗、eNB管理负担等。 场景B：R-UE在eNB覆盖内，W-UE在覆盖外，如图2所示。此时W-UE须通过R-UE才能间接与eNB通信，与场景A相比，主要区别在于W-UE无法直接接收eNB的信号，因此所有的网络侧的控制及数据信息都需要经过R-UE

的中继转发。

在不同的场景条件下，R-UE与W-UE在Sidelink的通信过程及具体的资源方案可以有不同的设计。

步骤分析

整体上，无论R-UE与W-UE处于怎样的覆盖条件，实现W-UE通过R-UE中继服务并与eNB进行通信的流程基本一致，如图3所示。

步骤1：连接建立。当W-UE满足相关的条件或有通过R-UE连接网络的需求时，W-UE开始建立通过R-UE与eNB连接的过程，这里的连接包括W-UE与R-UE的Sidelink连接，以及W-UE与eNB之间的直接或间接连接。根据具体的场景及管理策略，连接建立过程有多种实现方式。

当W-UE在eNB覆盖内时，即场景A条件下，W-UE可以直接与eNB建立连接，W-UE与eNB之间的连接应可以通过UE随机接入过程实现。

进一步，W-UE应与R-UE建立连接。由于W-UE处于覆盖内，可以由eNB直接控制管理，则W-UE与R-UE之间的连接建立及匹配可以在eNB的统一调度控制下实现。

当W-UE处于无覆盖场景时，即场景B条件下，W-UE与eNB无法直接建立连接，则W-UE首先搜索并发现周围是否存在R-UE可为其服务。当发现R-UE时，通过与R-UE建立连接，进一步实现与eNB的间接连接及通信。 通过连接步骤，W-UE与R-UE建立Sidelink连接，并进一步通过R-UE的中继，与eNB进行间接通信。W-UE与eNB的直接连接采用传统的随机接入实现，W-UE与R-UE的连接优先以基于Sidelink Discovery的方式实现。 步骤2：控制方案。根据实际的场景及资源条件，可以为W-UE的Sidelink通

信设置不同的资源管理方案，不同的方案在资源效率、R-UE能力、时延等方面有各自的优缺点。

eNB直接调度W-UE的方案可用于W-UE与eNB有直接连接的场景中，eNB正常调度W-UE，通过PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）向W-UE指示资源调度指示，而相应的数据由R-UE发送，如图4所示。

在eNB直接调度的方式中，eNB直接向W-UE发送控制信息，相应数据由R-UE在Sidelink接收/发送，eNB需要获得较准确的Sidelink测量反馈，才能够实现较准确的Sidelink资源调度配置。

通过R-UE调度服务W-UE的方案对eNB与W-UE之间的连接状态没有要求，因此可用于所有的场景，如图5所示。在此方案中，R-UE中继服务eNB与W-UE，在二者间进行数据转发。

此时，R-UE具有调度权，eNB与W-UE不直接传输任何控制或数据信息，UL（Unordered List，无序列表）/DL（definition list，定义列表）数据都通过R-UE转发。eNB将W-UE相关数据从Uu口发送给R-UE，R-UE再在Sidelink调度传输给W-UE，反之同理。

R-UE调度控制Sidelink资源要求R-UE有一定的调度能力，尤其需要一个R-UE同时服务于多个W-UE能力。因此，对R-UE的要求不仅包括调度能力，还有足够电量。

步骤3：资源方案。在确定了FeD2D控制方案的基础上，各节点使用相应的功能配置开始进行控制和数据传输，此时则需要确定具体控制和数据信息的资源方案，对FeD2D来说，主要关注Sidelink的资源方案。

在LTE Sidelink已定义的标准中，存在两种类型的资源方案，包括D2D（Device to Device，设备到设备）资源方案和V2V（Vehicle to Vehicle，车辆到车辆）资源方案。

LTE D2D资源方案中，整体的资源池配置比较灵活，其中的控制信道PSCCH（Physical Sidelink Cont rol Channel，Sidelink物理控制信道）和数据信道PSSCH（Physical Sidelink Shared Channel，Sidelink物理共享信道）分别使用不同的子帧，在时域上TDM（Time Division Multiplexing，时分复用），频域上二者以RB（Resource Block，资源区块）为单位，彼此间没有强相关性，资源池的整体配置灵活。

但在LTE D2D资源方案中，对控制信道及相应数据包的具体发送规则约束严格，其中控制信息在PSCCH资源上固定发送两次，每个数据包固定发送四次。这样固定的发送规则对FeD2D的业务需求，如时延等有一定影响。

LTE V2V通信是针对车联网场景定义的方案，因此V2V资源方案主要考虑并解决了高速、低时延、较固定的包大小等特征，定义了较固定的子信结构，PSCCH/PSSCH资源池采用FDM（Frequency Division Multiplexing，频分多路复用）划分。

基于V2V资源方案实现FeD2D通信时，一方面，由于PSCCH/PSSCH资源处于同一子帧的结构，对降低R-UE及W-UE功耗有利，另一方面子信道的资源结构要求较固定的频域划分，对W-UE灵活多样的数据需求有一定影响。 步骤4：控制/数据信息传输。在步骤2中确定控制模式的基础上，对W-UE的调度控制信息发送方式相应不同。当eNB直接调度W-UE时，eNB与W-UE之间的控制信息在Uu口发送，即在PDCCH中指示调度信息；当R-UE调度

W-UE时，则需要R-UE在Sidelink指示W-UE相关控制信息。

数据发送方面，R-UE与W-UE之间的Sidelink数据传输需根据相应的控制、资源方案确定，按照所调度的资源进行传输。

在Sidelink，R-UE与W-UE建立连接并以单播方式通信，可通过Ack（ACKnowledge，告知收到）/Nack（Non-ACKnowledgment，告知没有收到）反馈及相应的重传提高数据传输可靠性，同时避免不必要的固定重传，以达到节能的效果。

在不同的控制方案基础上，数据重传的方式也相应不同。例如，由eNB直接调度W-UE时，Ack/Nack可以在eNB与W-UE之间的Uu口直接传输，R-UE直接调度时，相关的反馈及重传可以在Sidelink完成，二者在时延和处理复杂度方面有一定差异。

通过对LTE FeD2D通信进行整体分析，讨论在R-UE中继服务于eNB与W-UE的场景中网络的控制管理方案及资源方案，可以发现为了有效地满足FeD2D的需求，未来依然需要不断对Sidelink的具体控制管理方案进行分析及研究，从而促进通信产业稳定发展。