一直以来，手机之间的通信都是通过基站进行控制的，那么能不能实现不占用基站资源，直接实现手机之间的通信呢？
当然可以，这就是我们今天说的D2D。
就像我们身边的蓝牙通信，苹果手机的airdrop隔空投送。
图1 蓝牙无线连接
只不过目前这些技术传输速率不高，覆盖距离不远，无法满足5G时代万物互联、大规模数据传输的应用场景。
那么蓝牙是免费使用的，有了D2D，是不是就可以不要运营商了呢？本文将解答这个问题！
设备对设备(D2D，Device-to-Device)通信预计将在5G网络中发挥重要作用，因为它可以实现用户之间的超低延迟通信。
它是对传统蜂窝网络的一种补充。
蜂窝网络现在已经发展到了第5代了，今年年底5G网络将在部分区域商用。
5G网络需要快速的、多媒体形式的、丰富的数据交换，以及高质量的语音通话。
随着新的、要求更高的应用程序APP出现和用户群的成倍增长，迫切需要更多的新技术来提高数据速率和减少延迟。
D2D通信是蜂窝网络中的一种新的模式。
它允许相互接近的用户设备(UE)使用直接链路进行通信，而不是让他们的无线电信号通过基站(eNodeB)转发传输。
图2 D2D于传统通信过程的区别
其主要优点之一是由于信号遍历路径较短，通信延迟极低。
各种短距离无线技术，如蓝牙、wifi Direct和LTE Direct(由高通公司率先成功开发)可以用来实现D2D通信。
它们主要在数据速率、设备之间的距离、设备发现机制和典型应用程序上存在差异。
图3 蓝牙的速率更慢，覆盖距离短
D2D连接将使运营商在业务方面更加灵活，提高频谱效率，降低功耗和每比特成本。
图4 D2D通信
在频谱使用方面，D2D通信主要分为两类。
它们是带内InBand和带外OutBand。
InBand带内的情况：
D2D通信使用与蜂窝网络相同的频谱。采样这种方案，D2D占用现有LTE网络的一小块频谱，频谱复用，从而提高了频谱利用率，给运营商带来了更多的利润。
图5 这时NB网络的InBand和Standalone模式，D2D的带内模式和这里类似
OutBand带外的情况：
在这里，D2D通信使用公共的频谱(例如，2.4GHz的多频带或38 GHz的毫米波段)
这样有助于消除D2D和已有蜂窝用户之间的干扰，但是必然会和其他电子设备(如蓝牙和wifi)干扰。
3GPP,Proximity Services(ProSe)
是一种基于3GPP通信系统的近距离通信技术，允许物理上接近的设备相互发现并通过直接链接进行通信。
它也被称为LTE Driect，因为它支持使用许可的频谱和全球LTE生态系统之间的直接通信。
标准中，提出了三种D2D通信方案：
图6是基于ProSe参考架构D2D通信的高度简化模型。
图6 ProSe通信架构
在3GPP中，基站BS或ENB与核心网(EPC)相连，可以直接通过蜂窝通信与UE通信。
此外，UE可以通过直接D2D链路进行通信。
在信道结构上，两个UE之间的直接链路称为旁链路，它可以是频分双工或时分双工。
图7 D2D通信
UE在启动时首先与ENB或其他UE同步。为了实现同步，在3GPP标准中定义了几种同步信号。
各种ProSe应用程序安装在UE中，它可以与远程的ProSe应用服务器中的ProSe应用程序交换数据。
当左边的UE想要与右边的UE（目标UE）通信时，它已经安装的ProSe应用程序请求从服务器获取其自身和目标UE的“ID代码”。或者，UE可以从ENB中的邻近函数获得“ID代码”。
在检索“ID代码”之后，左边的UE通过宣布自己的“ID代码”或询问目标UE是否存在来启动发现过程。
在设备被发现后，用户可以直接通信。
在D2D信号和数据传输的空中接口方面，资源由ENB或从预先配置的资源池随机分配。
D2D通信发生在第1层，使用开环通信，即D2D接收机不向D2D发射机发送任何反馈(包括信道状态信息和确认)。
图8 LTE通信的各种层
通常，D2D链路将发射机UE与其目标接收器UE连接起来，从而产生单跳Single-hop通信。
还可以有一个由D2D链路组成的多跳multi-hop网络。
在多跳D2D网络中，中间UE充当BS和UE之间或两个UE之间的中继。
图9 一般通信，D2D直接1跳通信，D2D多跳通信
场景1：这种情况下D2D的设备都在蜂窝网络的覆盖下，此时从设备相互发现，会话建立，到通信资源的分配都是在基站的严密管控之下完成的。
通俗的讲，就是此时用户终端UE都在基站的控制之下。
当两个设备靠近，它们可以像共享数据一样启动通信。这有助于提高数据速率、降低设备的功耗和减少基站的总负载。
图10 都在蜂窝网络的覆盖下
如果其中一个UE，想使用D2D功能，它就向基站“发送信号”，请求配对；
基站指定该目标设备附近的D2D设备接收“发现信号”；
D2D设备之间通过基于IP检测的方法或D2D专用信令方法建立连接，成为一组D2D设备对；
配对成功后，基站为D2D设备对分配信道资源，被分配的信道资源通常是复用蜂窝网络的信道资源。
场景2：在这种场景下，D2D设备没有全部在蜂窝网络的覆盖下。
即有些手机，没在基站的覆盖之下。
那么此时，基站只在开始阶段参与设备发现和会话的建立，负责引导设备双方建立联系，后续不再管理资源分配，由D2D设备根据内置算法自行选择信道资源。
图11 自行选择信道的D2D
这种D2D通信模式的网络复杂度比第一类D2D通信大幅降低。
但是，由于自行选择信道资源带来的干扰不可控，一般通信用户和D2D用户的通信质量都会受到一定影响。
场景3：此时所有的手机都不在蜂窝网络的覆盖下。那么此时，如何连接到大网呢，通过接力赛！
完全没有蜂窝网络覆盖下的D2D通信主要应用于蜂窝网络瘫痪的场景。比如说应急通信：
图12 D2D设备自主循迹接力，连接到基站
这种情形下，D2D设备的发现及会话建立都是由D2D设备自主完成的，不需要基站的参与，因此D2D设备的复杂度比前两类更高。
前面说过D2D终端设备具有充当中继节点自动转发消息的功能。所以，失去蜂窝网络覆盖的D2D设备可以通过中间D2D设备的消息传递，也就是多跳，最终连接到远方的基站，从而接入网络。
图13 一场接力赛
场景4：在这种情况下，多个设备连接到到wifi，然后进行通信。设备UE的控制信号将由基站处理。
WIFI中继提供了更高的数据速率、更低的功耗和避免了基站的业务过载.
图14 四种D2D场景
图14演示了四种常见的D2D场景。
㊀D2D之间的连接建立，需要一套复杂的算法保证高效地处理设备不受干扰。
需要从基站侧，增加到特定设备的信号传输功率，以克服周围的干扰。
㊁D2D通信是一种基于邻近的协议，因此由于功率需求，设备之间的距离受到限制。
㊂设备兼容性和网络能力是支持D2D协议的必要条件。
㊃尽管D2D通信有效地提高了网络的效率，但也引起了人们对安全和隐私的关注。必须实现高级加密技术和传输协议，以保护与用户有关的信息。
根据预测，2020年时，全球范围内将会存在大约500亿部终端设备接入通信网络，其中的大部分是具有物联网特征的机器通信终端。这些机器终端恰好具有邻近通信的特征，届时以基站为中心的传统业务模式可能无法及时响应这海量数据的传输需求，而D2D作为一种补充通信模式将为5G时代的移动终端的海量接入及大规模数据传输开辟新的途径。
D2D通信在诸如自动驾驶汽车、机器对机器通信和其他物联网应用程序中具有重要意义。
想想我们在车顶上装个小型的微基站，然后利用D2D技术，可以实时与交通信号灯、其他车辆、周边路况信息进行通信，对自动驾驶的实现起到关键作用。
最关键的是，在紧急的情况下，如网络可用性有限或不可用，此时利用D2D技术，手机可以作为一个“大号”对讲机使用。D2D通信使用户能够连接到最近的设备，甚至在没有移动网络的情况下也可以相互交互。
说到这里，文章开头的问题自然有了答案：
D2D技术相比于蓝牙，为什么能够速率快，覆盖远？还是利用了现有的运营商网络啊。
利用运营商的授权频段，减少干扰；
利用运营商的基站信道资源，实现大速率传输；
利用基站的控制信道，实现相关D2D建立期间的控制信令的传输。
参考文章：
[1]中兴文档. "D2D，让通信的方式简单点",8月1日.