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随着用户数量和业务需求的急剧增长，频谱资源短缺成为无线通信技术发展的瓶颈。如何更有效利用授权频段以平衡蜂窝系统频谱资源的供求逆差，成为重要的研究课题。为此，LTE-A网络引入D2D通信技术，允许短距离终端用户之间通过共享小区资源进行直接通信，可在一定程度上缓解蜂窝系统无线资源匮乏的难题。此外，D2D通信的技术优势还包括：减轻蜂窝基站的负载，降低移动终端设备的电池功耗，增大数据传输速率，还能支持新型的小范围点对点数据服务。鉴于上述优点，D2D通信技术受到了标准化组织、工业界和学术界的广泛关注。 本文的主要工作内容及创新点如下： （1）D2D通信在LTE/LTE-A网络下系统模型分析。首先，对LTE/LTE-A的网络架构、关键技术等内容作了简要概述；然后，在此基础上详细阐述了D2D通信在LTE/LTE-A网络下的工作原理，包括会话建立机制和资源共享模式等关键问题；最后，介绍了D2D通信技术典型的应用场景。 （2）D2D资源分配方案研究。本文引入载波聚合技术，允许每对D2D用户同时复用多个蜂窝用户资源。在多对D2D用户与多蜂窝用户共存情形下，提出了D2D用户自适应选择复用蜂窝用户资源的方案。在保证蜂窝用户服务质量的前提下，该方案通过设置干扰补偿因子计算蜂窝用户和D2D用户的功率限制，筛选出所有能够被复用的蜂窝用户，进而确定每对D2D用户可复用蜂窝用户的数目。然后，在D2D数据速率约束下，自适应选取实现最大吞吐量增量的蜂窝用户组合作为D2D用户最佳复用对象。与现有Kuhn-Munkres算法的仿真对比实验表明，本文方案显著提高了系统吞吐量增益和能量效率。 （3）D2D数据分发应用研究。蜂窝网络中相同需求的用户可以建立成簇以利用D2D通信技术提高数据分发效率。然而，D2D链路质量的差异可能会成为提高资源效率的瓶颈。本文通过设置数据速率阈值优先选择信道质量良好的D2D链路，利用D2D通信技术实现中继转发，提出了多跳D2D转发方案。该方案根据预先设定的数据速率阈值和D2D链路质量，自适应选择最优的中继、路由和转发跳数。与现有单跳转发方案的仿真对比实验表明，本文方案有效提高了时频资源的利用率。