随着智能终端的普及,人们对于移动多媒体业务的需求日益增长。巨大的数据传输量和庞杂的业务种类导致蜂窝网络中基站(Base Station,BS)的负担越来越重,BS的服务能力逐渐无法满足用户的业务需求。为了在不增加BS数量的前提下满足不断上升的业务需求,终端直通(Device-to-Device,D2D)功能被引入蜂窝通信系统中。D2D功能的引入不仅能够降低BS的负荷,还能降低通信的传输时延、提高系统的能量效率和通信容量,因此被视为第五代移动通信网络(5G)中的关键技术。在嵌入D2D功能的蜂窝网络中邻近用户间可以通过建立直达链路来实现点对点的直接通信。因为通信数据无需BS中转,D2D通信可以极大地减轻BS的负担,降低用户的传输时延。此外,由于直达链路通信距离小、路径损耗小的优势,D2D通信还可以获得复用增益、跳数增益和信道增益,进而提高系统能量效率和频谱效率。但是在带来上述好处的同时,D2D通信也会对复用相同频谱资源的蜂窝用户产生干扰,损害蜂窝通信质量甚至降低系统的整体性能。所以,D2D通信干扰管理技术成为了实现嵌入D2D功能蜂窝网络的关键技术之一。现有的D2D通信干扰管理技术多基于用户间的实时信道状态信息(Channel State Information,CSI)来实现干扰管理。基站为了获得用户间的实时CSI需要付出巨大的时间和信令开销,这会使得网络不堪重负、降低系统的数据传输容量。为了规避用户间实时CSI获取开销大的问题,本文基于随机几何理论来估计用户间CSI的统计特征,进而实现嵌入D2D功能蜂窝网络中的干扰管理,以抑制D2D通信对蜂窝通信的干扰。本文主要研究包括以下三个部分:(1)单小区场景中共信道模式下的D2D通信干扰分析与管理;(2)多小区场景中通用模式下的D2D通信干扰分析与管理;(3)面向D2D通信保障的功率控制方法。第一部分基于随机几何理论研究了单小区场景中共信道模式下D2D通信对蜂窝通信干扰的统计特征并计算了给定蜂窝业务接入失败概率要求下网络允许的最大D2D用户密度。为了量化D2D通信对蜂窝业务接入失败概率的影响,文中利用随机几何和随机过程建立了一个随机网络模型。在该模型中基于用户位置和信道衰落的分布函数估计了D2D通信对蜂窝通信干扰的统计特征,并推导了蜂窝业务接入失败概率的表达式。对于给定的蜂窝业务接入失败概率要求,利用该表达式可以计算出网络允许的最大D2D用户密度和最大D2D发射功率。最大D2D用户密度可以为D2D通信的接入控制提供理论依据,即BS通过限制网络中D2D用户的密度降低D2D通信对蜂窝通信干扰,达到D2D通信干扰管理的目的。仿真结果验证了估计的接入失败概率的准确性,并证明通过限制D2D用户密度和D2D发射功率可以满足蜂窝业务的接入失败概率要求,起到保护蜂窝通信质量的目的。第二部分在多小区场景中通用模式(共信道模式和正交信道模式)下分析了D2D用户和相邻小区基站对蜂窝用户干扰的统计特征,并计算了给定蜂窝业务接入失败概率要求下网络允许的最大D2D用户密度和最大D2D资源分配因子。相比于单小区场景,多小区场景中蜂窝通信的干扰环境更加复杂,蜂窝用户将同时受到D2D用户和相邻小区基站的干扰。文中基于随机几何和随机过程建立了一个随机网络模型来量化D2D通信干扰和相邻小区干扰对蜂窝业务接入失败概率的影响,并推导出了蜂窝业务接入失败概率表达式。对于给定的蜂窝业务接入失败概率要求,利用该表达式可以计算出网络允许的最大D2D用户密度和最大D2D资源分配因子。BS基于最大D2D用户密度和最大D2D资源分配因子可以限制D2D通信对蜂窝通信干扰,达到D2D通信干扰管理的目的。仿真结果表明,所提的D2D通信干扰管理方法可以有效降低D2D通信对蜂窝通信干扰,满足蜂窝业务接入失败概率要求。第三部分研究了D2D通信的功率控制问题,并提出了面向D2D通信成功概率保障的功率控制方法。在该方法中,D2D发送用户在保证D2D通信成功概率的前提下,使用最小的D2D发射功率进行通信进而降低D2D用户间的相互干扰以及D2D用户对蜂窝用户干扰、提升覆盖概率和能量效率。文中基于随机几何理论来估计蜂窝通信对D2D通信的干扰分布以及D2D用户间的干扰分布,进而获得D2D通信成功概率表达式。利用该表达式我们计算出给定D2D通信成功概率要求下D2D用户的最小发射功率。相比于基于实时CSI的功率控制方法,本文所提的面向D2D通信成功概率保障的功率控制方法考虑了用户位置和信道衰落的统计特征,因此在用户具有高移动性的网络中能够获得更高的可靠性,并且反馈开销更小、复杂度更低。仿真结果表明,所提功率控制方法在保证D2D通信成功概率的前提下可以显著提升蜂窝通信的覆盖概率和能量效率。