● 摘要
蜂窝移动通信系统自问世以来，已经经历了三个重要的发展阶段。未来移动通信的发展将呈现出以宽带数据业务为增长点，本地通信需求为主体的特点。终端直通（Device-to-Device，D2D）技术应用于蜂窝系统，为本地通信用户提供高性能的移动通信服务成为近年来的研究热点。
本论文在充分调研D2D技术研究现状的基础上，分析了终端直通技术在蜂窝系统中的需求和挑战，研究了干扰管理、资源分配、功率控制和模式选择等关键技术，致力于给出高性能的D2D方案设计。
在干扰管理的研究中，总结了现有D2D通信的干扰管理方案，并分析了适用于多用户场景下的干扰管理方案，提出了一种基于有限干扰域的干扰管理方案。通过使D2D通信复用有限干扰域内的蜂窝链路资源，能够有效改善系统中的干扰状况，提高系统性能。方案进一步分析了有限干扰域的大小对系统性能的影响，并证明了有限干扰域最优解的存在。
在资源分配的研究中，分析了D2D通信资源分配方案的研究进展，提出了一种基于图论的资源分配方案。方案以最大化系统容量为优化目标，考虑了多用户场景下特有的累加干扰和反馈信息量问题。在保证蜂窝链路和D2D链路性能的前提下，能够实现系统容量的最大化，减小所需的反馈信息量，降低实现的复杂性。然而，研究发现，以最大化系统容量为优化目标的资源分配方案存在D2D用户对接入概率较低的问题，为此，又提出了一种以最大化D2D用户对接入概率为优化目标的资源分配方案，方案在保证蜂窝链路和D2D链路通信质量的前提下，能够使D2D用户对的接入概率达到最大。
在功率控制的研究中，分析了D2D用户数目较多的情况下，蜂窝系统资源干扰受限的特性，提出了一种以终端发射功率最小化为目标的功率控制方案。首先分析了满足约束条件的功率值存在的条件，然后在资源分配方案的基础上得到了通过求解线性方程组计算最小功率值的方法。方案能够降低整个系统的干扰水平，进一步提高D2D用户对的接入概率。
在模式选择的研究中，提出了一种基于Relay模式的模式选择方案。首先提出了一种基于信道互易性的分布式Relay节点选择方案。独创性地提出以最小化D2D链路的中断概率为选择Relay节点的依据。利用信道互易性原理避免了对信道状态信息的测量和反馈，简化了算法的复杂性。在此基础上，以D2D模式、Relay模式和蜂窝模式作为可选模式，提出了D2D通信模式选择的准则，当D2D链路的SINR大于门限值时采用D2D模式，否则采用Relay模式，如果没有可用的Relay节点则采用蜂窝模式。模式选择方案能够以尽可能少的资源和尽可能高的速率实现D2D终端之间的通信，进一步增强D2D链路的性能。