随着无线通信技术的快速发展和用户量的不断增多,用户对数据的需求也在不断增大,这就造成了传统蜂窝网络负载的急剧加重。当前一种主流方案是在小区中部署多个微蜂窝,但随着小区数的不断增加,提高了方案实施的复杂度和成本。而且在很多区域内较低的频谱利用率和授权频段上频谱空洞的发掘让我们引入了认知无线电技术。认知无线电技术主要由三个部分组成:频谱感知技术,频谱管理技术以及频谱共享技术。另一方面,目前的通信网络将是以高速率进行数据传输、高质量进行数据保障为目标,如何有效的利用有限的频谱资源来实现无线宽带化显得尤其重要。D2D直通技术应运而生,它无需基础设备的支持而让终端用户不经过基站直接进行信息传输,不仅降低了蜂窝网络的负载率,而且提升了整体网络的吞吐量。本文主要从频谱接入策略作为切入点,旨在尽最大可能保证在不同的通信设备之间存在相互干扰的前提下,及时的发现未被使用的资源并动态的共享频谱资源以提高频谱资源的利用率。频谱接入策略作为一种特定的频谱共享技术主要分为overlay接入、underlay接入以及混合接入。在认知D2D网络中,利用D2D用户的认知能力实现主用户和次级用户之间的频谱复用,进而让整体网络的传输速率达到最大。为了对系统模型进行准确细致的分析,首先对系统网络模型、信道模型、信号与干扰加噪声模型(SINR)分别建模,然后结合从频谱分配和功率控制两个角度对问题进行刻画形成了一个频谱功率联合优化问题。一看到优化问题第一想到的运用凸优化思想进行求解,经证明此函数为非凸函数,于是我们引入四色定理运用智能启发式算法中遗传算法结合混沌思想将问题转化为一个混合整数优化问题(MINLP)。经过仿真结果与暴力搜索法进行对比,本算法不仅可以得到理论上的一个次优解,而且在时间复杂度和可行性上都较暴力法有显著的提升。随后本文在基于频谱接入策略underlay模式的基础上,运用随机几何学对系统传输性能的核心指标中断概率进行建模分析。在此模式下,次级用户可以在对主用户的干扰低于某一规定阈值的情况下与主用户共同复用频段进行传输。于是我们将认知D2D网路中断事件定义为D2D收发对SINR小于预定阈值。此外,我们都知道信道容量与信道特性是密切相关的,不同的信道衰落模型以及不同的用户位置分都将带来不同中断概率分布和变化曲线。本文利用随机几何学中泊松点过程分别对基站、D2D用户位置进行描绘,在假定信道衰落是瑞丽衰落和干扰服从指数分布的情况下,对网络中典型D2D收发对的中断概率进行了推到分析,并将其与传统网格模型和经验模型进行了对比。最后,本论文将D2D技术与认知无线电结合,符合未来异构无线通信网络的发展趋势,有助于人们对无线通信的研究和探索。