近百年来,通信的目标始终围绕着如何在有限的频谱资源内,实现高速、可靠的通信传输而展开,但是随着多媒体技术的快速发展,移动端用户对带宽的需求越来越大,当前的网络已经难以支持丰富多彩的多媒体移动应用。下一代蜂窝系统需要考虑非传统的通信来满足数据速率和系统容量的增长。设备到设备(D2D,Device-to-Device)通信是指两个或多个设备之间不经过基站,而进行直接通信的技术。通常情况下,D2D通信用户之间的距离较近,相关用户的发送功率也相对较小,因此,使用D2D通信技术在一定程度上可以延长D2D用户的电池寿命。此外,D2D通信技术工作在蜂窝网络的许可频段,可以复用蜂窝系统的资源,从而提高整个蜂窝系统的资源利用率。在D2D通信网络引入中继技术,不仅能够提高蜂窝网络的可靠性,同时能够扩大蜂窝网络的覆盖范围。因此,D2D通信技术具有较高的理论研究价值和实际应用意义。本文研究了蜂窝用户和D2D用户之间的资源分配问题、在蜂窝系统中引入D2D通信之后对蜂窝用户和蜂窝系统性能的影响、以及现代无线通信中的研究热点问题——无线信息和能量的同时传输(SWIPT,Simultaneous wireless information and power transfer)技术在传统蜂窝系统和D2D通信中的应用。首先,本文研究了蜂窝网络覆盖下蜂窝用户和D2D用户之间的资源分配问题。具体地,在传统蜂窝网络下,当蜂窝用户接入蜂窝网时,计算出蜂窝用户在所有资源块上的速率,并使用使其获得最大速率的资源块。同时其他蜂窝用户再进入该网络时,则不能再使用该资源块,直到该资源块被释放。在此基础上,本文研究了在蜂窝网络中引入D2D通信之后的资源分配问题,D2D用户之间采用博弈论中合作博弈的理论方法与蜂窝用户进行资源争夺。在蜂窝通信中,由于蜂窝用户相比D2D用户有更高的优先级,因此本文的优化目标,是在满足蜂窝用户需求的基础上,使D2D通信用户速率达到最大化。本文通过系统仿真验证了所提出方案的有效性,并与随机资源分配方案进行对比,具有更高的系统总速率。其次,本文对传统蜂窝网络中的SWIPT技术的应用进行了研究。在该系统模型中包含基站、多个单天线的中继以及单个蜂窝用户。首先,基站发送数据信息给中继,中继经过预编码之后将数据信息转发给蜂窝用户。与此同时,为了满足蜂窝用户的能量需求,中继将发送能量信息给蜂窝用户。本文考虑了中继和蜂窝用户之间信道估计误差,提出了一种具有鲁棒性的中继预编码方案,分别对数据信息和能量信息进行预编码。通过二分法迭代的方式获得最优的预编码矩阵,并通过仿真验证所提方案的有效性。此外,本文研究了在蜂窝网部分覆盖下的D2D通信中的SWIPT问题。该系统模型包含一个基站、多个蜂窝网覆盖范围内的D2D中继用户、以及两个蜂窝网覆盖范围外的D2D用户。由于D2D用户位于蜂窝网覆盖之外,不能与基站进行直接通信,因此通过D2D中继用户,将来自基站的信息转发给蜂窝网覆盖之外的D2D通信用户。同时D2D通信用户可以获得来自D2D通信中继的能量信息。此外,除了考虑D2D中继用户和D2D通信用户之间的信道估计误差之外,还要考虑不同小区中D2D用户之间的干扰问题。因此,本文提出了一种具有鲁棒性的D2D中继预编码方案,并通过分析和仿真验证了该方案的有效性。最后,本文对全文的研究内容进行了总结,分析了本文所研究内容以及所提出的算法的优势及缺点,并指出了D2D通信技术进一步研究方向。