D2D(Device-to-Device)通信作为第五代移动通信的关键技术之一,受到了学术界与工业界的广泛关注。然而,D2D通信的发展也面临诸多困难和挑战,其中以同频干扰大,终端能耗高尤为突出。通信模式选择是有效应对上述两大挑战最为直接有效的手段。尽管业界在D2D通信模式选择的研究上已取得一定进展,但这些结果(论)的前提假设大都与实际情况不符,具体表现在:1)某些工作假设D2D通信无论采用何种模式,其小尺度衰落均为瑞利衰落,即假设D2D通信距离为非视距;2)部分研究假定发射端与接收端之间距离不变;3)大多数文献假设同类型用户发射功率相同,如所有蜂窝用户(或D2D用户)的发射功率相同。为此,本文提出“基于随机几何的高能效D2D模式选择机制研究”的课题,主要工作如下:(1)建立了多小区D2D通信模式选择的系统模型。相比已有研究,该模型规定发射端与接收端之间的通信距离为随机变量,并根据距离对不同D2D通信模式下的小尺度衰落进行视距或非视距区分。(2)基于模式选择系统模型,利用随机几何推导得到不同模式下蜂窝链路和D2D链路的成功率、各态历经容量及系统能效解析表达式,并设计了以系统能效为依据的模式选择机制。(3)扩展模式选择系统模型,提出功率分层策略。在该策略中,同类型用户不同层时发射功率不同。立足于扩展模型,设计基于功率分层的模式选择机制,降低设备能量消耗。通过实验仿真结果发现,外层用户较内层用户距离基站更远,但外层用户通信成功率反而比内层用户高。(4)以提高D2D通信终端续航能力为目标,引入无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT),提出基于SWIPT的D2D通信模式选择机制,促使能量得到进一步的有效利用。通过仿真实验验证了该机制的合理性与有效性。综上所述,本文对D2D模式选择机制展开深入研究,在符合工程实践假设的前提下建立了系统模型,提出分层策略,并结合SWIPT与D2D通信技术的耦合特征,设计了模式选择机制,有效地克服通信同频干扰和终端能量不能得到充分、有效利用的难题,为推动D2D模式选择技术的发展与应用奠定了理论基础。