随着移动通信业务的快速发展,频谱资源愈发匮乏,难以满足日益剧增的移动智能终端及其承载的新型多媒体应用需求。D2D通信技术通过复用蜂窝用户的资源实现邻近终端间数据共享传输,可以减轻基站负载、终端能耗和传输时延,从而提高网络资源利用率、系统容量和用户体验。因此,展开D2D通信资源分配研究具有重要意义。在D2D通信技术应用过程中,需要避免由于同频干扰带来的效率低下的问题,因此D2D资源分配问题引起了国内外学者们的广泛关注,但是D2D单播和多播两种通信方式下的资源分配研究仍存在以下问题需要解决:在单播通信方面,往往采用上行或下行单一的频谱复用方式,且以局部用户(D2D用户或蜂窝用户)性能提升为目标,而忽略了蜂窝系统整体性能的提升;在多播通信方面,虽然关注了网络性能的提升问题,却忽略了终端能耗的问题以及社交网络对D2D多播通信的影响。针对以上问题,本文围绕D2D单播和多播两种应用场景,分别展开基于上下行频谱复用的D2D资源分配机制、基于3-D匹配的异构蜂窝D2D资源分配机制、基于二分图最优能效匹配的D2D多播资源分配机制、基于社交感知的D2D多播资源分配机制等四个方面的研究,主要研究内容如下:(1)针对D2D单播通信仅复用上行或下行频谱资源,造成频谱利用率受限问题,提出了面向单基站覆盖场景下基于上下行频谱联合复用的D2D资源分配机制。该机制综合考虑信道分配因子、蜂窝用户SINR要求、D2D发射机功率等参数,构建以D2D用户吞吐量最大化为目标的混合整数规划问题,针对该规划问题,提出了三阶段分解优化方法,即频谱复用模式选择、信道分配和功率分配,通过仿真验证表明该机制的D2D的吞吐量相比于单独复用上行频谱资源方法提高了 40%左右。(2)针对异构多基站D2D资源分配只关注局部用户性能提升而忽略系统整体性能提升的问题,提出了基于3-D匹配的异构蜂窝网D2D单播资源分配机制,该机制在保证宏蜂窝、微蜂窝、D2D网络各层的服务质量要求下,构建联合功率与信道分配的非线性整数优化问题,并结合3-D几何顶点法与超图匹配法,实现了系统整体吞吐量最大化,通过仿真验证表明该机制的系统整体吞吐量相比于二维的最小零面优先的分配算法提高了 55%左右。(3)针对D2D多播研究中只关注性能的提升而忽略终端能耗的问题,提出了基于二分图最优能效匹配的D2D多播通信资源分配机制,该机制综合考虑用户服务质量、最大发射功率等因素,构建了最小化终端能耗且最大化D2D多播组接入率的多目标优化问题,利用几何规划方法求出单个D2D多播簇与单个蜂窝用户复用时的最佳功率分配,基于二分图模型找出D2D多播簇集合与蜂窝用户的最佳信道匹配方案,通过仿真验证表明该机制相比于经典的逆向排序法系统终端功耗降低了 5%左右,D2D接入率提高了 10%左右。(4)针对D2D多播研究中没有考虑社交网络对资源分配的影响问题,提出了基于社交感知的D2D多播资源分配机制,该机制综合考虑社交域的社交关系、中心性以及物理通信网的物理距离等因素,构建用户之间的社交-物理关系图,基于迭代思想设计了贪婪式D2D多播分簇算法,在此基础上,进一步结合基于一对多匹配的资源分配算法实现了系统吞吐量的最大化,通过仿真验证表明该机制与经典的随机算法相比系统整体吞吐量提高了 50%左右。