未来,IMT-Advanced将提供高达100MHz的带宽来实现高速率传输。为了满足IMT-A的要求,许多新的无线接入技术提交给国际电信联盟。其中,由于能够有效提高频谱效率,Device-to-Device作为一项极有前景的技术已经引起人们越来越多的关注。蜂窝模式下的D2D通信可以有效利用通信双方距离较近的优势,增加资源的利用率,改善蜂窝覆盖范围。相对于传统的蜂窝模式,D2D通信需要新的邻居发现方法、模式选择算法和无线资源管理算法来进一步发掘D2D通信的潜在优势。首先,详细的介绍了蜂窝网络下的D2D通信的各项关键技术,对邻居发现的定义、部署场景以及性能指标逐一做了说明。对现有的具有代表性的几类邻居发现算法进行了详细的分析、对比和讨论。对模式选择中几种常见的通信模式进行详细介绍,并分析了蜂窝网络中引入D2D通信后的带来的干扰,主要是D2D以复用方式共享蜂窝资源带来的复杂干扰。其次,介绍了发现场景的新特点及对发现算法的要求,并研究分析了当前的发现算法。针对当前算法中的不足,本文提出了基于OFDM物理层的邻居发现算法,该算法可以同时应用于有基站覆盖时的场景和无基站覆盖时的场景。而在这两种场景下采用相同物理层信道结构,这样做可以使得大大降低终端实现的复杂度。同时,算法采用了灵活的周期设置,使得每个周期的可用资源可以随着系统中的UE数量而变化。最后,为现有的模式选择场景加入了一种全新的场景：D2D中继场景,并详细描述了D2D中继场景的特点和中继选取的准则,最终针对三种不同的场景给出系统总的架构,构造了以系统吞吐量为目标函数的最优化问题,并给出了模式选择和资源分配算法。首先,在不考虑资源复用的情况下,模式选择与资源分配问题被建模为一个混合整数规划问题,通过松弛信道分配参数,问题被转化为一个凸优化问题,二元分解法被用来求解此凸优化问题。其次,为了充分利用空间复用增益,提出了UE配对资源复用算法,通过复用彼此的资源,使得各自的速率得到提升。仿真的结果表明,我们的算法可以有效提高系统的吞吐量。