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随着无线通信技术的飞速发展,多种新标准、新技术不断涌现。为了满足日益增长的移动互联网本地业务需求,下一代移动通信技术拟引入终端直通(Device to Device)技术,即复用蜂窝通信的处理能力进行终端间不通过基站转发的直接通信。对于终端而言,D2D技术可以提供比基站转发更高速率、更低功耗的短距离传输服务；对于蜂窝网络而言,D2D技术可以降低基站负载,提高频谱资源利用率和边缘覆盖质量。近年来,D2D技术已成为移动通信研究领域的一个热点。在这样的背景下,本论文首先提出了一套相对完整的、可实现的D2D通信流程,并在通用处理器(GPP)上实现了一个基于SDR的可扩展的D2D实验验证平台,可完成D2D功能演示以及对局部方案进行测试验证。基于GPP的系统灵活和易于维护,但在非实时的操作系统上实现实时的D2D通信,实时处理是设计中面临的巨大挑战。本文的工作和创新点如下：1、创新地提出了一套在LTE/D2D异构网络下D2D终端的接入和通信流程,对其中多个关键步骤给出了可行的解决方案。D2D终端可以在现有的LTE蜂窝网络环境下完成无干扰的组网和接入,利用蜂窝网络提供的广播信息,干扰可控地与蜂窝系统复用频谱资源。2、在基于通用处理器的Linux服务器上通过对LTE物理层和协议层的实现、定制化和整合,设计和开发了可实现上述通信流程的D2D实验验证平台,支持多种IP数据业务,以及可视化的系统状态实时监控。通过组网和业务实验验证,该验证平台可实现传输能力高于17.52Mbps的D2D通信,并支持自主组网、中继路由等功能。3、为了在非实时的操作系统上实现实时的D2D通信,对系统架构、软件模块性能以及操作系统环境进行了一系列优化。通过流水线处理和SIMD等方式增强系统并行度,使得D2D通信中的数据接收和发送调度等关键环节的处理时间满足系统实时性要求。