随着下一代移动网络的快速发展,终端设备与应用程序的数量呈现爆炸式的增长,如何在有限的频谱资源中获得更快的数据传输速率、更广的网络覆盖范围以及更高的频谱资源利用率成为了学者们共同的研究目标,设备到设备通信(Device-to-Device,D2D)等前沿通信技术应运而生。设备到设备通信是指通信网络中邻近设备之间直接通信的技术,目前已被列为第五代移动通信(The 5th Generation,5G)的关键技术之一。D2D通信技术的引入,可以有效地提高频谱利用率、降低传输时延、扩大网络覆盖、提高系统吞吐量,但同时D2D通信技术也会因频谱资源复用而产生更加复杂的干扰情况。因此,只有进行有效的无线资源管理才能发挥出D2D通信技术的优势。本文基于以上背景,主要研究了在异构蜂窝网络中如何合理地为D2D用户选择通信模式以及分配频谱资源的相关技术和解决方案。本文主要工作以及创新点总结如下:1、本文介绍了D2D通信技术的概念和主要的增益特性,并与其他短距离无线通信技术进行了多方面的比较。然后分析了D2D设备发现与会话建立过程,研究了D2D用户复用频谱资源的四种干扰场景以及D2D通信技术的四种通信模式,同时对D2D用户更适合复用上行链路资源的原因进行了分析。另外,本文还总结了可以解决干扰问题的功率控制方法以及D2D通信技术的应用场景。2、针对D2D用户采用蜂窝模式时通信服务质量不佳,而随机复用宏用户(Macro User Equipment,MUE)资源则会产生严重干扰的问题,本文引入拍卖模型中的VCG(Vickrey-Clarke-Groves)拍卖,提出了一种基于位置限制和VCG拍卖的D2D用户通信模式选择方案。根据MUE和D2D接收端的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)确定位置限制范围,将MUE进行集合划分。然后在D2D用户可复用的MUE集合中,利用VCG拍卖为D2D用户确定通信模式,为采用复用模式的D2D用户选择最佳复用对象。仿真结果表明,本文所提出的算法能够为D2D用户选择最优的通信模式,显著改善D2D用户性能,提高了频谱利用率,提高了系统的吞吐量。3、针对D2D用户数远大于链路资源数的情况,本文提出了一种基于位置限制的D2D用户分簇资源分配方案。首先,根据D2D接收端的信干噪比确定位置限制范围,并与D2D用户对之间的距离作对比,构建出干扰拓扑图,采用图着色理论对D2D用户进行分簇。然后,为了满足D2D用户和宏用户的QoS需求,对D2D用户簇进行筛选、重构。最后为D2D用户簇分配最优频谱资源进行复用。仿真结果表明,本文所提出的算法能够有效地提高D2D用户的接入率,提高频谱利用率和系统的吞吐量。