近年来,随着无线移动通信的不断发展,越来越多的新兴移动业务实现了落地与应用。因此,用户对网络的传输速率、时延、吞吐量等性能指标也有了新的要求。第五代通信系统(The 5th Generation Mobile Communication System,5G)应运而生,给移动通信带来了巨大的机遇与挑战,逐渐成为了业界的研究热点。然而,如何改善用户体验、降低系统功耗、减轻网络负载压力等也成为了未来网络亟需解决的问题。设备间通信(Device-to-Device communication,D2D)技术能够支持一定距离范围内的用户间直接通信,而不需要经过基站转接。该技术在扩展网络覆盖、提高系统吞吐量、降低用户功耗等方面有着广阔的应用前景。基于D2D技术和中继技术的D2D辅助中继通信技术,能够利用链路质量较好的用户设备(User Equipment,UE)作为中继,辅助其他“用户—用户”、“用户—基站”间的通信。其中,用户到网络中继(UE-to-Network Relay)技术,作为一种非常有前景的辅助蜂窝通信方法,受到了学术界和工业界的广泛关注。该技术借助用户间近距离通信,特定用户可以作为中继来辅助其他用户与基站之间的传输,使得小区边缘用户获得更好的连接体验。上述技术构成了5G终端协同场景的一部分。针对密集化的节点部署带来的网络能耗显著增长这一问题,本文对UE-to-Network Relay技术在上行蜂窝网络中的应用进行了研究。本文考虑网络中的用户能够通过直连模式或UE-to-Network Relay模式与基站进行上行通信。为了分析网络的性能,本文利用随机几何理论对上述网络进行了建模,并提出了一种分析框架和一种灵活的模式选择方案。在系统模型的基础上,本文推导出了终端发送功率、用户中继概率和系统中断概率的数学表达式,并通过系统级仿真验证了理论分析的正确性。仿真结果表明,在蜂窝网络中使用UE-to-Network Relay技术,能够在降低用户功耗的前提下,同时降低中断概率。UE-to-Network Relay的应用在扩展小区服务范围、提升用户体验等方面有显著成效,但是,随着网络中用户请求数的激增,回程链路的压力仍是运营商面临的巨大的考验之一。而内容缓存技术被认为是一种非常有效的方法,能够减少数据流量、减轻回程网络的负担。因此,本文联合考虑UE-to-Network Relay技术与内容缓存技术在5G终端协同场景中的中的应用。本文建立了针对性的分析框架来建模网络模型,并提出了四级分层模式选择方案。该方案通过判断缓存中是否存在请求文件以及是否存在满足条件的中继用户,按照下列优先级顺序进行模式选择:(1)自请求模式,(2)D2D请求模式,(3)UE-to-Network Relay请求模式,(4)蜂窝请求模式。基于系统模型,利用随机几何数学工具,推导出缓存命中率、成功传输概率、以及缓存辅助吞吐量的数学表达式。系统级仿真证明了理论分析的正确性,仿真结果表明,为了满足通信需求,需要合理地设置用户与用户、用户与基站间的距离阈值。此外,根据用户密度和内容流行度分布选择合适的缓存策略也是提高网络性能的关键方法。综上所述,本文针对5G终端协同场景下的通信网络进行了性能分析,分别考虑了 UE-to-Network Relay技术与内容缓存技术在该场景中的应用。文末对本文的研究内容进行了总结,并探讨了在所选研究点基础上的未来可研究方向。