蜂窝移动通信终端直通技术（D2D，Device-to-Device）是一种使用授权频带的短距离通信技术，它能够弥补传统以基站为中心的蜂窝通信在系统容量、覆盖范围和频谱利用率等方面的局限性。当D2D通信以非正交的方式复用蜂窝用户的频谱资源时，两者间将产生严重的同频干扰。为了保障两者的正常通信，需要一种合适的资源分配方法来协调这种干扰。因此，研究D2D的资源分配有着较大的现实意义。针对在蜂窝通信系统中引入D2D产生的干扰问题，论文提出一种基于QoS的D2D资源分配方案和算法。该方案根据D2D短距离、低功率的通信特点，在保证发送端有足够的输入回退时，D2D用户以OFDMA的多址接入方式复用蜂窝用户的上行频谱资源并进行相应的资源分配。仿真结果表明，该算法无论是在满足用户目标速率的比例上，还是在D2D用户获得的平均速率上都有更好的性能表现。针对小区边缘用户通信质量较差的问题，本文对移动用户作为中继的D2D中继通信方式进行了研究，并提出一种中继选择和资源分配的联合算法。该算法与直接资源分配算法相比不仅能明显提高系统的总容量，还可以达到甚至超越固定中继资源分配算法的性能，减少系统的建设成本，尤其大大提高了小区边缘用户的链路容量和服务质量。针对D2D中继通信中严重的瞬时衰落，本文提出一种联合物理层自适应调制编码技术和数据链路层混合ARQ技术的跨层优化方法。仿真结果表明，该跨层优化设计不仅能够提高D2D中继通信链路的平均频谱利用率，还能够减小中继链路的中断概率，从而增强D2D中继通信链路的自适应性和稳健性。