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智能移动设备的普及为现代生活带来方便的同时也造成频谱资源匮乏的现状。为提高传统蜂窝网络的频谱利用率,邻近用户通过重用蜂窝频谱直接传输信息的非正交模式终端直通(device-to-device,D2D)通信技术引起研究人员的关注。如何将频谱资源块、功率等资源合理地分配给蜂窝用户与D2D用户,提高整个蜂窝D2D通信系统的传输速率与资源利用率,是资源分配策略研究的重点。另一方面,由于网络环境的恶化和移动用户数量的增多,网络安全问题变得日益重要;而通信系统自身或外部环境的限制使得信道参数的不确定性普遍存在,信道状态信息不完全可知时的鲁棒资源分配问题成为研究的热点之一。因此,针对非正交模式的蜂窝网络下的D2D通信系统,论文分别在理想信道状况无窃听和有窃听以及非理想信道状况无窃听的场景下,兼顾蜂窝子系统与D2D子系统的性能,进行问题规划和求解,并对提出的资源分配策略进行仿真分析。论文的主要工作如下:(1)简述蜂窝D2D通信系统资源分配研究的相关背景及数学理论基础,主要包含D2D通信技术、物理层安全、鲁棒性优化、凸优化理论等。(2)在信道状态信息完全可知的状况下,分别研究D2D通信系统无窃听和有窃听的联合资源分配问题。以最大化D2D子系统的非保密速率和或保密速率和为目标函数,兼顾蜂窝子系统的速率服务质量要求,联合优化蜂窝及D2D用户的功率与资源块分配,建立优化问题。进一步,把混合整数非线性的优化问题转变成凸子问题,采用拉格朗日对偶方法求得凸子问题的闭式解,并采用一维搜索方法得到原优化问题的最优解。基于以上研究,仿真分析提出的联合资源分配策略的优越性,并研究考虑D2D通信安全对系统性能带来的影响。(3)在信道状态信息不完全可知的非理想信道状况下,研究无窃听时蜂窝D2D通信系统的联合资源分配问题。采用鲁棒性优化方法,将信道状态信息中不确定的部分表示为其精确值与估计值间的有界距离,构造相应的鲁棒性优化问题。该问题中包含两类不确定参数,分别存在于目标函数与限制条件中。针对这两类不确定参数,论文把原鲁棒性问题分解为两部分,并采用最坏情况鲁棒性优化方法分别进行求解。为减少最坏情况鲁棒性优化方法产生的代价,利用机会限制方法实现鲁棒性与最优性的折衷。进一步,通过敏感度分析,研究保护函数如何对D2D子系统的和速率产生影响,并且利用数值仿真分析考虑鲁棒性时系统性能受到的影响。