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近年来,移动设备数量急剧增长,视频流服务需求日益增加,致使频谱资源变得极为稀缺。作为5G的关键技术之一,设备到设备(Device-to-Device,D2D)通信技术允许物理位置相近的终端设备建立直接通信链路传输彼此间的数据,且使得D2D用户与蜂窝用户共享频谱资源成为可能。因此,D2D通信被视为提升系统频谱利用率和蜂窝网络吞吐量最有前途的解决方案之一。但是,将D2D通信技术引入到传统的蜂窝网络中会带来新的挑战。本文针对蜂窝网络和D2D网络组成的异构无线网络中干扰问题和能量效率问题两个方面做了深入研究,具体工作如下:第一,针对D2D用户与蜂窝用户共享频谱资源产生的干扰问题,以最大化系统中D2D链路的吞吐量为优化目标,提出了一种联合功率控制和信道分配的资源分配机制。首先,根据D2D用户的干扰门限和蜂窝用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)提出了一种基于用户间距离的复用准则,确定D2D用户可复用的信道资源集合;其次,在给定D2D用户复用任意资源集合的前提下,调整D2D用户的发射功率,以衡量各个D2D用户在不同信道资源集合上的吞吐量,但暂不分配功率;最后,基于功率控制的结果,采用组合拍卖的方法为D2D链路分配信道及对应的发射功率,从而实现了联合功率控制和信道分配。因此,系统资源分配结果更为合理。仿真结果表明,该机制能有效抑制跨层干扰和同层干扰,提升D2D链路的吞吐量,提高用户的QoS(Quality of Service)。第二,针对移动端设备能量效率低的问题,以最大化用户的能量效率为优化目标,提出了一种基于分簇的资源分配机制。首先,运用图论中无向图理论和蚁群遗传算法为D2D用户分簇,且随着异构网络场景的变化,无向图会动态改变,从而形成新的分簇方案,因此该算法具有自适应性;其次,以簇内正交簇间复用为准则,采用拍卖算法为D2D用户分配信道资源,能有效降低用户间干扰;最后,根据用户行为的自私性,建立非合作博弈模型,结合不动定点理论和迭代算法对完成信道分配的用户分配功率,使用户的能量效率最大化。仿真结果表明,该机制有效延长电池续航时间,提升用户的能量效率。