随着无线通信技术的不断发展,在频谱资源短缺的当下,仅靠微波频段必然无法实现数据的高速率传输。为迎合高速发展的通信需求,增加频谱带宽是既简单又直接的方法。毫米波有丰富的频谱带宽可为现代通信提供大量可利用资源,但考虑到毫米波通信路损较大,基站射频链路有限,一方面要解决毫米波基站与用户间的定向通信问题,另一方面要解决基站射频链路不足带来的用户接入率问题。在业务需求量大的密集型短距离传输场景或实时性要求高、需要传输大量数据的情况下,毫米波信号DOA估计技术可以实现用户间的定向通信提升传输质量,同时将毫米波与D2D通信技术结合可以满足更多用户的通信需求并提升用户接入率。在此基础上,本文重点研究了毫米波定向通信系统中的信号DOA估计方法及D2D协同通信的资源分配方案,具体研究内容如下:1.针对毫米波信号源的DOA估计随频率变化,导致估计误差较大问题,提出毫米波信号向窄带信号转化的DOA估计方法。首先建立信号转化模型,通过构造聚焦矩阵将所有频点下的方向矩阵聚焦到参考频点下,减少波束因频率变化带来的影响,在此基础上得到所有频点下的平均协方差矩阵,从而利用ESPRIT算法实现毫米波信号DOA估计。研究结果表明:本文所提方法在中等信噪比范围内,可针对不用的信源方向实现稳定的DOA估计,随着天线阵元数增多,估计性能显著提升,并验证了所提算法的估计性能随频率变化仍保持整体稳定。2.针对毫米波基站射频链路有限,同一时频无法满足所有用户通信请求,导致频谱利用率较低问题。首先设计了基于拍卖模型的射频链路分配机制,将所有用户分配为蜂窝和D2D两种通信方式,借助D2D通信技术满足用户紧急通信;其次在保证用户QoS的条件下,利用线性规划方法为D2D用户匹配可复用蜂窝用户,并提出了基于拉格朗日算法的最优功率分配方案,通过控制D2D用户发射功率,提升系统吞吐量。研究结果表明,该方案可有效缓解射频链路紧张、提高系统吞吐量,且性能优于参考算法,并验证了在毫米波通信网络中较4G频段系统吞吐量有明显提升。