智能手机的快速增长导致了对移动多媒体服务的爆炸性需求,传统蜂窝网络面临着巨大挑战。由于大城市人群密集化,设备之间通信距离缩小,产生了新的通信机会,D2D(Device-to-Device,设备对设备)作为5G的候选关键技术脱颖而出。然而,将D2D引入传统蜂窝网络会带来了诸多技术难题,例如D2D设备发现与链路建立、模式选择、资源分配以及移动性管理等。为了解决引入后两者的共存问题,本文将重点研究蜂窝网络下D2D的模式选择以及资源分配相关问题。现有大部分研究文献中,D2D通信多是采用传统的3种通信模式:蜂窝模式、复用D2D模式以及专用D2D模式,并未考虑更多的模式情况,且未根据小区网络负荷状态进行系统研究。为了适应未来5G D2D通信需要,本文研究了新的5GD2D通信模式:本地路由模式、直接D2D模式以及中继辅助模式,并对单小区内基站负载情况进行了分级,对应不同分级设计相应的通信模式。本文在介绍D2D通信研究背景意义、现状以及概述的基础上,将单小区基站的网络状况进分为三级:非满负载、满负载,非满载再细分为低负载以及中负载。论文首先详细分析了各负载情况下的D2D用户复用蜂窝用户上行资源的干扰情况,在低负载下,由于空闲资源数较多,本文提出了基于最大可达速率的模式选择以及资源分配方案;中负载下,空闲资源数相对较少,使用低负载方案会导致D2D用户公平性急剧下降,所以针对中负载情况提出了基于信道状态的模式初选方案,并通过联合模式选择、功率分配以及资源分配来最大化D2D用户的吞吐量。仿真表明,非满负载下的两种方案在满足蜂窝用户和D2D用户速率以及公平性的基础上,能有效提高D2D用户的吞吐量。另外,由于满负载下无空闲资源,非满载的方案不再适用,所以针对满负载的情况进行了功率分配算法的推导与计算,并提出了基于KM算法下联合模式选择与资源分配的方案。仿真表明,对比现有方案,本方案能有效提高D2D用户及其复用的蜂窝用户的吞吐量。