3GPP长期演进(Long Term Evolution, LTE)当前被普遍认为是最有前景的无线通信技术,并已经开始了一定程度的商用。几十年来物理层技术的快速发展已经极大的提高了通信速率,与此同时,LTE的组网模式也在不断演进。随着异构网络的部署,当前无线通信网络逐渐由以基站为中心转向以用户为中心。在最近几年的LTE-A (LTE-Advanced)标准化进程中,端到端(Device-to-Device, D2D)直连通信由于其在提高系统吞吐量方面的巨大潜力而成为了讨论的热点。与此同时,随着移动通信基站及终端节点数目的增加,如何降低网络的能量消耗也备受关注。本论文针对移动通信系统中D2D的资源管理,干扰规避及能效优化进行了研究,并且评估分析了D2D通信引入后对现有LTE异构网络在能效方面的潜在影响。文章具体工作如下：首先,在D2D终端侧,针对传统蜂窝网络与D2D通信网络共存时产生的小区内干扰问题,提出了一种基于图论最优匹配Kuhn-Munkres (KM)算法的D2D用户上行资源分配策略。并考虑了固定功率下的传输,最优功控下的传输以及能效最优的传输三种不同的优化场景。分别对资源调度、功率分配进行独立或者联合优化。系统级仿真分析表明,所提出的基于KM算法的策略相比较经典算法(如贪婪算法)而言,在系统吞吐量方面平均能够得到30Mbps的增益,在系统能效方面,平均能够节省7dB的终端发送功率。其次,在蜂窝网络侧,针对LTE下异构网络的休眠节能策略,推导了小小区基站(Small Cell)的最优休眠业务量阈值,并定义了参数基站休眠率(Sleep Ratio, SR)与最大休眠基站量(Maximum Sleep Cell, MSC)来评估小小区休眠策略。进一步地,分析了D2D通信引入后对蜂窝网络侧能效的影响。仿真分析表明,当路损因子α=4.0时,所提出的小小区休眠策略可以节省30%的网络侧能耗。而引入D2D通信后,小小区休眠策略则可以在网络侧节省40%的能耗。因此,D2D通信的引入能够更大程度地发挥小小区休眠策略的作用,进而显著降低蜂窝网络侧的能耗。最后,综合考虑D2D与蜂窝网构成的整体系统,定义了系统能耗度量函数来评估系统能效,并证明了其具有的二次函数特性。仿真及分析表明,考虑整体能效时,D2D的引入在特定业务量及D2D用户分布情况下,反而会多消耗25.6%的能量。得出了D2D业务量需要根据度量函数特性及用户分布情况进行动态调整的结论。论文最后一章对全文工作进行了总结。承接本文的研究点,论文最后也罗列了一些未来可供研究的方向。