随着5G蜂窝网络的快速发展,终端直通通信技术(Device-to-Device communication,D2D)因其高传输速率、高频谱及能量利用率的优势被广泛关注。在合理的功率控制和资源分配方案下,D2D通信技术可以大幅度提高小区吞吐量并改善小区边缘用户的用户体验。但由于手持设备电池容量的限制,基站调度上应尽可能使终端的续航时间更长。短距离和不借助基站的一跳式通信使得D2D具有能量效率高的优势,而能量效率正是5G网络建设中的关键衡量指标,但其中的重难点是资源分配和功率控制等技术的联合设计以充分发挥D2D通信系统的能效优势。本文的选题来源于导师承担的国家自然科学基金项目(61372126)。本文以蜂窝用户和D2D用户共存的单蜂窝小区为系统模型。首先阐述了D2D通信技术和能量效率的研究现状,基于能量效率的定义及其与发射功率、电路功耗、路径损耗等的关系,得到能量效率的优化目标函数;然后利用分式优化的理论对小区内整体能量效率性能进行优化讨论;仿真结果表明:在合理的基站调度下加入D2D通信技术后小区的能效性能有显著提高。为进一步研究最佳的能效优化方案,本文从功率控制的角度,通过分步优化方法分析了单个用户在不同通信模式下的能效优化,分别给出了蜂窝用户在被D2D用户对复用资源的情况下二者最佳发射功率的确定方案,由仿真分析可知此时D2D用户的能效可以达到最优。最后本文从小区内资源分配的角度,以能量效率最大化为目标,结合图论理论研究了小区整体资源的分配问题,并且考虑到小区中D2D设备数量过多时加入模式选择后的资源分配方案,仿真结果表明该方案在系统整体能效性能方面可以带来明显增益。