设备直连(Device-to-Device,D2D)通信是5G通信的关键技术之一,其在提高频谱利用率和系统容量等方面有重要作用,但D2D通信面临着同频干扰过大和终端设备耗能过高等问题。因此,本文研究了跨小区D2D通信场景下的模式选择策略,以解决同频干扰问题和能量消耗问题。尽管针对高能效D2D模式选择的研究已取得一定成果,但相关研究内容未考虑D2D通信和信道的特点,其具体表现在:1)部分研究假设D2D通信时的信道衰落为瑞利衰落,此假设未能体现D2D用户能近距离通信的特点;2)大多数研究认为获取的信道状态信息是完美的,但未考虑信息在信道中传输时会受到环境的影响,导致基站很难获取完美的信道状态信息,为准确评估系统性能,需考虑信道状态信息的不确定性;3)移动设备能量获取时终端设备位置是随机性,不能直接将通信距离设置为常量。为此,本文对基于能量感知的跨小区D2D模式选择机制进行了研究,其主要研究工作如下:1.建立跨小区D2D通信模型和信道模型。相比现有研究,该模型考虑了D2D用户之间通信距离较长,以及D2D用户通信时信道的情况。本研究根据基站覆盖范围的限制建立了跨小区D2D通信模型,即通信链路的接收端和发射端不在同一小区。本文根据通信距离来分析信道模型,如复用和专用模式下D2D链路的信道衰落为莱斯衰落;蜂窝模式下D2D链路的信道衰落为瑞利衰落;三种模式下蜂窝链路和干扰链路的信道衰落为瑞利衰落。2.针对D2D模式选择问题,本文分析了信道状态信息不完美美情况下链路接收端的信干比大于预定阈值的概率,即通信链路的成功率,并以此为变量利用随机几何理论知识和香农定理推导链路的各态历经容量,后基于系统容量和其与总能耗的比值设计模式选择算法。3.基于能量获取的D2D模式选择问题,本文分析了D2D接收端和蜂窝接收端所接受到的功率(包括信号功率和干扰功率),并推导出在无线携能通信的功率分流结构下其接收端能量获取的封闭表达式。结合能量获取和上述所得各态历经容量,提出一种基于无线携能通信的高能效D2D模式选择策略。综上所述,本文研究了跨小区D2D通信场景下的模式选择问题,建立了通信模型和信道模型,设计了模式选择策略,有效地提高了系统能效和能量利用率。最后通过仿真实验分析了完美信道状态信息和不完美信道状态信息条件下的链路成功率、各态历经容量以及系统能效,并验证了理论结果的正确性。