新一代的蜂窝通信的目的是向更广的覆盖范围、更大的频谱利用率、更高的系统吞吐量以及绿色节能的目标发展。蜂窝终端直通技术(D2D:Device to Device)的核心思想是在终端之间建立直接通信链路,完成设备之间的直连通信。同步是一个通信网络能够实现通信的基础,本文主要研究自组织D2D网络的同步技术。首先研究协议中规定的同步方案,分析其存在的问题,对其进行改进以提高同步方案的适应性、稳定性和收敛速度;然后,提出了一种最小定时误差的同步算法,可提高同步系统通信成功概率;搭建了系统级仿真平台,通过仿真验证算法的有效性。本文的主要工作贡献和创新点如下:第一,对协议中规定的D2D同步技术研究。通过研究3GPP Release-12版本协议中sidelink同步技术,分析了现有D2D同步技术和分布式同步经典算法。基于多跳中继的D2D同步方案,存在复杂场景适应性差、稳定性不够好、收敛速度不够快、存在累积非对称误差等问题。第二,D2D同步场景分析与方案改进。首先对于协议中规定的同步方案,针对具体的同步场景分析其在不同场景中的适应性。进而给出了现有同步方案存在的问题:同步源选择标准过于单一、同步群之间、用户之间没有明确的优先级划分,导致同步过程对复杂场景不具有适应性,且同步过程不够稳定。本文首先从方案设计的角度考虑相应的解决方案。并通过复杂的场景分析,详细说明了方案设计补充之后适应更复杂多变的同步场景。搭建系统级仿真平台,验证改进后的方案具有更好的稳定性和更快的收敛速度。第三,提出了一种基于最小定时误差的同步算法。首先分析系统时频同步过程,对系统中存在的累积非对称误差分析建模,分析系统对定时误差的容忍上限,以均方根误差为网络定时误差评价标准,对同步算法进行改进,使更多用户的RMS误差在系统容忍范围之内,保证终端之间成功实现D2D通信。在动态系统级仿真平台中,验证改进后的同步算法对系统的定时同步误差有5%的性能提升。仿真分析用户密度、门限值大小对同步系统性能的影响。提出通信成功概率、通信失败概率、同步网络跳数等系统性能评价指标。经仿真验证,改进后的同步方案可使网络获得更高的通信成功概率。