摘要：作为第五代移动通信(5G,5th Generation Mobile Communication)的关键技术之一,终端直通通信(Device-to-Device Communications,D2D)技术可以显著地提高系统频谱利用率和系统容量。但是在蜂窝系统中引入D2D技术会导致系统中干扰变得极为复杂,使用传统的分析方法难以对多小区场景下D2D通信所带来的性能增益进行评估。此外,在传统的分析方法中,往往假设蜂窝小区的形状是正六边形或者正方形,这是一种理想化的模型。并且,在这种模型中对系统覆盖率、系统容量等性能参数进行评估时往往需要进行复杂的系统级仿真才能得到数值结果,计算过程十分繁琐耗时。为此,本文引入了空间泊松点过程理论,对D2D异构网络进行数学抽象,分别构建了单跳D2D通信和协作D2D通信两种通信系统的随机几何模型,并利用空间泊松点过程的相关定义和性质对系统中主要性能指标的表达式进行数学推导,得到了较为精确的解析表达式,这给复杂的异构网络环境中D2D通信的性能分析提供了一种十分快捷的解决方案。在单跳D2D通信模型中,本文提出使用隔离区的方法来限制蜂窝用户(Cellular UE, CUE)和D2D用户(D2D UE, DUE)的位置分布以减小网络中的干扰,并对系统覆盖率和单位面积频谱效率的解析表达式进行了推导。仿真结果显示隔离区能够显著地提高CUE的覆盖率和整个系统的单位面积频谱效率,本文还进一步探讨了隔离区半径、D2D通信的最大距离以及D2D通信对密度三者之间的关系。在协作D2D通信模型中,本文提出了三种不同的基于位置信息的中继选择策略,分别推导了三种策略的系统覆盖率的解析表达式。并将中继选择策略和本文提出的一种发现机制相结合,在系统传输容量和能量效率两个方面对不同的中继选择策略进行对比分析。通过对比分析可知,使用ARS (All Relays Selection)策略时系统覆盖率最好,但是在具体实施中考虑了信令开销后它的系统传输容量却比不上DBS (Distance Based Selection)策略,在能量效率方面DBS策略的优势更加明显。