为应对移动终端设备和蜂窝流量的快速增长，现行异构网络需要融合其他通信技术以提高无线通信系统的能效。D2D（Device-to-Device，设备到设备）通信技术是一种可适应于未来低功耗发展需求的有效技术。但是，由于D2D通信设备通常是能量受限的，直连通信的优势不能充分发挥。因此，如果直连通信结合现行的射频能量收集技术，可有效地改善该劣势，并进一步提升无线通信系统的能效。　　为了解决D2D发射机无初始能量时的有效传输问题，本论文研究了Overlay模式下D2D通信系统的高能效资源分配问题。在该系统中，D2D发射机首先从基站收集能量，然后与D2D接收机进行通信。相应的资源分配算法首先建模为最大化D2D系统能效的非凸优化问题。对于该问题的约束条件，我们联合考虑了最小所需收集能量、最大信号传输时长以及最小系统吞吐量等。通过应用分式规划理论，我们将非凸优化问题转换成一个标准的凸优化问题。此外，通过表征联合了时间、频谱和功率分配的最优解结构，本论文提出了一个可获得最佳方案的迭代资源分配算法。经过证明得知，系统能效最优解可在D2D发射机消耗完所有收集能量的情况下获得。仿真结果证明，与两个基准方案相比，本论文提出的联合时间、频谱和功率优化方案可显著改善系统能效。　　最后，为了研究高能效D2D通信系统的鲁棒性能，本论文研究了所有链路具有不理想信道状态情况下的资源分配问题。基于分式规划技术和SDP（Semidefinite Program,半正定规划）松弛技术，我们将原始非凸优化问题转换成可求解的凸优化问题。为降低最优算法的复杂度，本论文还提出了一个次优的资源分配算法，该算法可以找到原始稳健优化问题的本地最佳解。仿真结果表明，该次优算法找到的本地最优解极其接近全局最优解，并且能够大大减少运算复杂度。