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随着智能终端的广泛普及以及网络通信容量的跨越式增长,用户高密集热点区域对无线通信的服务质量和近场通信服务的需求不断增加,同时高清和超高清数据内容的出现,用户对高质量音视频感官刺激的需求也对网络并发处理能力和系统容量以及基站的能量发送效率提出了更高的要求。而作为下一代无线通信潜在技术之一的终端直通(D2D,Device-to-Device)通信技术可以较好的解决频谱资源紧张和系统能耗等问题,它可以使近距离用户进行直接地端到端通信,从而跳过基站中继发送,大幅度的提升系统容量和降低用户终端的能量消耗。本论文主要考察内容分发网络和流量卸载环境,聚焦于集中式天线系统(CAS,Co-located Antenna System)D2D簇协助通信的系统容量和能量效率问题。根据D2D多播通信能有效提高系统容量的特点,提出两种分簇选择算法来进行D2D簇通信,并在数据内容分发阶段提出对应的分发机制。本论文首先介绍了选题的背景、D2D通信相关概念、研究历史与现状和D2D通信异构网络多播应用场景。然后详细介绍提出的基于地理位置的簇选择算法(GCCA,Geography-based Cluster Coalition Algorithm)和基于信道质量的簇选择算法(SCCA,Signal to Interference and Noise Ratio-Based Cluster Coalition Algorithm)的流程以及内容分发机制、常用的性能评价指标等。主要工作简述如下:第一,提出了GCCA,通过优先分区管理对小区的地理区域进行预划分,即分成以基站为中心的R/2传统蜂窝通信中心区域和半径R/2以外簇组合待选区域。对距离基站较远但信道条件较好的蜂窝用户,筛选其为簇头待选用户并设置用户组索引,其次判断其他的用户,当满足一定的距离阈值条件的时候,选择加入对应的虚拟簇头,组建相应的D2D簇组合,每轮被选择的蜂窝用户不再加入下一次的循环选择队列。而在提出的SCCA中,引用信干噪比(SINR,Signal to Interference and Noise Ratio)来反映蜂窝用户的信道质量,通过计算蜂窝用户和基站以及蜂窝用户彼此之间的SINR值来考量簇选择标准,优先挑选出合适的簇头节点,判断用户信干噪比的阈值区间,来挑选合适的簇成员,构建联合簇选择算法的D2D异构通信网络。第二,针对内容分发网络和流量卸载的场景,提出了相应的内容分发框架。我们分别从源节点或者基站发送信息主动推送相应的商业广告和营销信息角度(用户被动局面)以及蜂窝用户向基站请求需求信息导致基站及时被动应答角度(用户主动局面)来分析内容分发机制。第三,针对理想能耗模型和实际功耗模型,分别仿真分析了添加簇选择算法的D2D通信异构网络中系统容量和能量效率指标,仿真结果和传统CAS随机通信方式比较得知,前者的系统容量和能量效率性能均较好,验证了算法在理论上的正确性,同时在经过大量数据反复实验后可以找出适合基站的发射功率。