Device-To-Device（D2D）通信是最近在LTE-Advanced系统中提出的终端直接通信新技术。D2D通信技术的出现能提高频谱利用效率，但D2D通信的短距离限制使得其不能适合更多场景下的使用。本文研究基于虚拟MIMO的D2D通信，扩充了D2D通信的适用范围。论文研究了D2D源节点和目的节点中等距离时，采用多中继辅助D2D通信。文章依据中继在D2D通信过程中参与转发的不同时刻给出了多中继通信的两种方案，并比较了其性能。多中继通信方式作为虚拟MIMO技术的分支可以提供多条信息链路，仿真表明采用多中继辅助的D2D通信相比单中继方式可以降低中继节点发射功率，获得分集增益。论文研究了多中继D2D通信中的优化问题。在通信密集场所下，存在多对D2D通信对请求占用相同空闲中继，根据实际通信中的服务质量要求，兼顾频谱资源总体效率，本文提出了一种多中继分配算法。算法在保证公平的情况下，提高了多对D2D通信的总速率。另一个优化问题是多中继在总功率受限时的多中继功率分配。文章推导出D2D通信场景下的多中继最优功率分配并仿真验证了其性能提升。对于源目的节点更大距离的D2D通信，论文研究了利用簇协作通信技术，将源节点和目的节点跟周边空闲用户构成虚天线阵列获得MIMO增益的通信方法。文章根据协作簇内的解码情况研究了基于D2D链路的两种虚拟MIMO通信方式。该方案下协作簇能自适应的收发信息，簇间通信相比直接链路更加可靠。文章最后给出虚拟MIMO通信的实现流程。