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随着移动视频业务数据流量的飞速增长，蜂窝网络面临着前所未有的压力，如带宽不足、时延严重、大信令开销等。D2D通信技术的出现为解决这一问题提供了革命性的方案。目前，移动网络中D2D视频传输优化技术的研究还处于起步阶段，具有重要的研究意义。D2D视频传输网络存在如下特征:1）D2D视频传输优化的最终目标是提供良好的用户体验，未来D2D视频传输系统中的资源优化技术必然面临着由“网络质量驱动”向“用户体验驱动”转变;2）相比于非授权频段内D2D通信与授权频段内Overlay型D2D通信，授权频段内Underlay型D2D通信具有干扰可控性与频谱复用增益等优点;3）相比于分布式优化策略，集中式策略存在网络信令开销大、基站运算负荷严重等问题。因此，本文研究蜂窝网络中Underlay型D2D通信系统中的视频传输场景，提出面向用户体验质量的分布式跨层优化策略以最大化D2D视频接收端的用户体验质量(Quality of Experience，QoE)。本文主要贡献总结如下: (1)针对支持D2D通信技术的LTE-A蜂窝网络，提出一种Underlay型邻近D2D视频传输架构，通过建立QoE驱动的分布式跨层优化的斯塔克尔伯格博弈模型，联合优化应用层的视频编码速率、数据链路层的无线资源分配和物理层的发射功率等参数，实现在不影响蜂窝用户通信质量的前提下，最大化D2D视频接收端的QoE。模型中，eNB(evolved Node B)作为主导者，通过设置干扰功率价格引导D2D用户复用网络中的无线资源;D2D通信对作为追随者，根据eNB设定的干扰功率价格与本地信道状态信息以非合作博弈的方式竞争购买网络中的干扰功率以最大化自己的效用。 (2)基于(1)的研究成果，提出一种中继D2D视频传输架构，进一步研究支持中继传输的D2D通信系统中的视频传输优化策略，建立一种QoE驱动的分布式跨层优化的斯塔克尔伯格博弈模型，自适应选择中继转发和直接D2D传输模式以最大化D2D视频接收端的用户体验质量。 (3)针对以上两个研究内容，利用博弈论、凸优化等数学工具分别证明了两个博弈模型的斯塔克尔伯格博弈均衡的存在性，并分别提出一种主从递阶分布式算法求解斯塔克尔伯格博弈均衡点的数值解。数值结果表明本文提出的策略可以在相对短的时间内达到斯塔克尔伯格博弈均衡点，相比于其他策略（例如，服务质量驱动的策略等），本文提出的策略在提高频谱利用率和改善视频用户体验质量等方面具有明显优势。 最后，本文的相关研究成果为移动视频传输中的分布式优化策略的设计提供了一种新的思路，为下一代蜂窝网络中的移动视频传输优化技术的发展提供技术支撑。