处于演进过程中的第五代(5G)无线网络可克服现有4G无线网络的缺点,5G无线网络可达到更高数据传输速率、更优端到端性能、更好的热点区域用户覆盖和密集区域更低时延覆盖、更低功耗和更低成本等等。5G多带架构可能含有宏蜂窝小区、各种小蜂窝(small cell)、无线中继和终端直通(D2D,Device-to-Device)网,以满足不同业务QoS需求。因此,D2D技术正成为了当前的一种5G研究热点。有关研究表明,在蜂窝网络中引入D2D通信技术,可以提升小区吞吐量性能。本文重点研究蜂窝网络的D2D中继系统,分别针对单中继和多中继场景,提出了针对了中断性能提升方法。针对单中继场景,本文在最基本D2D中继模型基础上,提出将基站作为双向放大转发中继辅助D2D用户进行通信,从而使直接链路和中继链路相结合,D2D用户能在两个不同时隙内接收到目标信号。在分析中断概率时,本文仅考虑蜂窝用户对D2D用户的干扰,得到D2D链路中断概率的精确公式和高信噪比时的近似形式。并且以中断概率最小为目标,提出了一种最优功率分配方案。仿真结果表明,所提的策略能够明显地提升D2D中继系统的性能,最优功率分配方案性能优于等功率分配。为了进一步增强D2D中继链路的中断性能,本文提出将基站作为双向解码转发中继辅助的D2D通信方案。首先,通过考虑中继接收功率是否相等,分为对称和非对称两种情况。并由理论分析得到了中断概率的精确表达式。其次,通过假设蜂窝用户远离D2D链路,噪声影响可以忽略,得到中断概率的下限形式。仿真结果不仅证实了相比传统D2D传输,基站作为DF中继策略的中断概率明显减小,还表明了当信噪比处于较小范围时,该策略性能优于放大转发中继。针对多中继场景,本文提出一个简单的理论框架分析D2D通信系统的性能,并兼顾蜂窝用户的中断概率。通过考虑D2D用户与蜂窝用户之间的同信道干扰,将系统分为共享上行和下行链路频带两种情况,同时对D2D和蜂窝链路的中断概率理论表达式行了分析。然后,基于最小化中断概率为目标,本文提出了一种最短路径路由(SPR)算法。仿真结果验证了中断概率理论分析的准确性,同时表明了共享不同频谱资源时,D2D链路与蜂窝链路中断性能的变化趋势。