随着移动互联网的迅猛发展,越来越多的移动设备出现在日常生活中,人们对数据流量的需求日渐增加。然而,移动通信的无线频谱资源是有限的,我们当前面临着严重的频谱匮乏问题,提高频谱资源利用率已成为无线资源管理中的一个重要研究课题。为了解决这一问题,人们提出了蜂窝网络中D2D(Device-to-device)通信的概念。大量研究结果表明,蜂窝网络中D2D通信可以增大系统容量、提升频谱资源利用率和减小小区基站(BS, Base Station)的负载。然而,这也会造成蜂窝通信链路与D2D通信链路之间的相互干扰。因此,设计高效的D2D通信资源分配算法成为蜂窝网络D2D通信研究中的一个重要内容。本硕士学位论文研究蜂窝网络中D2D通信的无线频谱资源分配问题。针对不同的网络场景与应用情况,论文提出了三种不同的D2D通信频谱资源分配算法,即系统容量最大化的资源分配算法CORAL、综合考虑系统容量与系统公平性的资源分配算法ACORAL、基于图论着色原理的资源分配算法GOAL。论文首先提出了一种系统容量最大化的资源分配算法CORAL。该算法考虑的是一种一般性的单小区场景,即系统内的所有移动用户都随机分布在小区内,且蜂窝用户数目远大于D2D通信对数目。为了最大化系统容量,CORAL算法首先针对每个D2D通信对引入了CORE区域的概念,以确定每个D2D通信对可进行资源共享的候选蜂窝用户集。而后,CORAL算法基于每个D2D通信对的CORE区域采用了创新的两步分配法,它不仅能够保证每个D2D通信对能够分配到至少一个蜂窝用户的频谱资源,同时还能够降低系统的开销、减小两种通信链路之间的干扰并增大系统容量。仿真结果表明,与传统的随机资源分配算法相比,CORAL算法能够获得更大的系统容量与更小的蜂窝用户容量损失；同时,与贪婪资源分配算法相比,CORAL算法能够通过牺牲较小的系统容量获得很小的蜂窝用户容量损失。针对CORAL算法在移动用户分布不均匀时具有较差的公平性问题,论文进一步提出了综合考虑系统容量与公平性的CORAL改进算法ACORAL。与CORAL算法相同,该算法也采用两步分配法;而与CORAL算法不同的是,ACORAL算法为系统中的每个D2D通信对设置可共享的最大蜂窝用户频谱资源数目阈值,以提升其公平性。仿真结果表明,不管在移动用户分布均匀还是不均匀的场景下,与CORAL算法相比,ACORAL算法都是以牺牲系统容量为代价来换取较好的公平性,而在移动用户分布不均匀的场景下,ACORAL算法相比于CORAL算法表现出来更大的优势。此外,考虑到一种较为特殊的单小区场景,即系统内的D2D通信对数目大于蜂窝用户数的场景,论文提出了一种基于图论着色原理的资源分配算法GOAL。该算法首先根据实际拓扑建立起一个图,其中将系统中的D2D通信对视为顶点,将系统中的蜂窝用户视为颜色。然后提出了D2D通信对之间的干扰可忽略距离(INS, Interference Negligible Distance)与针对每个蜂窝用户的基于信干比(SIR, Signal to Interference Ratio)的限制区域(SLA, SIR-based Limited Area)的概念,以确定出可以共享相同蜂窝用户频谱资源的D2D通信对集合与不能和特定蜂窝用户共享频谱资源的D2D通信对集合。仿真结果表明,与传统的随机资源分配方法相比,GOAL算法可以大幅度增大系统容量与提高频谱资源利用率。