随着移动终端数量的爆发式增长,传统的基于宏基站的蜂窝网络已无法完全满足用户的流量需求。异构网络(Heterogeneous Networks,HetNets)作为一种灵活、经济的无线网络架构,能够更好地满足不同的用户需求,并能给用户提供更高的传输速率和更好的服务质量。在异构无线网络中,不同尺寸大小、不同发送功率和能耗的基站,例如宏基站、微微基站、毫微微基站等,根据无线流量需求的不同和网络覆盖范围的不同,部署于不同的地理空间,从而改善用户体验。另外,设备到设备(Device-to-Device,D2D)通信作为一种近距离通信的技术也受到广泛关注。因为D2D用户能够使用与基站相同的频谱和目标用户通信,所以D2D通信在提升系统容量的同时,也能够提高无线网络中的频谱效率并减少功率消耗。具备D2D通信能力的用户可以选择和目标用户直接进行通信(即D2D模式),在D2D通信质量较差的情况下则可以通过基站来和目标用户进行通信(即小区模式)。随着小基站和D2D通信的引入,无线网络环境中的干扰问题也显得愈加复杂。如果不能很好地处理无线信道、功率等资源的分配问题,则系统的整体性能反而可能由于复杂的干扰问题而下降。在此背景下,本文首先介绍了由宏基站和微微基站构成的异构无线网络中的资源分配问题,随后又结合D2D通信,讨论了在D2D使能的异构无线网络中的资源分配问题。本文的主要创新和贡献如下:1)在两层异构无线网络中,本文提出了一种用户调度和功率控制方案,以提升用户的上行能量效率。同时为了保留一定的公平性,本文采用log函数作为每个用户上行能量效率的效用函数。由于log函数具有单调递增和边际收益递减的特性,故其具有内在的公平特性。然后本文构造了对应的优化问题并提出了一种两步优化的迭代算法,该算法通过凸优化理论和牛顿法对优化问题进行迭代求解。2)在主用户和次级用户同时存在的异构网络中,本文提出一种用户调度和功率控制的方案,以提升次级用户在上行传输过程中的能量效率。其中,普通的小区用户为主用户,未注册用户、传感器或者其他物联网设备为次级用户。主用户占据了异构网络中的所有信道。次级用户尝试复用主用户的信道以达到各自的传输需求。次级用户有两种传输模式,即次级用户可以直接与基站进行通信,或者借助其协作中继来进行传输。考虑到用户的传输速率约束和发送功率约束,本文将问题构建为一个能量效率之和的最大化问题,然后将原问题分解为若干个子问题并分别进行求解。3)为了提高D2D使能的毫微微小区的上行容量,本文提出了一种针对毫微微小区内的D2D用户和小区用户在上行无线传输过程中的联合信道分配、D2D模式选择和功率控制的策略。考虑到毫微微小区内的用户的传输速率要求和宏小区用户的干扰阈值要求,本文将该问题构建为一个毫微微小区内用户速率之和的最大化问题,之后将整数约束松弛为分数约束并将原问题转化为一个凸形式的优化问题,最后通过拉格朗日对偶分解法对该问题进行求解。4)在D2D使能的异构网络中,本文提出了一种功率控制和信道分配的方案,以优化D2D用户和小区用户在上行传输中的能量效率和频谱效率。本文首先定义了一个能反映能量效率和频谱效率折中的效用函数,接着将问题构建为一个通过优化信道分配和功率控制使得该效用函数最大化的问题,随后将原问题分解为若干个子问题并通过凸优化理论和二分图最大权值匹配算法进行求解。