随着移动通信和移动互联网的高速发展以及智能终端的高度普及,一种新的通过复用小区资源来进行终端间通信的技术D2D(Device-to-Device,设备直通)应运而生。D2D技术可以智能复用小区资源,实现小区范围内的点对点传输,提高频谱利用率、减少移动终端的功率消耗、减轻蜂窝网络系统的压力。目前D2D技术还停留在理论研究阶段,除了理论推导与仿真之外,该技术还缺乏真实环境中的实验验证。本文基于TD-LTE (Time Division Long Term Evolution,分时长期演进)物理层协议,利用USRP软件无线电平台设计并实现了D2D通信物理层关键技术,包括承担数据业务传输的物理上行共享信道(PUSCH)的数据接收技术,以及用于碰撞躲避、同步和数据传输控制的D2D公共控制信道(CCCH)协议。论文还研究和解决了实际USRP软件无线电平台实验过程中出现的两个重要问题。一是由于本振的I路和Q路存在幅度和相位差异,合成的复本振在对称载频处存在镜像分量,I1Q复混频导致接收到的信号在对称载波处存在泄露的现象,本文给出了信号在对称载波处泄露的数学模型,并研究了不平衡因子具有时变性的问题,最终设计了一种估算不平衡因子的方法,实现了信号在对称载波处泄露的抵消；二是实际的本振信号存在泄露,导致接收的信号存在直流分量的现象,本文采用二次调谐方法移除了直流分量,最后利用频谱仪和D2D试验平台进行了系统验证,达到了预期效果。