目前,移动通信的迅速发展以及物联网对无处不在的无线通信的巨大需求,引发了能源消耗和温室气体排放的急剧增加。为了让用户能够以更低的功率传输信息,同时使得频谱资源能够得到有效的利用,将绿色通信技术与未来城市建设融合在一起是十分必要的选择。针对频谱资源短缺的问题,研究者们主要从两个方面着手解决:第一个是通过探索额外的频谱资源来服务于蜂窝通信,例如将蜂窝通信卸载到Wi Fi上或者5G通信技术中利用60GHz的毫米波。第二个是提高频谱空间的利用效率,常见的方法是采用小单元结构和D2D通信技术,例如超密集蜂窝网络等。通过减小小区规模,运营商可以在一个区域内安装更多的(低功耗)微小基站,有效地覆盖更多的用户,以提高网络容量。本文针对单个小区频谱资源不足以及端到端通信时延的问题做了研究和讨论。提出基于D2D的蜂窝异构网络,在权衡用户正常通信的时间需求和干扰限制的条件下,最大化能源效率。仿真结果显示:提出的优化算法能在更短的时间内达到与对比文章相同的效果。小单元结构通信是5G通信的一个重要技术,在提高频谱空间效率的同时,也降低了频谱时间效率。但是当一个单元覆盖用户较少时,就会造成频谱资源的浪费。因此,针对各个小区频谱资源利用率不均的情况,本文提出将设备到设备(Deviceto-Device,D2D)负载平衡作为提高频谱效率的有效机制。本文在前人研究的基础上提出一种新的系统模型:D2D-microcell,即在两个微型基站之间搭建通信链路,使得两个基站之间的频谱资源得到充分利用,提高系统能效。通过权衡用户Qo S和网络可覆盖用户的最大值,优化两个小区的频谱资源利用率。本文分三步解决这个复杂的优化问题:首先利用最优思想设计了一个模式选择的算法,在最大化覆盖用户值的要求下选择最佳的D2D用户的通信模式选择,然后基于启发式思想,解决D2D用户的最佳复用资源问题。最后通过功率分配算法将连续变量化解掉,同时利用线性规划,将非凸问题转化为凸问题。仿真结果显示,D2D-microcell通信场景,不仅可以提高覆盖用户数,还可以提高资源的利用率,且能效比无D2D链路的更大。