The integration of device to device communication in future cellular systems In der letzten Dekade nahm der Einsatz mobile Datendienste in zellularen Netzen stark zu und führte zu einem exponentiellen Anstieg der Nutzerdaten. Die aktuellen Technologien weisen jedoch bezogen auf das geforderte Datenvolumen Einschränkungen auf die auch in den kommenden Jahren zu einem unzureichenden Durchsatz führen werden. Die Erhöhung des Durchsatzes für Nutzerdaten erfordert die Suche nach einem effizienten Ansatz um das steigende Datenvolumen zu bewältigen. Ein möglicher Ansatz ist Device to Device (D2D) Kommunikation als ein unkonventionelles mobiles Paradigma das hohen Datenverkehr skalierbar auf lokale Peer to Peer Anwender überträgt. Dabei werden die Ressourcen zwischen D2D und zellularen Nutzern aufgeteilt wobei der D2DDatenverkehr direkt zwischen Endgeräten d.h. ohne Einsatz der Basis Station erfolgt. Dadurch kann das Frequenzspektrum effizienter genutzt und somit der Gesamtdurchsatz der Zelle erhöht werden. Zugleich wirken sich mehrere Faktoren negativ auf den Durchsatz der D2D Kommunikation im zellularen Spektralband aus wie z. B. die Interferenz zellularer Endgeräte die weiterhin direkt mit der Basisstation kommunizieren. Zusätzlich reduziert geringe Aktivität der zellularen Endgeräte über die zugewiesenen Ressourcen die Spektraleffizienz mit negativer Auswirkung auf den Durchsatz der D2DVerbinding. Das kann dazu führen dass die gewünschte Qualität des Datendiensts nicht erreicht wird. Die Lösung der oben genannten Probleme erfordert: i) die Entwicklung entsprechender Zugriffsmechanismen für die D2D Kommunikation um die gewünschte Qualität der Service Anforderungen mobiler Datendienst zu erreichen; ii) die Auslastung des Funkspektrums des lizenzierten Bands zu erhöhen indem nicht lizenzierten Nutzern temporär freie Bereiche des Spektrums verwenden; und iii) die Entwicklung eines Prozesses zur Link Adaption unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des zellularen Systems so dass sich der Durchsatz der D2D Verbindung erhöht . Die vorliegende Arbeit stellt die oben genannten Lösungen für die D2D Kommunikation die den Gesamtdurchsatz in der Zelle erhöhen sollen vor. Die Hauptbeiträge sind: i) ein positionsbasierter hybrider Zugriffsmechanismus für die D2D Kommunikation; ii) ein hybrider Zugriffsmechanismus für unlizenzierte Peer to Peer Nutzer (unlizenzierte D2D Kommunikation); und iii) ein Algorithmus zur Link Adaption der unlizenzierten D2D Kommunikation. Zuerst wird in dieser Arbeit ein positions basiertes Modell entwickelt um den Durchsatz der D2D Kommunikation zu maximieren wobei unterschiedliche Zugriffsmechanismen eingesetzt werden. Im Modell werden die Regionen in der Zelle definiert in der die D2D Kommunikation mit der gewünschten Service Qualität (QoS) durchgeführt werden kann. Anschließend wird ein positionsbasierter hybrider Zugriffsmechanismus vorgestellt der beim Einsatz für ein D2D Paar zur Erhöhung des Gesamtumsatzes der Zelle führt. Die vorgeschlagenen Zugriffsmechanismen werden durch numerische Simulationen evaluiert. Die Ergebnisse zeigen Verbesserungen im Gesamtdurchsatz und der Anzahl der zufriedenen D2D Kommunikationen in der Zelle. Als nächster Schritt wird kognitive Funktechnik (Cognitive Radio) in das unlizenzierte D2D Paar integriert wodurch ein dynamischer Zugriff auf das Funkspektrum erreicht wird. Die neu eingeführten Zugriffsmechanismen und der jeweilig erreichbare Durchsatz werden untersucht. Als Ergebnis wird ein positionsbasierter hybrider Zugriffsmechanismus eingeführt um die Regionen mit unlizenzierter D2D Kommunikation zu vergrößern. Zur Evaluierung des vorgeschlagenen Zugriffsmechanismus werden numerische Simulationen eingesetzt. Die erzielten Ergebnisse weisen Verbesserungen im Durchsatz sowohl innerhalb der Zelle als auch in der unlizenzierten D2D Kommunikation nach. Als letzter Schritt wird das dynamische Verhalten der zellularen Umgebung sowie ihrer Interaktion mit der unlizenzierten D2D Kommunikation untersucht. Als eine mögliche Lösung wird der Einsatz künstlicher Intelligenz als eine kognitive Maschine vorgestellt um die Funkverbindung effizient zu adaptieren. Auf Basis der Studie wird der Algorithmus „Self Organized Link Adaptation” (SOLinA) vorgestellt um die Funkverbindung der unlizenzierten D2D Kommunikation autonom anzupassen und die Verbindungskonfiguration so anzupassen dass der Systemdurchsatz erhöht wird. Evaluiert wird der vorgeschlagene Algorithmus durch Simulationen der unlizenzierten D2D Kommumikation innerhalb einer dynamischen zellularen Umgebung. Die neuesten Simulationsergebnisse zeigen dass SOLinA die zuvor erzielten Ergebnisse beim Durchsatz sowohl für unterschiedliche Konstellationen der unlizenzierten D2D Kommunikation als auch für unterschiedliche Anforderungen an das zellulare System und für variierende Positionen der Nutzer in der Zelle übertrifft.