Multiple resource reuse for device to device communication in future cellular networks Aufgrund der stärkeren Verbreitung neuer mobiler Anwendungen z.B. Autonomes Fahren automatisierte Prozesssteuerung intelligente Städte Wohnen und taktiles Internet nimmt die Anzahl und Dichte von Geräten die drahtlose Verbindungen erfordern immer weiter zu. Dies erfordert effizientere Verfahren zur Nutzung des verfügbaren Frequenzspektrums für zellulare Netze. Um dieser Herausforderung zu begegnen wurden Ansätze wie die gemeinsame Nutzung von Frequenzen vorgeschlagen um die gesamte spektrale Effizienz zu verbessern. Die Device to Device Kommunikation (D2D) mit paralleler Übertragung zu einem zellularen Netz bietet eine Verbesserung der spektralen Effizienz durch die verstärkte gemeinsame Nutzung des verfügbaren zellularen Spektrums. Mit D2D kommunizieren Geräte in unmittelbarer Nähe direkt miteinander ohne oder mit nur einer minimalen Kontrolle über das Mobilfunknetz. Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) unterstützt durch Standardisierung die Integration von D2D in Mobilfunknetze um die spektralen Effizienzgewinne bei der gemeinsamen Nutzung von Frequenzen unter Gewährleistung der Quality of Service (QoS) zu realisieren. Die Interferenzen zwischen D2D und zellularen Benutzern müssen jedoch während der gemeinsamen Nutzung des Spektrums kontrolliert werden um diese Gewinne im Netzwerk zu erhalten. Die vorliegende Arbeit untersucht Lösungen mit denen das Frequenzspektrum des Mobilfunknetzes mit D2D Benutzern geteilt werden kann welche sowohl die spektrale Effizienz maximieren als auch die QoS Anforderungen aller Benutzer erfüllen (in Bezug auf das Signal zu Rausch plus Interferenz Verhältnis (SINR)). Die vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile: eine analytische und eine algorithmische Studie. Zunächst untersucht die analytische Studie den Ansatz für ein Interferenzmanagement in welchem mehrere D2D Benutzer das zellulare Spektrum gemeinsam nutzen. Dabei wird die Zuteilung einer einheitlichen Interferenzleistung (UIP) vorgeschlagen ein Verfahren bei dem alle D2D Benutzer mit gleicher Interferenz an der Basisstation (BS) beitragen. Dieses Schema wird auf ein Szenario einer einzelnen Zelle angewendet welches sehr positive Ergebnisse bei der Verbesserung der spektralen Effizienz erzielt obwohl einige D2D Benutzer ihre SINR Schwellenwerte nicht erreichen können. Eine wesentliche Erkenntnis aus der analytischen Studie ist dass eine räumliche Trennung zwischen Benutzern die das Spektrum gemeinsam nutzen wichtig ist um ihre gegenseitige Beeinflussung zu minimieren. Die algorithmische Studie konzentriert sich daher auf die Auswahl geeigneter D2D Benutzern. Zunächst werden räumliche Auswahlkriterien formuliert mit dem Ziel mehrere D2D Benutzer zu identifizieren die das Spektrum eines bestimmten Mobilfunkbenutzers gemeinsam nutzen können um die spektrale Effizienz zu maximieren während alle Benutzer ihre SINR Schwellenwerte erreichen. Danach werden basierend auf diesen Kriterien zwei Auswahlalgorithmen entwickelt. Der erste Algorithmus wählt opportunistisch D2D Benutzer aus die bei bestimmten Auswahlinstanzen die geringste Störung für andere das Spektrum gemeinsam nutzende Benutzer verursachen. Der zweite Algorithmus wählt zufällig alle D2D Benutzer aus die räumliche von anderen Benutzern getrennt sind jedoch das Spektrum gemeinsam nutzen. Beide Algorithmen werden mit sehr positiven Ergebnissen durch Simulationen in einem Szenario einer einzelnen Zelle mit einer unterschiedlichen Anzahl von Benutzern vorgestellt. In einem Szenario mit mehreren Zellen in welchem die Interferenz zwischen den Zellen die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt werden Verbesserungen an beiden Algorithmen vorgestellt um die festgelegten Ziele zu erreichen. Diese Verbesserungen passen die Auswahlkriterien an um: 1) keine D2D Benutzer mit Zellenkante auszuwählen und 2) die Auswirkungen der gemeinsamen Nutzung des Frequenzspektrums zwischen benachbarten Zellen zu berücksichtigen. Die Arbeit zeigt deutlich dass mithilfe eines geeigneten Auswahlkriteriums mehrere D2D Nutzer in der Lage sind die gemeinsame Frequenzressource mit zellularen Nutzern zu teilen mit Erhöhung der gesamten spektralen Effizienz und Beibehaltung der QoS Anforderungen aller Nutzer. Die hierbei erbrachten Erkenntnisse können zusammen mit den vorhandenen Ergebnissen als Ausgangspunkt für weitere akademische Forschung sowie einer praktischen Anwendung dienen.