摘 要

目前移动通信已经进入5G时代，以车联网为代表的物联网技术也是现在的研究热点，其中车联网涉及到一项无线电接入技术——V2V（Vehicle to Vehicle）通信，这种通信方式可以实现两个车辆之间的数据传输，在某些工作模式下，车辆的通信链路还可以复用蜂窝用户的频谱资源，进而提高频谱利用效率。

但是，V2V技术的推出年限不长，信道干扰的问题一直存在。本文主要研究了当V2V通信工作在直通模式下时的资源管理问题，并主要从频谱资源分配和车辆信号发射端的功率控制两个角度提出了相应的算法模型。针对频谱资源分配，本设计提出了一种基于车辆对分组的多次优化匹配算法；针对功率控制，本设计提出了基于博弈论模型和粒子群优化算法的功率控制模型。研究结果表明，本设计提出的资源管理方案可以对蜂窝频谱资源进行合理的调度，保证信号质量的同时降低设备间的干扰，提高系统的吞吐量。

关键词：车联网；V2V；频谱资源分配；功率控制；博弈论

Abstract

Nowadays, mobile communication has entered the 5th-Generation. Internet of Vehicles as a representative of The Internet of Things technology is a research focus, in which involves a radio access technology—V2V (Vehicle to Vehicle) communication. V2V can help transmitting data between vehicles, and even can multiplex the spectrum resources of cellular users in a certain working mode, improving the efficiency of spectrum utilization.

However, because the introduction of V2V technology is not long, there is always channel interference problems. This paper mainly studies resource management of it when working in direct mode，and then proposes algorithms form two aspects of spectrum resource allocation and the power control in transmitting terminal. In view of the allocation of spectrum resources, a multi-optimization matching algorithm based on vehicle groups is proposed. As for power control, a model based on game theory and Particle Swarm Optimization algorithm is proposed. The results show that the resource management scheme proposed in this design can schedule the cellular spectrum resources reasonably, ensuring the signal quality, reducing the interference between devices, and improving the throughput of the system.

Key Words：Internet of Vehicles; V2V; spectrum resource allocation; power control;

game theory

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究综述 2

1.2.1 车联网研究现状 2

1.2.2 V2V通信资源分配算法研究现状 3

1.3 主要研究内容和结构安排 3

第2章 车联网和V2V通信概述 5

2.1 车联网概述 5

2.2 蜂窝车联网通信技术 6

2.2.1 系统概述 6

2.2.2 V2V工作模式 8

2.2.3 性能指标 9

2.3 V2V资源分配 10

2.3.1 频谱资源分配方式 10

2.3.2 干扰分析 11

2.3.3 V2V功率控制 12

2.4 本章小结 12

第3章 基于直通模式的车联网V2V资源分配研究 13

3.1 引言 13

3.2 V2V系统模型的建立 13

3.2.1 场景模型 13

3.2.2 通信链路模型 14

3.3 频谱资源分配算法 15

3.3.1 车辆对分组 15

3.3.2 资源复用 15

3.4 基于博弈论的功率控制方案 17

3.4.1 相关算法模型 17

3.4.2 博弈模型的建立 17

3.4.3 博弈模型的求解 18

3.5 本章小结 19

第4章 模型和算法仿真 20

4.1 仿真流程 20

4.2 仿真参数 21

4.3 频谱资源分配仿真分析 21

4.4 功率控制仿真分析 24

4.5 本章小结 25

第5章 结论 26

5.1 工作总结 26

5.2 工作展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

在科技飞速发展的今天，人类拥有大量的机会和途径享受科技带来的乐趣，智能家居、智能穿戴设备、智能汽车等等。尤其在汽车领域，伴随着经济水平的提高，越来越多的家庭都会选择配备带有智能化操作的汽车，导致智能化汽车的数量在近几年急剧增长，据相关数据显示，到2023年，中国将有67%的新出产汽车会内置车联网硬件^[1]。但汽车作为日常出行必备的交通工具之一，也不得不面临道路安全风险的问题，所以汽车智能化操作的可靠性和安全性一直引发用户和研究者的关注。为了保障汽车智能化操作以及自动驾驶实施的可靠性，降低科技带来的风险，保证使用者的出行安全，实现道路信息全方位融合的智能交通系统是一种较为热门的研究方向。车联网是智能交通系统的核心，车辆这样一个特殊的节点，使其具有以下几个特点：

（1）由于车辆运行速度快、移动性强，车联网系统呈现出高动态性，这使得网络的拓扑结构需要不断发生变化来适应实地场景的需求，尤其是通信基站的频繁切换会导致信息的传递存在不稳定性。

（2）车辆穿梭于城市、乡村之间，通信的效果会大大受到外界因素的干扰，如：各种高矮不一的建筑物、树木、天气状况、电磁干扰等。