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V2X通信中功率控制和资源块分配算法研究

V2X通信中功率控制和资源块分配算法研究

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作者：韦晓宇吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着车辆的快速增长和日益繁重的信息应用,对车载通信服务的需求逐渐增大,对其低时延超可靠性的要求也越来越高。面对这一挑战,V2X技术展示出巨大的潜力。它能够提供高效可靠的海量连接,并结合新兴车辆计算和传感技术,成为推动... 详细信息

近年来,随着车辆的快速增长和日益繁重的信息应用,对车载通信服务的需求逐渐增大,对其低时延超可靠性的要求也越来越高。面对这一挑战,V2X技术展示出巨大的潜力。它能够提供高效可靠的海量连接,并结合新兴车辆计算和传感技术,成为推动智能交通系统和智慧城市发展的关键力量。全球已经制定标准,以推动V2X技术的开发、测试和部署。设计有效的资源分配方法对提升频谱效率,充分发挥V2X通信的优势至关重要。因此,这项研究在业界和学术界引起越来越广泛的关注。本文深入分析和研究了V2X通信优势、工作模式、物理结构、应用场景、复用方式等。考虑到在高速公路场景下,车辆到基础设施(V2I)和车辆到车辆(V2V)作为两种相对主要的V2X通信类型,因此本文主要研究V2I和V2V链路的资源分配问题,并通过联合功率控制和资源块分配两个过程来求解该问题。其中V2I通常负责处理大量交通信息服务和娱乐方面的应用,而V2V负责传输安全关键信息。因此本项研究的优化目标是在保证V2V链路可靠性不降低的同时,尽可能地提升V2I链路容量。在一对多复用的场景中,首先通过化简复杂的中断概率约束,进而推导出V2V和V2I的最优功率解。针对延迟接受算法(GS)在资源块分配时一对一复用而导致频谱利用率低的问题,本文提出一种改进的GS算法(IGS),通过增加迭代次数,使IGS算法能实现资源块的一对多复用;并对基于功率控制(PC)和IGS算法的资源分配方法(PC-IGS)进行仿真实验。结果表明,与PC-KM算法、随机资源分配算法、PC-GS算法相比,PC-IGS算法能够提升V2I链路容量。针对多对一复用场景,即每个V2I链路与多个V2V链路共享资源块的情况,首先将V2V链路划分为多个簇;其次在功率控制阶段,针对海马优化算法(SHO)在寻求解过程中易陷入局部最优解和收敛慢的问题,本文提出了一种改进的SHO算法(ISHO),该算法是通过修改收敛因子并结合反向学习来进行优化的;最后将资源块分配问题转化为线性规划问题来求解。本文对基于改进ISHO算法和基于线性规划的资源块分配(RB)的资源分配方法(ISHO-RB)进行仿真实验。仿真结果表明,与遗传算法、模拟退火算法、蜻蜓优化算法相比,SHO-RB算法和ISHO-RB算法可以提升V2I链路容量。最后,通过对PC-IGS算法和ISHO-RB算法进行通信开销分析,验证了其可行性。

关键词： V2I V2V 功率控制资源块匹配多复用

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