建立快捷、绿色、高效和安全的智能交通系统是世界各国不懈努力的目标。近年来,基于蜂窝网的车载通信技术（Cellular Vehicle-to-Everything,C-V2X）是智能交通系统中实现环境感知、信息交互和协同控制的重要关键技术。C-V2X车载通信系统中车载用户通过复用蜂窝用户的频谱资源,建立车与车（Vehicle to Vehicle,V2V）、车与道路设施间（Vehicle to Infrastructure,V2I）的即时通信,弥补了基于802.11P标准的车载自组织通信方式下频谱资源有限的不足,提高了道路交通安全和资源利用率。然而,蜂窝用户与车载用户频谱复用的同时也带来了同频干扰,影响了系统性能。只有采用合理有效的资源优化方法才能有效管理同频干扰,进一步提升系统性能。事实上,车载用户的高移动特性使得车载通信信道表现为时变特性,给车载通信的资源优化带来了新的挑战。因此,本文主要开展车载时变信道下资源优化的关键技术研究,首先对车载时变信道进行建模刻画其非平稳特性;其次在车载时变信道下通过功率控制进行干扰协调,实现能效优化的绿色车载通信;再次提出频谱复用的动态接入机制,通过合理利用共道干扰实现物理层安全;最后设计车载时变信道下的中继协作传输协议,进一步提高传输链路的可靠性与资源优化的鲁棒性。本文的主要贡献如下:1、针对车载通信环境下车载节点的时变速度和散射体的动态移动特性导致车载通信信道的非平稳问题,本文首先建立了一种基于几何的协作散射多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）V2V（简称MIMO V2V）时变信道模型。该模型将散射移动簇等效为中继协作节点,通过车载收发端的相对运动速度与动态散射体的生灭过程来刻画时变信道的非平稳特性。进一步,在非均匀散射环境下根据冯·米塞斯（Von Mises）角度分布特性推导了该时变信道的空时相关函数、Wigner-Ville谱、遍历信道容量等描述二阶统计特性的函数表达式,用于分析所提模型的非平稳特性。实验结果表明,散射体簇的动态变化以及车载时变速度导致了信道的非平稳特性,建立的模型可为系统资源优化与性能评估技术提供理论依据。2、针对时变信道下C-V2X系统终端直通V2V（Device-to-Device-based V2V,D2DV）用户与蜂窝用户频谱复用带来的共道干扰问题,本文提出了一种以最大化能效（Energy Efficient,EE）为优化目标的最优功率控制方案。该方案将车载时变信道下不完美信道状态信息（Channel State Information,CSI）建模为一阶高斯马尔科夫过程,并通过D2D-V用户间距离的变化来刻画车载通信的动态变化特性,进一步利用随机几何理论对C-V2X系统中的共道干扰进行数学建模。同时,在蜂窝用户中断概率和D2DV用户最大功率约束条件下,建立起最大化D2D-V用户能效的目标函数,求解得到D2D-V用户的最优功率。数值结果表明,通过调整D2D-V用户的接入密度可最大化平均和速率（Average Sum Rate,ASR）,较高的D2D-V用户间通信距离及信道估计误差降低了D2D-V用户的ASR和EE性能;本文所提功率控制方法所对应的EE值优于其他功率控制方法所对应的性能值,进一步说明了通过优化D2D-V用户的功率,对共道干扰进行协调控制,可在提高车载用户信息交互速率的同时,减少功率损耗。3、针对C-V2X计算卸载网络中车载无线链路的广播特性和动态时变性,引起V2I资源卸载链路的安全问题,本文提出了一种基于时变信道的D2D-V链路频谱复用物理层安全的动态接入机制。该机制通过合理设置D2D-V频谱复用的接入门限值,将D2D-V用户频谱复用所产生的共道干扰用于抵御窃听,从而实现D2D-V接入链路对V2I卸载链路的干扰可控并保障其物理层安全。同时,本文分别构建了在D2D-V链路可靠性约束下V2I链路安全吞吐量最大化的优化模型与V2I链路安全性能约束下的系统总频谱效率最大化的优化模型,并分别求解得到了上述优化问题对应的最优动态接入门限值。数值实验结果表明,本文所提的D2D-V链路频谱复用动态接入机制能在提高频谱利用率的同时保证V2I卸载链路的物理层安全,且该机制下对应的安全吞吐量的值优于其他接入机制下对应的性能值,进一步说明了该机制能够在时变信道条件下实现D2D-V链路接入门限的动态变化。4、针对车载收发端距离较远或通信链路质量较差,由此降低D2D-V通信链路的可靠性和稳定性,进而影响资源优化鲁棒性的问题。本文在车载时变信道下设计了基于一阶自回归（First-order Autoregressive,AR1）模型的混合译码放大转发（Hybrid Decode Amplify Forward,HDAF）中继协作传输协议（简称AR1-HDAF协议）。该协议采用AR1模型的多普勒频偏相关系数刻画车载链路的时变信道特性,根据信道增益自适应选取HDAF协作通信方式。进一步,基于该协议在高信噪比条件下利用矩生成函数（Moment Generating Function,MGF）推导了多进制正交幅度调制（M-ary Quadrature Amplitude Modulation,M-QAM）信号的平均误码率（Average Symbol-Error-Rate,ASER）封闭表达式,分析了不同车载节点运动速度与CSI估计精度对系统ASER的影响。仿真结果表明,较高的车载相对运动速度带来误码平顶现象,降低了系统的误码性能;同时,所提协议能自适应时变信道的变化,提高资源优化的鲁棒性能。该协议相对于基于AR1的放大转发（Amplify and Forward,AF）传输协议和基于AR1的译码转发（Decode and Forward,DF）的传输协议,所提系统ASER分别提高了约3.6 d B和1.5d B。研究结果可为时变信道下基于车载协作传输的中继选择和资源分配相关研究提供技术支撑。