随着自动驾驶车辆的智能化,车辆装配各类传感器收集的数据呈几何倍数增加。目前车联网中的通信技术DSRC、LTE-V均利用6GHz以下信号来实现车辆之间的数据传输,可用带宽较少,实际可达最大的数据传输速率为100Mbps,不足以支持下一代自动驾驶车辆中Gb/s的速率需求。因此,位于30～300GHz频段的毫米波技术因其可用带宽宽、数据传输速率高等优势被认为完全可以应用于下一代通信系统。但毫米波信号的路径损耗严重、容易被遮挡等传播特性为其应用于节点高速移动、网络拓扑快速变化的车联网场景中实现高效可靠的接入提出了更大的挑战。基于此,本文将从定向接入机制设计和波束管理优化两方面展开具体工作:首先,提出基于低频控制信令辅助的毫米波车联网接入机制。利用位置信息辅助路边单元指导收发车辆进行毫米波波束训练和对准,同时所有调度控制信息交互卸载至6GHz以下频段,毫米波信号仅用于数据传输,并针对城市场景进行系统建模,设计完善高低频结合的接入机制。与现有室内局域网场景下IEEE 802.11ad协议进行对比,仿真结果表明:整体传输周期时长最高降低70%。进一步,针对定向接入过程中因车辆高速移动及位置信息存在误差而造成波束指向偏移,导致毫米波链路稳定性下降、系统传输速率减小的问题,提出基于波束指向误差分析的波束宽度优化算法。联合考虑移动性和定位误差的影响进行系统建模,对中断概率、波束相干时间、相干概率、系统最大传输速率等核心指标进行定量分析,推导其关系表达式。仿真表明:与IEEE 802.11ad相比,相干概率降低了28%,系统最大传输速率提升了 42.5%。此外,通过最大化相干概率和系统数据传输速率的权衡,得到系统最优波束宽度。