车联网动态频谱分配方案

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车联网是融合了通信、汽车、交通等行业的新兴智能战略产业,用于应对交通设施日益增多的通信问题,为多样化的立体交通网络提供有效的通信服务。频谱资源管理技术是分配频谱资源、保证频谱利用率的重要手段。当前频谱资源管理技术存在计算复杂度高、频谱共享效率低、通信代价高等问题,严重限制了车联网的发展。因此为了提升车联网的频谱利用效率,本文研究了车联网动态频谱分配方案,主要研究内容有以下四点:(1)建立了车联网分布式频谱分配模型,为车联网各类用户提供灵活的频谱分配方案。该模型设计了动态信道接入方案,保证用户对通信时效性、灵活性的需求;设计了授权用户与非授权用户间的频谱共享机制,以应对车联网多样化通信服务的需求。(2)针对车联网频谱资源紧缺问题,设计了基于博弈论的车联网动态频谱分配方案,有效提升了频谱资源的利用效率。该方案通过利用非合作博弈在动态频谱资源分配上的优势,结合认知函数来分析用户自身频谱策略与信道干扰之间的联系,从而实现频谱资源的高效利用。仿真表明在全分布式场景下该方案频谱利用效率提升了80%以上,达到集中式场景下的水平。(3)提出了车联网快速收敛频谱分配方案,降低了频谱分配稳定所需的迭代时隙数,有效提升本论文中频谱分配方案的稳定性与可行性。该方案通过用户在一次迭代计算中实现多步认知,这加快了用户间相互引导、相互认知的过程,从而提升频谱分配方案的收敛速度。仿真表明该方案在保证频谱利用效率的同时,达到稳定所需的时隙数减少了71%。(4)设计了面向通信优先级的车联网频谱分配方案,以低复杂度算法实现了授权用户与非授权用户之间的频谱共享。该方案在基于博弈论的频谱分配方案的基础上,通过对授权用户进行功率控制,实现了非授权用户对授权用户的识别。仿真表明在该方案中,授权用户受到的影响低于3%,既满足了非授权用户的频谱资源需求又保证了授权用户的通信质量。本文研究的动态频谱分配方案在全分布式、多维度的车联网通信场景下有效提升了频谱的利用效率,为车联网频谱资源管理与利用提供了可行的解决方案。该方案具有高效、动态、高适应性、低复杂度的特点。
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