尹若伊

身份證號(hào)碼：120105199805192122

摘要：當(dāng)前，移動(dòng)通信信息系統(tǒng)可靠度的優(yōu)化問(wèn)題，成為很多相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者樂(lè)于研究的重點(diǎn)方向。鑒于此，本文首先著重研究了無(wú)線側(cè)通信的可靠性問(wèn)題，分析了通過(guò)拆分合并編碼組合信息可以影響無(wú)線側(cè)通信的可靠性，引入HARQ技術(shù)也可以提升系統(tǒng)的可靠性。隨后通過(guò)理論分析證明采用合適的組合信息編碼可以提高可靠性，但增加了用戶(hù)功耗；使用HARQ機(jī)制可以提高無(wú)線側(cè)通信的可靠性。最后提出了一些影響無(wú)線側(cè)通信可靠性的因素，并逐一分析，提出了解決方法。

關(guān)鍵詞：5G；可靠性；HARQ；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

一、可靠性通信原理

1、功率代價(jià)

為了得到高可靠性，可以考慮將控制信息與數(shù)據(jù)信息混合編碼，通過(guò)m n條信道傳輸?shù)恼`碼率為Q e，d，使得整個(gè)通信系統(tǒng)的正確接收率為1-Q e，d，（1-Q e，d）>（1-P e，h）（1-P e，d），提高了可靠性。但是使用混合編碼引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題：假如接收端為兩個(gè)實(shí)體，采用控制信息與數(shù)據(jù)信息混合編碼時(shí)，接收端必須將全部數(shù)據(jù)接收完畢并解碼后才能區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)是否為發(fā)送端發(fā)送到目的端，因此提高傳輸可靠性的代價(jià)是增加了功率消耗，這是功耗與可靠性間的一個(gè)矛盾。

2、時(shí)延代價(jià)

另外一個(gè)提升可靠性的方法可以從犧牲時(shí)延為代價(jià)的均衡中找到，假設(shè)用戶(hù)最大下行速率為100Mbps，考慮單一用戶(hù)情況，在QoE指標(biāo)較好的情況下，傳輸100M bit數(shù)據(jù)所用時(shí)間最大可為2s。那么在此QoE指標(biāo)下整包數(shù)據(jù)最大重傳次數(shù)可以達(dá)到1次，單包數(shù)據(jù)的誤碼率為P e，連續(xù)兩包數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤的誤碼率為P 2 e，使得誤碼率指標(biāo)呈指數(shù)級(jí)別遞減。但隨著重傳次數(shù)的增加，傳輸時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致QoE指標(biāo)急劇下降。

二、提升可靠性方法

1、可靠服務(wù)組合

一個(gè)通信系統(tǒng)最終的設(shè)計(jì)目的是在可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)上支持某些應(yīng)用或服務(wù)，如果需要建立一個(gè)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)判這個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，那么轉(zhuǎn)換到數(shù)字層面就是在99%的傳輸次數(shù)中以小于L秒、延遲D秒內(nèi)傳輸B byte數(shù)據(jù)。但是當(dāng)可靠性沒(méi)有達(dá)到指標(biāo)時(shí)，卻難以將這次服務(wù)評(píng)判為失敗。在具體業(yè)務(wù)中，可能有些業(yè)務(wù)就可以評(píng)判為成功，可靠服務(wù)組合（RSC，Reliable Service Composition）可以根據(jù)不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的QoE指標(biāo)對(duì)應(yīng)不同的可靠性指標(biāo)，以此來(lái)代替二元服務(wù)指標(biāo)“服務(wù)可用或服務(wù)不可用”?？煽啃苑?wù)組合的目的是針對(duì)不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型設(shè)計(jì)出不同等級(jí)的可靠性要求，而不是用一個(gè)可靠性指標(biāo)來(lái)代替所有的業(yè)務(wù)可靠性要求，如圖1所示：

圖1中數(shù)據(jù)僅作為V2V服務(wù)的示例，在基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸中可以使用95%的傳輸可靠性指標(biāo)，這些數(shù)據(jù)僅包括一些數(shù)據(jù)包比較小的安全或告警信息；當(dāng)V2V服務(wù)需要傳輸一些低級(jí)別確認(rèn)或者授權(quán)消息時(shí)，系統(tǒng)需要提供98%的數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)；最終當(dāng)V2V服務(wù)涉及到安全決策，需要傳輸全部的授權(quán)或確認(rèn)消息時(shí)，系統(tǒng)需要提供99.999%的可靠性指標(biāo)。以一個(gè)V2V數(shù)據(jù)傳輸流程為基礎(chǔ)模式-增強(qiáng)模式-安全模式為例，假設(shè)各模式下信噪比門(mén)限分別為γ1、γ2、γ3，根據(jù)業(yè)務(wù)流程所需時(shí)間，規(guī)定基礎(chǔ)模式下占用時(shí)間為T(mén) 1，增強(qiáng)模式下用時(shí)間為T(mén) 2，安全模式下為

T 3，則V2V服務(wù)過(guò)程的通信中斷的概率為：

根據(jù)上式可以看出各服務(wù)階段所占用過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)度以及各過(guò)程的最低信噪比門(mén)限是影響系統(tǒng)中斷的重要因素。

使RSC具有實(shí)際操作性的重要因素是如何確定一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，使其在給定時(shí)間內(nèi)可以用來(lái)評(píng)定業(yè)務(wù)需要系統(tǒng)提供何種可靠性服務(wù)組合，因此如何使用編碼技術(shù)降低信噪比門(mén)限是一個(gè)值得研究的課題。

2、使用markov過(guò)程決策的RSC

由上節(jié)的RSC組合可知，假設(shè)每個(gè)狀態(tài)的可靠度為R si，則由不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其他狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率矩陣為：

其中α為RSC基礎(chǔ)模式轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)模式的概率；β為RSC增強(qiáng)模式轉(zhuǎn)換為安全模式的概率；κ為安全模式轉(zhuǎn)換到增強(qiáng)模式的概率。切換圖如圖2所示：

當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略集S、行動(dòng)集A i為有限集時(shí)，采用折扣指標(biāo)和平均指標(biāo)模型，存在最優(yōu)的確定性平穩(wěn)策略。本文采用平均可靠度作為衡量指標(biāo)，對(duì)于基礎(chǔ)模式直接跳躍到安全模式的路徑可靠度為（1-α）×R s 2，基礎(chǔ)模式-增強(qiáng)模式-安全模式的路徑可靠度為α×R s 1+β×R s 2，最優(yōu)策略為選取max（（1-α）R s 2，αR s 1+βR s 2）的路徑。

3、未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1多入多出技術(shù)

多入多出技術(shù)是無(wú)線通信行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，利用多個(gè)天線在發(fā)送端和接收端解決無(wú)線信道的衰落，實(shí)現(xiàn)就算不增加系統(tǒng)寬帶和天線發(fā)射功率的情況下也能使無(wú)線系統(tǒng)的容量得到有效提高。

3.2先進(jìn)的信號(hào)處理及傳輸技術(shù)

OFDM是無(wú)線環(huán)境下高速傳輸技術(shù)，將頻率分給子信道之后實(shí)現(xiàn)各子載波并行傳輸，能抗多徑干擾與窄帶干擾；自適應(yīng)傳輸技術(shù)是未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)基帶信號(hào)處理的核心技術(shù)，根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同情況選取不同傳輸方式保證無(wú)線傳輸?shù)男Ч?，在信道狀況較差時(shí)也能采用很好的調(diào)制方案。

3.3智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)是基于自適應(yīng)天線原理的移動(dòng)通信新技術(shù)，能抑制信號(hào)的干擾并自動(dòng)跟蹤和數(shù)字調(diào)節(jié)波束。智能天線形成波束在空間范圍內(nèi)交互穿插，形成干擾流，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)想要的信號(hào)，既能改善信號(hào)質(zhì)量，又能增加傳輸容量。

3.4軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電是利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理的技術(shù)，在編程平臺(tái)上對(duì)無(wú)線電的標(biāo)準(zhǔn)、模塊等硬件進(jìn)行軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)線電的核心思想是在靠近天線的地方使用寬帶變換器，用軟件定義無(wú)線功能，其軟件系統(tǒng)包括無(wú)線信令規(guī)則與處理軟件、信號(hào)流變換軟件等多個(gè)軟件類(lèi)別。

3.5認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)

下轉(zhuǎn)第652頁(yè)