移动通信信息系统的可靠度优化方法

尹若伊

身份证号码：120105199805192122

摘要：当前，移动通信信息系统可靠度的优化问题，成为很多相关领域的专家学者乐于研究的重点方向。鉴于此，本文首先着重研究了无线侧通信的可靠性问题，分析了通过拆分合并编码组合信息可以影响无线侧通信的可靠性，引入HARQ技术也可以提升系统的可靠性。随后通过理论分析证明采用合适的组合信息编码可以提高可靠性，但增加了用户功耗；使用HARQ机制可以提高无线侧通信的可靠性。最后提出了一些影响无线侧通信可靠性的因素，并逐一分析，提出了解决方法。

关键词：5G；可靠性；HARQ；无线网络技术

一、可靠性通信原理

1、功率代价

为了得到高可靠性，可以考虑将控制信息与数据信息混合编码，通过m n条信道传输的误码率为Q e，d，使得整个通信系统的正确接收率为1-Q e，d，（1-Q e，d）>（1-P e，h）（1-P e，d），提高了可靠性。但是使用混合编码引发了一个问题：假如接收端为两个实体，采用控制信息与数据信息混合编码时，接收端必须将全部数据接收完毕并解码后才能区分数据是否为发送端发送到目的端，因此提高传输可靠性的代价是增加了功率消耗，这是功耗与可靠性间的一个矛盾。

2、时延代价

另外一个提升可靠性的方法可以从牺牲时延为代价的均衡中找到，假设用户最大下行速率为100Mbps，考虑单一用户情况，在QoE指标较好的情况下，传输100M bit数据所用时间最大可为2s。那么在此QoE指标下整包数据最大重传次数可以达到1次，单包数据的误码率为P e，连续两包数据出现错误的误码率为P 2 e，使得误码率指标呈指数级别递减。但随着重传次数的增加，传输时间的增加会导致QoE指标急剧下降。

二、提升可靠性方法

1、可靠服务组合

一个通信系统最终的设计目的是在可靠数据传输的基础上支持某些应用或服务，如果需要建立一个简单的标准来评判这个系统是否达到设计指标，那么转换到数字层面就是在99%的传输次数中以小于L秒、延迟D秒内传输B byte数据。但是当可靠性没有达到指标时，却难以将这次服务评判为失败。在具体业务中，可能有些业务就可以评判为成功，可靠服务组合（RSC，Reliable Service Composition）可以根据不同业务类型的QoE指标对应不同的可靠性指标，以此来代替二元服务指标“服务可用或服务不可用”。可靠性服务组合的目的是针对不同的业务类型设计出不同等级的可靠性要求，而不是用一个可靠性指标来代替所有的业务可靠性要求，如图1所示：

图1中数据仅作为V2V服务的示例，在基础的数据传输中可以使用95%的传输可靠性指标，这些数据仅包括一些数据包比较小的安全或告警信息；当V2V服务需要传输一些低级别确认或者授权消息时，系统需要提供98%的数据传输指标；最终当V2V服务涉及到安全决策，需要传输全部的授权或确认消息时，系统需要提供99.999%的可靠性指标。以一个V2V数据传输流程为基础模式-增强模式-安全模式为例，假设各模式下信噪比门限分别为γ1、γ2、γ3，根据业务流程所需时间，规定基础模式下占用时间为T 1，增强模式下用时间为T 2，安全模式下为

T 3，则V2V服务过程的通信中断的概率为：

根据上式可以看出各服务阶段所占用过程的时间长度以及各过程的最低信噪比门限是影响系统中断的重要因素。

使RSC具有实际操作性的重要因素是如何确定一个关键指标，使其在给定时间内可以用来评定业务需要系统提供何种可靠性服务组合，因此如何使用编码技术降低信噪比门限是一个值得研究的课题。

2、使用markov过程决策的RSC

由上节的RSC组合可知，假设每个状态的可靠度为R si，则由不同状态转换到其他状态的转移概率矩阵为：

其中α为RSC基础模式转换为增强模式的概率；β为RSC增强模式转换为安全模式的概率；κ为安全模式转换到增强模式的概率。切换图如图2所示：

当状态转换策略集S、行动集A i为有限集时，采用折扣指标和平均指标模型，存在最优的确定性平稳策略。本文采用平均可靠度作为衡量指标，对于基础模式直接跳跃到安全模式的路径可靠度为（1-α）×R s 2，基础模式-增强模式-安全模式的路径可靠度为α×R s 1+β×R s 2，最优策略为选取max（（1-α）R s 2，αR s 1+βR s 2）的路径。

3、未来移动通信系统的关键技术

3.1多入多出技术

多入多出技术是无线通信行业的关键技术之一，利用多个天线在发送端和接收端解决无线信道的衰落，实现就算不增加系统宽带和天线发射功率的情况下也能使无线系统的容量得到有效提高。

3.2先进的信号处理及传输技术

OFDM是无线环境下高速传输技术，将频率分给子信道之后实现各子载波并行传输，能抗多径干扰与窄带干扰；自适应传输技术是未来移动通信系统基带信号处理的核心技术，根据无线网络不同情况选取不同传输方式保证无线传输的效果，在信道状况较差时也能采用很好的调制方案。

3.3智能天线技术

智能天线技术是基于自适应天线原理的移動通信新技术，能抑制信号的干扰并自动跟踪和数字调节波束。智能天线形成波束在空间范围内交互穿插，形成干扰流，增强特殊范围内想要的信号，既能改善信号质量，又能增加传输容量。

3.4软件无线电技术

软件无线电是利用数字信号进行处理的技术，在编程平台上对无线电的标准、模块等硬件进行软件加载方式来实现开放式结构。软件无线电的核心思想是在靠近天线的地方使用宽带变换器，用软件定义无线功能，其软件系统包括无线信令规则与处理软件、信号流变换软件等多个软件类别。

3.5认知无线电技术

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