移動通信信息系統的可靠度優化方法

尹若伊

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摘要：當前，移動通信信息系統可靠度的優化問題，成為很多相關領域的專家學者樂于研究的重點方向。鑒于此，本文首先著重研究了無線側通信的可靠性問題，分析了通過拆分合并編碼組合信息可以影響無線側通信的可靠性，引入HARQ技術也可以提升系統的可靠性。隨后通過理論分析證明采用合適的組合信息編碼可以提高可靠性，但增加了用戶功耗；使用HARQ機制可以提高無線側通信的可靠性。最后提出了一些影響無線側通信可靠性的因素，并逐一分析，提出了解決方法。

關鍵詞：5G；可靠性；HARQ；無線網絡技術

一、可靠性通信原理

1、功率代價

為了得到高可靠性，可以考慮將控制信息與數據信息混合編碼，通過m n條信道傳輸的誤碼率為Q e，d，使得整個通信系統的正確接收率為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了一個問題：假如接收端為兩個實體，采用控制信息與數據信息混合編碼時，接收端必須將全部數據接收完畢并解碼后才能區分數據是否為發送端發送到目的端，因此提高傳輸可靠性的代價是增加了功率消耗，這是功耗與可靠性間的一個矛盾。

2、時延代價

另外一個提升可靠性的方法可以從犧牲時延為代價的均衡中找到，假設用戶最大下行速率為100Mbps，考慮單一用戶情況，在QoE指標較好的情況下，傳輸100M bit數據所用時間最大可為2s。那么在此QoE指標下整包數據最大重傳次數可以達到1次，單包數據的誤碼率為P e，連續兩包數據出現錯誤的誤碼率為P 2 e，使得誤碼率指標呈指數級別遞減。但隨著重傳次數的增加，傳輸時間的增加會導致QoE指標急劇下降。

二、提升可靠性方法

1、可靠服務組合

一個通信系統最終的設計目的是在可靠數據傳輸的基礎上支持某些應用或服務，如果需要建立一個簡單的標準來評判這個系統是否達到設計指標，那么轉換到數字層面就是在99%的傳輸次數中以小于L秒、延遲D秒內傳輸B byte數據。但是當可靠性沒有達到指標時，卻難以將這次服務評判為失敗。在具體業務中，可能有些業務就可以評判為成功，可靠服務組合（RSC，Reliable Service Composition）可以根據不同業務類型的QoE指標對應不同的可靠性指標，以此來代替二元服務指標“服務可用或服務不可用”?？煽啃苑战M合的目的是針對不同的業務類型設計出不同等級的可靠性要求，而不是用一個可靠性指標來代替所有的業務可靠性要求，如圖1所示：

圖1中數據僅作為V2V服務的示例，在基礎的數據傳輸中可以使用95%的傳輸可靠性指標，這些數據僅包括一些數據包比較小的安全或告警信息；當V2V服務需要傳輸一些低級別確認或者授權消息時，系統需要提供98%的數據傳輸指標；最終當V2V服務涉及到安全決策，需要傳輸全部的授權或確認消息時，系統需要提供99.999%的可靠性指標。以一個V2V數據傳輸流程為基礎模式-增強模式-安全模式為例，假設各模式下信噪比門限分別為γ1、γ2、γ3，根據業務流程所需時間，規定基礎模式下占用時間為T 1，增強模式下用時間為T 2，安全模式下為

T 3，則V2V服務過程的通信中斷的概率為：

根據上式可以看出各服務階段所占用過程的時間長度以及各過程的最低信噪比門限是影響系統中斷的重要因素。

使RSC具有實際操作性的重要因素是如何確定一個關鍵指標，使其在給定時間內可以用來評定業務需要系統提供何種可靠性服務組合，因此如何使用編碼技術降低信噪比門限是一個值得研究的課題。

2、使用markov過程決策的RSC

由上節的RSC組合可知，假設每個狀態的可靠度為R si，則由不同狀態轉換到其他狀態的轉移概率矩陣為：

其中α為RSC基礎模式轉換為增強模式的概率；β為RSC增強模式轉換為安全模式的概率；κ為安全模式轉換到增強模式的概率。切換圖如圖2所示：

當狀態轉換策略集S、行動集A i為有限集時，采用折扣指標和平均指標模型，存在最優的確定性平穩策略。本文采用平均可靠度作為衡量指標，對于基礎模式直接跳躍到安全模式的路徑可靠度為（1-α）×R s 2，基礎模式-增強模式-安全模式的路徑可靠度為α×R s 1+β×R s 2，最優策略為選取max（（1-α）R s 2，αR s 1+βR s 2）的路徑。

3、未來移動通信系統的關鍵技術

3.1多入多出技術

多入多出技術是無線通信行業的關鍵技術之一，利用多個天線在發送端和接收端解決無線信道的衰落，實現就算不增加系統寬帶和天線發射功率的情況下也能使無線系統的容量得到有效提高。

3.2先進的信號處理及傳輸技術

OFDM是無線環境下高速傳輸技術，將頻率分給子信道之后實現各子載波并行傳輸，能抗多徑干擾與窄帶干擾；自適應傳輸技術是未來移動通信系統基帶信號處理的核心技術，根據無線網絡不同情況選取不同傳輸方式保證無線傳輸的效果，在信道狀況較差時也能采用很好的調制方案。

3.3智能天線技術

智能天線技術是基于自適應天線原理的移動通信新技術，能抑制信號的干擾并自動跟蹤和數字調節波束。智能天線形成波束在空間范圍內交互穿插，形成干擾流，增強特殊范圍內想要的信號，既能改善信號質量，又能增加傳輸容量。

3.4軟件無線電技術

軟件無線電是利用數字信號進行處理的技術，在編程平臺上對無線電的標準、模塊等硬件進行軟件加載方式來實現開放式結構。軟件無線電的核心思想是在靠近天線的地方使用寬帶變換器，用軟件定義無線功能，其軟件系統包括無線信令規則與處理軟件、信號流變換軟件等多個軟件類別。

3.5認知無線電技術

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