随着无线通信业务的发展,移动互联网和物联网已成为未来无线通信技术发展的主要驱动力。业务的发展对未来无线通信系统的时延和可靠性提出了更高的要求。在第五代移动通信网络(5th Generation Mobile Networks,5G)系统中,对于数据速率、连接设备数、设备电池寿命、端到端时延和系统可靠性等性能指标有高标准的要求。3 GPP(3 rd Generati on Partnership Project,第三代合作伙伴计划)定义5G新空口(New Radio,NR)支持的三大场景中包含低时延极高可靠通信(Ultra-Reliable Low-Latency Communication,URLLC)场景。然而,现有无线通信理论体系和通信系统设计,主要是以通信的有效性和可靠性为目标,无法满足新兴业务对低时延高可靠性的需求。因此本文围绕无线通信系统的时延和可靠性关系进行研究,并讨论其他系统性能指标对时延-可靠性关系的影响,具体内容如下:1.研究了多天线系统的时延与可靠性的理论性能极限,对多天线系统的时延-可靠性关系进行建模和分析。分析和研究了时延-可靠性的关系的指标——时延-可靠性置换指数(Latency-Reliability Trade-off Degree,LRTD),也就是对数坐标下中断率-时延关系曲线的斜率。验证得到多天线系统的LRTD等于系统分集度。研究系统开销对时延-可靠性关系的影响,并提出求解最优天线数的简化算法。另外,对天线相关的多天线系统的中断率进行建模分析,得出结论,即多天线系统的LRTD参数等于系统的分集度,与天线相关系数无关。2.研究了多中继系统的时延与可靠性的理论关系,推导了采用放大转发协议的多中继系统的中断率-时延表达式,并给出中断率的近似表达式。经分析得到多中继系统的LRTD等于中继节点数。研究系统开销对时延-可靠性关系的影响,提出了简化迭代算法求解使得中断率最低的最优中继数。3.研究了多用户系统的时延与可靠性的理论关系,对于轮询(Round-Robin,RR)调度算法、尽力而为(Best-Effort,BE)调度算法和排序尽力而为(Sorted Best-Effort,SBE)调度算法下的系统中断率进行建模和分析。分析表明采用SBE调度算法的系统性能最好,且随着用户数的增大带来的增益效果更显著。多用户系统的LRTD仍取决于发射和接收天线数,与用户数及采用的调度算法无关。考虑系统开销,对于三种不同情况下对系统开销与用户数的函数关系进行假设,对比三种调度算法下的系统中断率。研究了随用户数的增加,系统开销对可靠性的影响,并求解采用SBE调度算法时,使得中断率最小的最优用户数。进一步研究了系统开销占系统资源数的比例对系统可靠性的影响。