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近年来,随着物联网、触感互联网、信息物理系统等新兴技术的兴起,人们能够以实时方式与物理世界进行交互。这些新兴应用通过无线网络控制系统来实现对物理系统的实时控制。然而,由于实时控制通常具有超高可靠和超低时延的性能要求,目前的无线通信系统还远远不足以支持实时控制。在即将到来的第五代蜂窝网络中,超可靠和低延迟通信(Ultra-Reliable and Low-Latency Communication,URLLC)被视为实现实时无线控制系统必不可少的服务。但是,URLLC中极高的服务质量(Quality of Service,QoS)将导致大量无线资源消耗。此外,在实时无线网络控制系统中,通信与控制的紧密耦合要求我们将系统当作一个整体进行设计。因此,本文将采用通信控制协同设计方法,着眼于研究基于URLLC的实时无线网络控制系统中的无线传输机制。主要研究内容归纳如下:(1)状态感知的无线传输设计:我们的目标是通过动态QoS无线传输设计来减少URLLC中的大量无线资源消耗,同时保持实时无线控制系统的良好控制性能。具体来说,我们提出了一种状态感知的动态QoS传输方法来减少高QoS的URLLC传输次数,以及一种无线资源分配方法来确保在每个时刻的成功传输。其中,我们提出了两个最优问题:(1)通过动态QoS分配传输来使控制成本最小化的最优问题;(2)通过资源分配来最小化分组错误概率以保证无线传输的最优问题。然后,我们采用期望替换来解决第一个最优问题,并证明第二个问题是凸优化问题。最后,可以相应地获得状态感知的动态传输和资源分配策略。仿真结果证明了该方法的有效性。(2)信道感知的无线传输设计:在基于URLLC的实时无线网络控制系统中,URLLC中的通信资源消耗和控制子系统的性能是相互依赖的。为了优化整体系统性能,至关重要的是通过提出一个协同设计的问题将URLLC和控制子系统集成在一起。具体而言,我们提出了一种受控制约束的通信优化算法以实现实时控制。该问题是在保证系统控制性能的约束下,通过优化无线传输和资源分配来最小化设备功耗。为了解决这个问题,我们首先将控制收敛速率要求转换为通信可靠性约束。然后,将通信控制协同设计最优问题转化为常规最优无线资源分配问题。采用拉格朗日对偶法求解最优问题,获得最佳的无线传输策略和资源分配方案。仿真结果表明,该方法可以有效降低通信能耗,同时保持良好的控制性能。