近年来,智能终端设备的日益流行导致了移动数据流量快速增长,为传统无线通信系统带来了巨大的信令开销。同时在物联网应用中,针对数据包较小,接入量极大的特点,LTE随机接入方案会增加系统的复杂度和时延。因此,第三代合作伙伴计划（3GPP,3rd Generation Partnership Project）提出了免授权（GF,Grant Free）随机接入技术来支撑未来人与人、物与物、人与物三者共同存在的网络通信系统。免授权随机接入技术由于降低接入时的信令开销、适应未来物联网通信业务流量的偶发性和稀疏性、支撑时延敏感网络中低时延业务程序等优势,受到学者们越来越多的关注。此外,为了实现可靠通信,降低接入过程中的碰撞概率,改进型重传机制将不可避免的作为一种解决方案被应用于免授权接入过程中。因此,本文将基于免授权接入技术,分别结合两种不同的混合自动重传（HARQ,Hybrid Automatic Repeat Request）协议研究在短包传输下系统的中断概率评估方案,用以衡量短包业务在时延约束下的可靠性。进一步地,本文考虑到实时信息传输场景,分析了基于短包传输的免授权访问方案中信息传输的时效性,并为实现系统高信息时效性提供短包包长和接入概率的最优策略。首先,论文提出了基于混合自动重传协议的免授权接入系统中的中断概率评估方法并且推导了中断概率闭合表达式,该方法可更精确地分析超可靠低时延通信（URLLC,Ultra-Reliable and Low Latency Communications）中短包传输业务的可靠性。在单层蜂窝 网络场景下,当用户有数据包到达时可发起免授权随机接入,通过竞争时频资源的方式接入基站（BS,Base Station）,并且当传输失败时会启动HARQ机制。随后,论文分别推导了系统一次HARQ往返传输时延和信干噪比（SINR,Signal-to-Interference Plus-Noise Ratio）表达式,同时利用最大时延约束获得了中断概率闭合解。最后论文通过MATLAB仿真平台,利用蒙特卡罗方法验证了所推导的基于HARQ的接入方案中断概率的准确性。其中,仿真结果表明在低信干噪比阈值情况下,传输机制具有高可靠性。其次,论文推导了基于副包传输的上行免授权传输方案在短包传输下的中断概率闭合表达式,该传输机制在提高可靠性的同时减少了重传引入的额外时延。在副包传输中,用户可在连续的传输时间间隔（TTI,Transmission Time Interval）上发送相同的短包给基站,在几个TTIs之后基站将接收的短包合并译码并反馈给用户。由此,论文首先分析了多次HARQ往返传输后的传输时延、信干噪比和中断概率。随后基于概率论、二项分布等理论基础,推导了基于副包传输的接入系统中断概率闭合表达式。最后,通过仿真验证了该中断概率表达式的准确性并且与上述所提的基于HARQ的接入方案进行性能比较。其中,仿真结果表明了基于副包传输的接入方案具有更好的可靠性和灵活性。最后,论文引入了信息新鲜度（AoI,Age of Information）来衡量短包传输下上行免授权接入系统中信息的时效性,随后提出了短包包长和接入概率联合优化的最小化系统AoI问题。考虑一个多用户节点网络通信场景,在不忽略短包传输错误率的情况下对系统接收机状态更新概率进行了分析,获得了信道质量较好时的状态更新概率表达式。然后,推导出各节点的AoI值,进而获得系统AoI表达式。紧接着建立了最小化系统AoI模型,提出了一种联合短包包长和接入概率多变量凸优化算法。最后,通过cvx工具包仿真验证了短包传输下联合优化算法具有更低的AoI值和更高的信息时效性。