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移动互联网和物联网作为未来5G通信的两大驱动力,归纳两者的主要场景和业务需求特征,其中重要的一点是为用户提供毫秒级的端到端时延。降低时延技术对未来5G的大规模部署场景,例如工业、医疗等垂直行业有着积极的意义。5G存在两条技术路线,包括新空口(New Radio,新空口)路线和4G演进路线。4G演进路线面向5G场景与业务需求,在保证兼容的前提下,以现有4G框架长期演进(Long Term Evolution,LTE)/增强的长期演进(Long Term Evolution-Advanced,LTE-Advanced)技术框架为基础,通过在传统移动通信频段引入新技术,进一步增强4G系统的速率、容量、连接数、时延等空口性能指标。新技术的设计中为了满足毫秒级的端到端低时延要求,支持更短的传输时间间隔(Transmission Time Interval,TTI)结构,更精简的信令流程。由于5G新空口有比4G演进路线更低时延的业务需求,面向5G的4G演进路线中的降低时延关键技术的研究思路和方法同样适用于5G新空口的基于降低时延目标的研究。本文重点研究面向5G的短TTI帧结构的关键技术,包括三个方面:针对短TTI帧结构的上行控制信息传输,提出了一种灵活的基于解调参考信号(Demodulation Reference Signal,DMRS)共享的上行控制信道图样设计,以减小上行DMRS的开销,从而增大上行吞吐量的同时有效地提高信干噪比;针对短TTI帧结构在载波聚合场景下的下行控制信息(Downlink Control Information,DCI)传输,为了减小短物理下行控制信道(Short Physical Downlink Control Channel,sPDCCH)的开销,减小用户功耗,提出了一种激活/去激活sPDCCH的信令机制,并引申了两种技术方案可供选择;针对短TTI和传统TTI在同一频段或者不同频段需要共存的情况,提出了一种上行调度时指示资源分配以最大限度地避免在上行调度过程中可能会发生的资源冲突情况。通过理论分析及仿真表明,以上提出的几种方法可以有效地提升面向5G的基于短TTI帧结构的系统性能提升。