高可靠低时延通信作为第五代移动通信系统(Fifth Generation Communications System,5G)的典型应用场景,要求将数据传输的空口时延控制在1 ms以内。由于现行的长期演进(Long Term Evolution,LTE)系统空口时延在10ms左右,无法满足该场景下毫秒级别的时延要求,因此研究如何在现有LTE系统的基础上进行演进,从而满足5G的低时延要求是很有意义的。缩短LTE子帧长度被认为是一种可行的低时延技术方案,本文采用短帧技术,以实现5G低时延预演为研究目标,在现有LTE系统的基础上对下行链路进行短帧设计,主要研究和分析短帧导频图样对系统吞吐量和误码率的影响,并在车联网场景下提出一种自适应的短帧导频映射算法。首先,本文在研究LTE系统下行链路物理层结构以及时频资源分布方式之后,对上下行链路通信时延的组成进行分析,介绍三种可行的降低时延方法。并接着对无线信道的传输特性进行研究,重点讨论多普勒频移、时延拓展、角度拓展三种信道衰落特性,介绍LTE系统的信道建模过程,并指出无线信道在车联网高速移动环境下将面临的主要问题。其次,基于LTE系统下行链路,在保持子载波间隔不变的情况下,通过减少每个子帧内正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)符号个数,达到缩短子帧长度的目的。为解决现有短帧技术中存在的不足,并权衡系统吞吐量和系统误码率之间的关系,本文在时隙级短帧的基础上,以每个子帧为导频映射基本单位,给出一种适用于短帧的小区专用参考信号(Cell specific Reference Signals,CRS)图样映射方法。仿真实验结果表明,新设计的短帧导频图样可在满足LTE系统下行吞吐量要求的同时,降低系统的误码率,提高数据传输可靠性。最后,将上述带有新导频图样的时隙级短帧应用于车联网通信中,以满足该场景对通信时延的要求。由于车联网环境下设备终端存在移动速度变化快的特点,针对短帧中导频信号的配置问题,提出根据当前车辆行驶的道路等级以及行驶道路的堵塞情况,采用不同周期进行帧内参考信号映射的自适应算法,即根据车辆行驶道路等级的不同,以及当前行驶过程中是否发生交通堵塞,来选择不同的周期进行帧内参考信号映射。仿真实验结果表明,此方案可以针对不同的车辆行驶环境,在保证一定误码率的前提下,提高系统的吞吐量,提高频谱资源利用效率。