随着移动互联网技术的飞速发展,新兴业务类型井喷式涌现,无线数据流量呈非线性高速增长,不断挑战网络容量的极限。6GHz以下的授权频谱资源十分稀缺,难以满足当前持续增长的数据业务流量的需求,于是3GPP国际标准组织在第四代移动通信系统长期演进(The Forth Generation Long Term Evolution,4G LTE)阶段提出将授权频段的数据流量卸载到非授权频段,缓解授权频段的网络负载压力。在第五代移动通信系统新空口(The Fifth Generation New Radio,5G NR)设计及标准化进程中,有效使用非授权频谱资源的关键技术又得到了进一步发展与完善。因此,开展面向5G NR的非授权频谱使用关键技术研究具有十分重要的意义。5G NR网络工作于非授权频段时在实际网络部署和组网方面面临诸多新挑战。一方面,在非授权频段部署移动通信系统需要保证对已工作于非授权频段的已有网络(如Wi-Fi)的性能影响尽可能小,且保证两种系统的公平共存;另一方面,由于非授权频段接入主要是基于Best-effort的随机接入方式,因此需要在接入前通过先听后说机制(Listen Before Talk,LBT)检测信道占用情况,这导致信道接入不确定性较大,时延及可靠性无法保证。针对上述问题,本文重点开展面向5G NR非授权频段的无线接入技术研究,主要研究工作和创新点总结如下:1.基于Grant-free的NR-U接入技术研究:NR 非授权频段(NR in Unlicensed spectrum,NR-U)系统中 Grant-free 机制采用一组数据包同时占用多路信道进行传输来保证可靠性,但同时带来了信道利用率较低的情况。针对该问题,本文对NR-U与Wi-Fi共存系统的信道利用率和可靠性进行了折衷权衡分析。首先,文中基于Bianchi模型通过Markov链对Wi-Fi和NR-U的信道接入过程进行建模,并推导出了共存系统内的吞吐量。其次,引入排队论模型来对共存系统数据传输时延进行公式推导及仿真分析。最后,将Grant-free机制下的NR-U系统与基于调度请求的授权频段传输模式进行对比分析。仿真结果证明了对可靠性和信道利用率进行折衷分析得到最佳信道占用数量这一方法的合理性与可行性,并得出处于最佳信道占用数量时的NR-U网络通信性能较优的结论。2.基于部分带宽块(BandWidth Part,BWP)的非授权频段接入及切换技术研究:3GPP现有标准所规定的BWP配置与激活机制会导致BWP资源利用率较低。针对该问题,本文引入交织技术进行资源共享和基于时域信道占用时间(Channel Occupancy Time,COT)共享,提出一种可行的频域资源共享方案。然后,针对非授权频段BWP数据传输容易出现混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest,HARQ)反馈失败的情况,文中又增加了 HARQ传输信道数量来提高HARQ传输的可靠性,并给出了基于计时器的BWP自动切换机制。仿真结果显示,所提出的方案在BWP信道状态较差时可明显降低数据传输时延,并在保证数据传输有效性的同时,可获得较高的数据包成功传输概率。3.基于自动上行传输(Autonomous UpLink transmission,AUL)的低时延接入技术研究3GPP规定AUL机制工作时会进行资源提前配置,从而导致信道资源利用率不足。针对该问题,文中一方面提出一种UE与信道资源的多对多AUL信道资源分配方案,通过UE与信道资源块之间的多对多分配方式减少了信道资源空闲所增加的时延;进一步,根据资源块状态与UE数据业务类型的匹配程度对信道资源进行优先级划分,保证UE选择最匹配的信道资源进行接入。另一方面,由于在AUL的K repetition机制中,K值被设置为1可能导致传输时延增加和传输可靠性降低的问题,文中又提出将位于PDCP层的数据包复制过程转移到MAC层的方案,通过触发MAC层的复制操作,并在MAC层进行数据包暂存,降低由于UE等待重传所增加的时延,同时保证传输可靠性。