低时延高可靠通信(Ultra-reliable and low-latency communication,URLLC)是ITU提出的5G三大应用场景之一,对通信过程中的时延和可靠性均有很高的要求,可以满足工业自动化、无人驾驶、远程医疗等应用的业务需求。以往通信系统主要关注通信速率和带宽的提升,而URLLC提出了新的指标需求,这为5G系统的设计与构建带来巨大的挑战。本文研究5G系统中低时延高可靠通信的关键技术,包括基于竞争的随机接入流程中前导码的分类及选择方案、上行免授权传输方案的设计优化、以及适用于URLLC场景下的LDPC编码器FPGA实现等。基于竞争的随机接入过程中,考虑e MBB和URLLC这两类设备的竞争接入,不同的前导码选择方案会对设备的成功接入概率产生不同的影响。为提高URLLC设备成功接入概率,本文在深入研究前导码未分类、无重叠分类和有重叠分类这三种传统方案的基础上,提出了两种优化方案:基于调节因子的优化方案以及基于调节和限制因子的联合优化方案。基于调节因子的优化方案能使URLLC设备优先在专门预留的前导码集合中进行选择,可提高接入请求负载较低时的URLLC设备成功接入概率;基于调节和限制因子的联合优化方案,可以在URLLC设备接入请求负载较高时,通过限制一部分e MBB设备的接入请求,优先保证URLLC设备的接入。仿真结果表明提出的优化方案可以有效提升URLLC设备的成功接入概率。在上行免授权传输模式中,由于不通过基站的调度设备直接进行数据包的发送,因而在传输过程中可能发生不同用户之间数据包的碰撞,影响传输可靠性。针对这一问题,本文研究了不同上行免授权传输方案中数据包碰撞概率问题,并提出一种动态平行传输方案,即在预留的传输信道中选择多个信道同时传输同一数据包的多个副本,可以在零星的数据包到达率下充分利用预留的传输资源,从而提高传输的可靠性,降低传输时延。仿真结果表明了所提出动态平行传输方案可有效提高传输可靠性。最后,根据URLLC通信小数据包,且可靠性高达99.999%的业务特点,本文研究了适用于URLLC通信场景中的LDPC编码器的FPGA设计与实现,并进行了板级验证。该编码器具有资源消耗少,结构简单,复杂度低等优点。