1、研究背景与技术目标

①6G时延与可靠性需求

6G网络要求时延从5G的毫秒级（ms）降至微秒级（μs），以支持自动驾驶、工业自动化等极端连接场景。传统一维（1-D）时间编码在有限块长场景下存在容量崩溃问题，高频调制（如16-QAM）时可靠性显著下降，需通过空间自由度（DoF）利用弥补时间资源不足。

②时空二维编码的理论基础

通过“时空可交换性”理论，将时间域编码扩展至空间域，形成时空联合编码框架。传统单用户大规模MIMO受限于用户设备（UE）天线数量（5G NR仅支持最多8层传输），因此采用无蜂窝分布式架构，通过多节点协作提升DoF。

2、实验系统架构与关键设计

①硬件组成与部署

核心组件

基带单元（BBU）：负责信号处理与调度。

有源天线单元（AAUs）：基站与UE各部署2个AAUs，每个AAU含双极化相控阵和2个射频链，支持可扩展分布式部署。

前传卡与同步：通过交换机连接AAUs与BBU，采用IEEE 1588精确时间协议实现纳秒级同步。

部署方式：基站AAUs安装于天花板垂直杆，UE AAUs固定于终端，通过激光测距仪控制通信距离（3.6m、5.0m、7.2m）。

②传输与波形

采用无蜂窝传输，支持可扩展信道扩展，波形符合5G NR标准。实验中使用两对AAUs（基站和用户各两个），每个AAU配备双极化相控阵和两个射频链。

③帧结构与调度流程

基于5G NR 标准的迷你时隙结构，每个时隙含14个OFDM 符号。前三个OFDM符号用于下行（基站）或上行（UE），剩余11个符号用于其他用户调度。

空中传输包含数据和导频符号，物理层处理时延约为三个OFDM符号周期，通过优化调度实现低于40μs的上行端到端时延，具体地，5G与6G公众号了解到通过压缩物理层处理链（如资源配置、信道估计、时空解码）实现上行端到端时延< 40μs，较5G提升1个数量级。

3、时空二维编码的技术实现

编码方案采用二维折叠方案，将时间域码块与空间域天线层联合编码，形成时空交织的网格结构，5G与6G公众号了解到时间域采用极化码（符合3GPP 38.212标准），空间域引入子块交织、速率匹配等模块，额外时延仅约2μs。

与传统一维编码的对比：

一维编码（1-D）仅依赖时间域纠错，高频调制时因容量崩溃导致BLER/FER显著上升（如 16-QAM在7.2m距离下FER>50%）。

二维编码（2-D）通过空间分集增强可靠性，相同条件下BLER/FER降低2-3个数量级（如7.2m距离16-QAM时，2D-BLER=1.355×10-4，较1D提升约3000倍）。

关键数据汇总

4、多场景实验验证与结果分析

无蜂窝毫米波通信系统中时空二维编码技术实验验证结果积极，在可靠性和时延方面优势显著，为6G的uRLLC通信发展提供有力支撑。

一是可靠性大幅提升。时空二维编码技术在相同信道条件和时空资源下，相比传统一维时间编码，误块率（BLER）和误帧率（FER）性能有显著改善。在有限块长场景中，高频调制（如 16-QAM）会因容量崩溃效应导致可靠性大幅下降，而时空二维编码能有效缓解这一问题。5G与6G公众号了解到实验结果表明，时空二维编码的可靠性比一维时间编码提高了2 - 3个数量级，且无需增加额外的传输OFDM符号。在不同通信距离（3.6m、5.0m、7.2m）、不同角度到达（波束对准和未对准）以及不同遮挡环境（自遮挡和静态遮挡）等多种情况下进行实验，均验证了时空二维编码在提升可靠性方面的优势。

二是时延显著降低。通过采用特殊的时隙调度，该系统的最小上行物理层端到端处理时延小于40μs，相比5G的时延有一个数量级的提升 。从实验结果图中，5G与6G公众号了解到系统的处理时延和端到端时延在不同调制方案下保持稳定。虽然时空二维编码的平均处理时延相比一维时间编码大约增加2μs，但这一额外时延源于空间编码和折叠过程，通过实验系统中适当的并行化和向量化处理，其额外复杂度可忽略不计，不会影响整体调度过程。

5、挑战与展望

极端遮挡（如完全视距阻断）仍导致性能下降，需结合智能波束管理、分布式中继等技术进一步优化。

未来将探索更高阶调制（如 64-QAM）与大规模 AAU 部署（>4 个节点）的系统性能。