张平:5G能走多远,通信测试企业就能走多远

2020-01-19 10:27:39
刘晶
全文共约 3862 字,阅读约需 8~13 分钟。
其实,通信测试仪器仅是张平教授曾经从事的一项科研工作,让他积累了推动新技术产业化的经验;更为关键的是,他在3G、4G和5G的标准及网络架构的建设上,对我国无线通信的发展作出了高价值贡献。

在北京邮电大学新科研楼一间普通办公室里,利用院士午休时间,记者对新晋的中国工程院院士张平做了专访。张平教授现担任北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室主任,长期从事移动通信理论研究和技术创新工作。

为5G做一把“尺子”

2005年,记者第一次接触到张平教授。那时正值壮年的他正在为做出可对我国自主提出的3G技术TD-SCDMA产品测试的国产仪器而奔忙。“之前作为3G专家组成员,我们对TD-SCDMA技术做产品系统性评估,发现测试仪器仪表是我国通信业整个产业环节中的弱点,所以当时北邮组织力量想解决这个问题。”张平说,“我们以前在实验室环境里,觉得这不是难事,但真正到产业化,发现里面的问题和难题很多。”

遇到过多少难题,张平教授没有细讲。但在相当长的时间里,技术、人才、产业推广乃至研发经费等各方面都存在着巨大的挑战。因为在这个领域中有强劲而成熟的国外企业,当时为尖端技术提供测试仪器仪表的是安捷伦(美国企业,现在分拆为是德科技)、罗德与施瓦茨(德国)、安立(日本)等,它们无论在技术还是在市场上均已建立了顶端优势。

经过十多年的磨砺后,国产通信仪器仪表迎来了机遇。在华为遭受美国禁运令后,美国某公司已经从华为撤出,目前华为的无线通信测试仪器已经主要从国内企业及科研院所采购。“星河亮点、中国电科41所等国内企业为解决我国在仪器仪表领域存在的‘卡脖子’问题发挥了中流砥柱的作用。”张平说,“现在的国产测试仪器不仅支持TDD技术制式,2G的GSM、3G的三种技术标准、4G的两种技术标准和5G统一的标准都支持,完全是高端测试产品。”

对目前这种状态,张平似乎早有预判。在2016年的“5G测试技术研讨会”上,张平表示,中国的5G除了有世界一流的华为、中兴和大唐等制造企业,还需要有精确的第三方的尺子,这把尺子就是国内通信测试企业;中国的5G能走多远,这些企业就能走多远。

5G要和各垂直行业深入协同

其实,通信测试仪器仅是张平教授曾经从事的一项科研工作,让他积累了推动新技术产业化的经验;更为关键的是,他在3G、4G和5G的标准及网络架构的建设上,对我国无线通信的发展作出了高价值贡献。

其中,针对5G在垂直应用领域中的发展路径,张平说:“不同的行业对通信产生不同的需求,传统模式通过单一网络满足所有的需求,这在消费互联网中可以实现;但在工业互联网中,每个行业都有自己的特点,不可能用一个通信网络把所有行业网络都统一。”谈到5G赋能行业应用,张平认为,“我们还是要去适应各个行业,让各个行业说明需求。”

在行业应用中,有对无线通信技术的需求,因为无线通信灵活、便捷、易部署,但仅仅做到这几点并不足够。“其中的壁垒不是简单的通信技术的适配,而是因为很多行业在多年发展中形成了不同的通信需求。比如在铁路通信中,不光包括信息通信部分,控制和调度这一部分功能也非常关键,而且责任重大。铁路行业用一张GSM-R网络解决了控制信号的传输问题,就非常有自己的特点。”张平说,“当然,在5G网络中,运营商也可以考虑用切片的方式满足不同的需求。”

张平建议,可以通过再发一个频率的方式,让各个行业自己选择。可以用这个专用频率建设行业内的5G网络,通过技术把这些网络分隔开不产生干扰就可以。采用这种方式,垂直行业或者企业可以在自己掌握的范围内组成一个小的局域式网络,利用边缘计算,也能够实现对网络的实时控制要求。

“运营商可以通过与行业专家深入讨论,为行业做技术方案,解决行业和企业的痛点问题。”张平说,“如果不解决痛点问题,只实现大面积覆盖,就难以从根本上与其他行业做协同。做协同就要和人家打成一片,解决人家的痛点,适配人家的需求。”

毫米波应用需解决的不仅是器件

5G正式商用后,明确了未来三到五年通信业的发展路径,总体需求是速率越来越高,网络的渗透和覆盖范围会趋于平稳。我国在实现5G大面积覆盖的6GHz以下的频率上已经取得了领先,6GHz以上毫米波频谱资源丰富,能支持5G的更高速率应用,在新结束的WRC19会议上,也有大量的毫米波频段分配给移动通信使用,但在向毫米波发展中,我国在毫米波器件水平上还与先进水平存在一定差距。

“在毫米波段,基站设备的挑战还不明显,但在手机上,因为毫米波器件更小,所以在振荡器、滤波器、功率放大器等器件上,则是另外一个供应链,这方面国际上很多企业做得比我们早、发展比我们快。”张平说,“5G到新的波段就需要新的器件来支持,我们在毫米波器件上的落后时间不会很长。只要市场有需求,我们的水平很快就会提高,这不是大问题。在技术上看,国内不少高校和科研院所都培养了很多这方面的人材和技术。”

张平认为,从毫米波方向看,虽然器件上有一定难度,但毫米波更需解决的是应用方式。“毫米波的穿透能力、绕射能力相比6GHz都比较差,用毫米波来组网和过去较低频段的组网方式相比,设备就变得密集起来。过去一个基站覆盖一定范围,不能覆盖就做基站间的切换,现在频段越来越高、覆盖范围越来越小,虽然像波束成形这样的技术可以做一定的弥补,但密集的基站会让成本增高很多。运营商提供这种服务的成本优势在哪里?因此利用毫米波的移动通信应用面对的是综合问题,不是单一的器件问题。”

6G需要理论和技术的突破

频率升高一倍,按照电磁波衰减规律,在自由空间中,信号功率下降6dB。相同发送功率下,就是覆盖距离下降约一半,面积为原来的1/4。张平说,很多国家提出将太赫兹(THz)做为6G主要技术之一,我想这个频率自身属性带来的特性要着重考虑,尤其要考虑用于移动覆盖时的特性。

太赫兹波是指频率在0.1~10THz(波长为3000~30μm)范围内的电磁波,在长波段与毫米波相重合,在短波段与红外光相重合,是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,也是电子学向光子学的过渡区。

张平说,电磁波是在空间中以波动形式传播的电磁场,具有波粒二象性,遵循着麦克斯韦方程的规律发展。频率越高,粒子性越强;频率越低,波动性越强。同时通信系统容量C依照的是香农公式C=Blog2(1+S/N),其中B是指在某个频段上频率的宽带,如果想让频率宽度更宽,频段就会越来越高。从1G到5G,甚至到6G就是按这个趋势发展的,在哪个频段上其实由政府来决定,而且要得到全球的认可;而一切技术工作的创新重点就是如何使信噪比S/N的值越来越高。

但到6G,由于频率越来越高,通信也会发生大的变化,这就需要新的理论和技术突破。“技术和理论总是有关系的,通信机理和传统的相比可能会发生变化,比如量子通信。”张平说,“有人提出未来6G的应用场景中会有体联网,这种信息量要达Tbps的速度才能传输,这是一种新的需求。体联网的目标是用人脑可以控制一些设备,除了通信,人工智能、新材料、生物学等交叉学科,互相渗透会越来越多。”

谈到6G研究,张平说:“6G的研发要提前十年开始,再用十年进行商业化、十年做运营。现在5G刚开始用,2030年会是5G发展的最高值,之后发展速度会慢慢降下来,6G会在此时接替上,而现在的主要任务是要找到6G的需求和可能的技术突破是什么。”

11月22日上午,中国工程院公布2019年院士增选名单,北京邮电大学张平教授当选中国工程院院士。

张平,男,博士,中国农工民主党党员,1959年出生于陕西省汉中市。1978年考入陕西理工大学,先后在西北农林大学、西北大学、陕西理工大学学习;1983年考入西北工业大学攻读硕士学位;1987年考入北京邮电大学信号、电路与系统专业,并于1990年获工学博士学位。此后,一直在北京邮电大学从事教学和科研工作。

现任北京邮电大学信息与通信工程学院教授、网络与交换技术国家重点实验室主任。先后担任国家自然科学基金委员会首届国际合作咨询委员、信息学部第三、五、六届咨询委员、科技部863网络与通信主题专家、国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”总体组专家、IMT-Advanced 2020(5G)专家组成员、国家第六代移动通信(6G)技术研发总体专家组专家、国家自然科学基金创新研究群体学术带头人、《中国邮电高校学报》(英文版)和《通信学报》主编等。

长期从事移动通信理论研究及技术创新工作,为我国移动通信实现跨越式发展并参与4G国际竞争,提出了TDD高速宽带技术体系方案,为4G技术自主可控走出了第一步;攻克TDD多模测试技术并研发仪器仪表,填补了全球在此领域的“空白”。相关成果已进一步应用于5G研发及产业化等。

主持完成的项目成果获国家科学技术进步奖特等奖1项、国家科学技术进步奖一等奖1项、国家技术发明奖二等奖2项、国家科学技术进步奖二等奖2项。获首届“全国创新争先奖”奖章、光华工程科技奖、何梁何利基金科学与技术进步奖。2017年带领的团队入选首批“全国高校黄大年式教师团队”,2018年当选IEEE Fellow。

收藏
免责声明:凡注明为其它来源的信息均转自其它平台,由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类作品本站仅提供交流平台,不为其版权负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏,概不负任何法律责任。如果您发现网站上有侵犯您的知识产权的作品,请与我们取得联系,我们会及时修改或删除。联系邮箱:leixiao@infoobs.com