新一代網絡通信技術:經天地,通人和——2019年世界科技發展回顧

2020-01-03 16:26:21 來源: 科技日報 作者: 國際部記者


OneWeb全球互聯網傳輸星座包括720顆150公斤重的軌道衛星。 圖源:OneWeb網站

美國

劉海英(本報駐美國記者)

部署5G關注6G引領衛星互聯網 

技術研發強勁區塊鏈應用多創新


美政府以安全為由極力打壓華為公司,美國電信商則在境內加緊部署5G網絡。AT&T一馬當先,稱目前已在21個城市擁有了基于標準的移動5G+網絡;T-Mobile則在12月宣布,已啟用美國首個全國性5G網絡,覆蓋5000個社區共2億人。

面對難以在5G領域獲取優勢的窘境,美國聯邦通信委員會開始關注下一代無線通信技術。3月,該機構一致投票通過開放“太赫茲波”頻譜供實驗使用的決定,希望能為美國的6G研發鋪平道路。

而提到頻譜問題,不應忽略國防部高級研究計劃局的“頻譜協作挑戰賽”(SC2)。SC2是世界上首個為解決頻譜短缺問題而舉辦的競賽,旨在利用人工智能釋放射頻頻譜的真正潛力。SC2歷時三年,最后的冠軍賽于2019年10月舉辦。該項賽事展示了頻譜共享的未來,表明協作、自主的無線網絡大有潛力,盡管仍處于探索初期,但隨著頻譜共享技術的發展,無線資源日益緊張的局面將有望緩解,這給未來的網絡通信發展提供了新一種可能。

2019年網絡通信技術發展還有一個需要重點提及的領域——衛星互聯網。在這方面美國公司遙遙領先。太空探索技術公司分別于5月和11月將兩批共120顆“星鏈”衛星送入太空,并稱準備將“星鏈”網絡衛星容量由1.2萬顆擴至約4.2萬顆;OneWeb也于2月發射了首批6顆衛星。相比于太空探索技術公司和OneWeb,波音公司的低軌通信衛星星座計劃雖也雄心勃勃,但已稍顯滯后。

美雖然未能取得5G產業優勢,但其通信新技術的研發實力依然強勁。實現對超凈單層鎢二硒化物(WSe2)中暗三離子的觀察、表征及控制,利用14000多個碳納米管晶體管制造出16位微處理器、發現新形式光波——季亞科諾夫—福格特波等科研成果,都可能對未來網絡通信技術產生重要影響。

近幾年頗受關注的網絡技術——區塊鏈,在沉寂了一段時間后,因Facebook的“天秤幣計劃”而又重新熱了一把。盡管政界的干預讓“天秤幣”可能最終無法落地,但美國企業區塊鏈商業化應用方面進行了諸多創新,讓人們看到了這一技術的廣闊用用前景。


日本

陳超(本報駐日本記者)

重基礎研究發現新型層狀超導體

利用石墨烯開發零能耗納米器件


日本注重通信網絡技術的基礎研究層面。

其中,新型鉍系層狀超導體有望成為層狀功能性材料的新設計指標。日本首都大學東京研究生院的研究小組,發現了具有由鉍、銀、錫、硫和硒構成傳導層的新型層狀超導體。擁有二維層狀結構的化合物會顯示出高溫超導和熱電轉換等多種功能性。不僅是功能性,還可能出現由二維電子狀態引起的特殊物理現象,這也是具備二維層狀結構的化合物的特征,科學家們一直期待能發現擁有前所未有新特性的新型層狀化合物。此次的研究結果首次發現4層型鉍系層狀化合物具備塊體超導性。以此為契機,有望加速具備4層傳導層的鉍系層狀化合物的功能性材料開發。

明確石墨烯超導材料原子排列,有望實現零能耗高速納米器件。東京大學、早稻田大學、日本原子能研究開發機構、高能加速器研究機構等組成的研究小組,利用“全反射高速正電子衍射法”(TRHEPD法)的實驗方法,首次明確了碳原子層物質石墨烯與鈣形成的具有超導特性的二維化合物的原子排列。另外研究小組通過實驗確認,這種原子排列顯示出電阻為零的超導現象。此次查清了使用石墨烯的新化合物的原子排列,為利用石墨烯開發零能耗的超高速信息處理納米器件等材料開辟了道路。


田學科(本報駐英國記者)

測試量子產品5G服務步入商業化

力促區塊鏈技術的發展和監管


在政府和工業界聯合投資3.5億英鎊之后,英國的量子科學研究已經從理論和應用研究階段進入到產品測試,從網絡安全到國防和醫療保健,新量子技術有可能給一系列行業帶來革命性變革。英國科學大臣克里斯·斯基德莫爾認為,量子科學對于英國來說已不再是一門實驗科學,有關行業正在把曾經的未來主義夢想變成改變生活的產品。

而為加快量子技術商業化,英國政府側重對以下4個領域進行重點扶持:一是產品和服務創新;包括一系列的合作研發競賽,提供改變游戲規則的量子產品和服務等。二是產業主導的技術發展項目;即針對具體挑戰的工業管理研究活動等。三是供應鏈;專注于量子領域創新組件和供應鏈元素的可行性項目。四是投資加速器。鼓勵風險投資關注早期、分拆和初創的量子技術公司。

盡管英國的移動通信網絡覆蓋并不好,許多地區仍然難以享受4G服務,但并沒有因此阻礙開展5G技術的通訊服務的步伐。英國四大移動運營商均在2019年正式發布并實施5G商用業務計劃,如英國最大移動通信公司EE從5月30日開始,在倫敦、伯明翰、曼切斯特、愛丁堡等6個人口密集的城市開通5G服務。沃達豐公司于7月3日正式在7個相對較大的城市為個人和機構開通5G服務。

按照政府設定的目標,到2027年,英國大部分地區將完成5G網絡覆蓋,為無人駕駛汽車和遠程醫療等領域的發展提供助力。

英國也是最早提出促進區塊鏈技術發展和加強區塊鏈公司業務監管的國家之一。2015年英國政府首創“沙盒監管”模式;2018年7月,英國金融監管局批準11家區塊鏈和分布式賬本技術公司接受“沙盒監管”;2019年5月,又有3家區塊鏈公司進入“沙盒監管”。

為保持英國在金融創新領域的優勢地位,獲取未來區塊鏈技術發展帶來的潛在價值,英國議會于11月7日成立了由14人組成的跨黨派區塊鏈小組全球專家委員會,該專家委員會同英國議會跨黨派區塊鏈小組的議員,為英國政府制定區塊鏈政策、擬定發展規劃等出謀劃策。2019年,英國議會跨黨派區塊鏈小組多次召集會議,研究和探討了區塊鏈技術的發展對金融、加密經濟和保險業帶來的深刻影響和應對辦法,以及區塊鏈技術在教育、衛生、科研和創造新的就業機會方面的潛力等。


俄羅斯

董映璧(本報駐俄羅斯記者)

“斷網法”受矚目與華為合作建5G城市

要求在俄銷售外國手機預裝俄產軟件


第一件便是所謂的“俄羅斯斷網法”事件。2019年上半年國際媒體對此的炒作沒有中斷過。年初,俄議會幾名議員發起了有關該領域的立法工作,出乎意料的是相關法律很快在俄羅斯上下議會通過了,5月1日總統普京隨即簽署了《俄羅斯主權互聯網法案》。該法律的目的是確保俄互聯網在遭遇外部“斷網”等沖擊時仍能穩定運行。簡言之,就是一旦美國關閉了俄羅斯的互聯網域名或者在國際互聯網根服務器上對俄“做手腳”,俄有關部門仍能依靠自己的技術,保障俄境內網絡的正常運行。根據該法,俄將建立本國的域名系統,即存儲和獲取網絡地址及域名信息的系統。俄聯邦電信、信息技術和大眾傳媒監督局將成立網絡監控管理中心,負責在出現外部異常情況時保障俄境內網絡通信服務運行,并協調各網絡通信運營商應對。該法部分條款于11月生效,而有關對特定網絡信息予以加密保護和建立本國域名系統的條款等將于2021年1月1日生效。

與“斷網”事件同時受關注的是俄國防部建設的專屬軍事互聯網——“多服務通信傳輸網”(MTSS)。MTSS將擁有自己的主題搜索引擎,可根據關鍵詞或句子查詢信息,能在全國范圍內快速傳輸幾乎無限容量的信息;MTSS可用于俄聯邦政府準備打造的主權互聯網,確保國家在數字空間的安全。MTSS還可在戰斗環境下應用,比如,俄空降兵能通過平板電腦連接MTSS,顯示預定戰斗行動地域圖,偵察員可在保密信道上將獲取的坐標數據標注在地圖上。俄國防部還在一次軍事演習中測試了一種可在1小時內快速搭建的無線通信網絡,并能在2000公里間高速傳輸加密信息。

第二件是華為與俄羅斯的合作事件。2019年6月5日,華為公司與俄羅斯第一大移動運營商MTS簽署5G合作協議。8月,MTS使用中國華為的5G移動網絡技術,在俄圣彼得堡州喀瑯施塔得市啟動了5G 移動通信網絡,這是俄羅斯建成的第一個5G移動網絡城市。該市政府希望5G技術能在智慧城市、物聯網、信息安全解決方案、交通監控、環境保護、生產領域和政府管理工作的數字等領域發揮重要作用。同一時期,莫斯科市政府和MTS,利用華為5G技術在莫斯科市“國民經濟成就展覽館”內建立了一個5G網絡測試區。莫斯科市政府的目的是將莫斯科建成世界先進的數字城市,與華為等世界IT技術公司的合作,將促進莫斯科創新應用技術的發展,促進莫斯科物聯網、無人駕駛交通、遠程醫療、人工智能等技術快速發展,讓莫斯科居民的生活更方便更舒適,用于測試“智慧城市”解決方案。初步測試表明,華為5G技術運行良好,代表5G移動網絡技術領域世界高水平。未來,MTS公司計劃與手機制造商合作,在2019年底至2020年初向俄市場推出5G手機。

第三件是12月2日普京簽署了有關要求在俄銷售外國手機等IT產品預裝俄產軟件的法律。該法將于2020年7月1日生效,目的是保障俄羅斯國家信息安全,保護俄羅斯IT產業的發展,促進俄產軟件的技術進步,打擊國外手機、電腦和智能電視等IT產品對操作系統和應用程序的壟斷。


法國

李宏策(本報駐法國記者)

實施“PACTE法案”啟動區塊鏈加速器項目 

抵制“Libra”計劃試行本國央行數字貨幣


政府層面,法國于2019年開始實施一項被稱為“促進企業增長和改革的行動計劃”(PACTE),該法律允許法國保險公司在不限制其投資規模的情況下投資加密資產。PACTE法案在原本的監管框架基礎上增加了對加密資產的審計和稅收條例,以期在促進區塊鏈技術發展的同時保護消費者利益,加強信任和透明度。法國經濟和財政部長勒梅爾表示,在未來五年,國家將投資45億歐元進行包括區塊鏈技術在內的突破性創新,并推出一個適應加密資產特殊性的稅收和會計框架。我們的目標是在技術上取得領先,使法國和歐洲能夠與中國和美國這樣的技術巨頭抗衡。

企業層面,歐洲首個區塊鏈加速器項目在法國巴黎啟動,該項目由約30家專業加密貨幣公司和金融機構聯合成立的計劃,旨在為國際間區塊鏈初創企業提供指導。其落戶巴黎提升了法國區塊鏈企業的國際競爭力。

在數字貨幣方面,臉書推出Libra超主權數字貨幣,目標實現全球支付系統,威脅國家貨幣主權。對此,法國一方面聯合歐元區國家對Libra進行抵制,另一方面加緊對區塊鏈技術的研究與運用,法國中央銀行計劃在2020年為金融機構試行中央銀行數字貨幣(CBDC),試圖借此來抵制Libra帶來的沖擊。CBDC的推出能夠為歐元區帶來新的經濟活力和金融助力,同時也有助于擴大歐元的國際影響力。法國有望成為世界上第一個發行CBDC的國家,并在未來數字化經濟競爭中占得先機。


無線傳輸與光纖網絡的無縫連接是未來高性能數據網絡的關鍵,卡爾斯魯厄理工學院(KIT)開發出太赫茲和光域之間的數據流轉換方法,有望應用在未來的6G網絡中。圖源:卡爾斯魯厄理工學院官網

德國

李山(本報駐德國記者)

開發新數據流轉換方法有望用于6G 

修訂5G安全指南加強歐洲數據自主權


2019年德國在新一代網絡通信技術領域最突出的進展,是卡爾斯魯厄理工學院研究人員開發出一種太赫茲和光域之間的數據流轉換方法,有望應用在未來的6G網絡中。未來的無線網絡將由許多小型無線單元組成,以便快速有效地傳輸大量數據。要連接這些單元組件,需要太赫茲范圍的高頻高性能傳輸線路。德國科學家使用超快電光調制器將太赫茲數據信號直接轉換為光信號,并將接收器天線直接耦合到光纖,實現了50 Gbit/s的傳輸速率,揭示了納米光子元件在超快速信號處理方面的巨大潛力。

在5G網絡建設方面,德國的速度不快,完成了頻譜的拍賣工作,計劃到2022年底時為德國98%的家庭提供5G網絡服務,2024年底時5G服務覆蓋主要公路和鐵路路段。與此同時,德國聯邦網絡局修訂新的安全指南,明確表示5G系統只能從嚴格遵守國家安全法規和電信保密條款的值得信賴的供應商處購買,與安全相關的網絡和系統部件以及系統組件必須先經過聯邦信息安全辦公室的安全認證。德國政府一方面重申不會因為一個企業是來自某個特定的國家就將其直接排除在德國5G網絡建設的大門外;另一方面,建議歐盟統一應對這一挑戰。例如成立專門的機構,負責5G網絡建設的審批工作,給地區內5G網絡建設提供認證,解決各國對華為等中國供應商的設備所存在的“安全擔憂”。

在區塊鏈的應用方面,得益于德國研究與創新專家委員會的建議,德國政府將區塊鏈視為一種有前景的關鍵技術,并推出了《聯邦政府區塊鏈戰略》。該戰略明確了五大領域的44項行動措施,包括推動分布式能源行業解決方案的測試;在金融領域確保穩定并刺激創新;支持技術創新項目與應用實驗;制定清晰可靠的投資框架;加強數字行政服務領域的技術應用;傳播普及區塊鏈相關信息與知識,加強有關教育培訓等。德國將允許人們在股票和證券等領域研究區塊鏈技術的應用,但強調將確保其不會成為國家貨幣的替代品。

在網絡和數據安全方面,德國不斷推動加強歐洲數據自主權,倡議打造歐洲數據云計劃“GAIA-X”,增強歐洲的數據主權。與此同時,德國開始實施“量子網絡”(QuNET)資助倡議,研發量子通訊試驗網絡,未來將以此為基礎組建歐洲的量子通訊架構。此外,德國在安全與隱私研究中心的基礎上,建立新的國家應用網絡安全研究中心(ATHENE),重點關注大型通信基礎架構中復雜系統的安全解決方案。



SK電訊與三星電子8月28日表示,已在最高時速達213公里的賽車上成功實現利用5G移動通信技術“28GHz超高頻”進行數據傳送和直播的技術驗證。圖源:韓國中央日報中文版

韓國

邰舉(本報駐韓國記者)

5G與Wi-Fi無縫切換加快6G研發布局 

推進智慧城市計劃普及電子身份


在全球首批提供5G商用服務之后一年內,韓國5G用戶已經突破400萬。網絡性能優化和5G應用拓展成為發展重點。韓國電子通信研究院在韓國國內和全球30項專利申請基礎上,發表了新概念的5G與Wi-Fi無縫切換技術。這項技術能夠幫助手機用戶平滑切換兩種服務,被認為可能在5G時代發揮重要作用。

在應用層面,韓國政府加強了內容產業建設,今年九月發表的“數字內容產業三大創新戰略”計劃2022年之前用多種形式向數字內容提供1萬億韓元+α的資金支持。作為“5G+戰略”的一環,韓國政府還宣布追加198億韓元預算,提升韓國企業在5G環境下虛擬現實服務的競爭力,幫助韓企進軍國際市場。

韓國進一步加快了6G研發布局的速度。韓國政府和企業不久前宣布了新的9760億韓元的共同投資,目標是2028年在全球率先實現6G商業化。目前6G研發項目已通過了預備可行性調研的技術評估,韓國科學技術信息通信部已選定14個戰略課題,將100GHz以上超高頻段無線器件的研發列在首要位置。

韓國主導開發的量子密碼通信網絡框架技術在瑞士日內瓦舉行的國際電信聯盟電子通信標準化部門(ITU-T)SG17國際會議中被預備列入國際標準,定義了量子密碼通信網絡所需的分層模型、功能性結構等要素,為開發商業化標準開辟了道路。

作為代表性的智慧城市計劃,韓國首爾市公布了《智能城市首爾推進計劃》,宣布2022年前在行政、交通、經濟等六大領域推進18個戰略課題,以有機連接首爾市的ICT基礎設施、行政管理數據、物聯網和大數據等四項服務。為此將在市內設置5萬個物聯網傳感器,收集空氣、光照、人員流動等數據,還將引進大量智能型監控攝像頭。

而電子身份在韓國日益普及。韓國移動身份證具備取代數字證書的安全性,無需身份證或者駕駛證,使用移動身份證即可開立銀行賬戶,甚至韓國警方年也宣布推出移動駕駛證服務。

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責任編輯: 左常睿
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