• 媒体东大

【新华日报】“泛在智联”的6G网络正款款走来 紫金山实验室太赫兹实时无线通信打破纪录

2022-01-1210

分享到:

新元肇始,位于南京的紫金山实验室发布国际领先水平重大原创成果——360-430GHz太赫兹100/200Gbps实时无线传输通信实验系统,通信速率较5G提升10-20倍,这也是目前世界上公开报道的太赫兹实时无线通信的最高实时传输纪录。消息传来,振奋人心。

太赫兹实时无线通信

突破6G研究新方向

6G网络意味着更高的接入速率、更低的接入时延、更快的速度和更广的通信覆盖。在2019年芬兰奥卢大学6G旗舰研究计划发布的全球首个“6G白皮书”中列出了几个衡量6G技术的关键指标,其中之一就是6G单用户最高传输速率达1Tbps(1T=1024G),而5G的最高传输速率则是10Gbps。

2019年被称为5G商用元年,也就是在这一年,我国正式开始布局6G。业内人士指出,在很长一段时间,我国有关6G的大部分研究依然停留在愿景和构思方面。如今,紫金山实验室创造的6G最高速度确实带给人们惊喜,将为我国太赫兹通信产业另辟路径,构筑自主可控的产业链。这也是中国6G研发提前布局的阶段性成果,彰显我国科技硬实力。

6G的高性能令人向往,但需要解决的技术难题也不少。第一个挑战就是攻克尚不成熟的太赫兹通信技术,实现理想中的通信速率。

何为太赫兹频段?南京邮电大学通信网络产业研究院院长、通信与网络技术国家工程研究中心副主任徐友云解释,太赫兹频段是指100GHz-10THz,是一个频率比5G毫米波高出许多的频段。

实际上,从1G到4G,无线电磁波的频率一直在升高。频率越高,允许分配的带宽范围越大,单位时间内所能传递的数据量就越大,也就是通常说的“网速快了”。如果把波段比作高速公路,那么这条公路可以说是越来越宽,行车速度越来越快。但是,再宽的公路也会有不够用的时候,这时就需要考虑开发另一条路。而解决这一问题可行的方法便是开发新的通信频段,拓展通信带宽。

“如果把4G比作快速公路,5G比作高速公路,那么6G则是超高速公路。未来网络,或许我们还会考虑到更高的光波频段。”徐友云说。

“传统的电子太赫兹技术受困于电子器件的固有属性,高频电子器件的参数逐渐接近理论极限,面临传输损耗大、频率和带宽受限等系列难以解决的挑战问题。”紫金山实验室副主任、首席科学家尤肖虎教授表示,因此,紫金山实验室选择了光子太赫兹无线通信作为6G全新突破方向,充分发挥体制机制优势,集聚优势力量搭建了国内领先、国际一流的光子太赫兹实验环境,首创光子太赫兹光纤一体融合的实时传输架构,完成了光子太赫兹实时无线通信实验系统的研制。

“下一步,研究团队除了进一步攻坚克难提高太赫兹实时无线通信传输速率之外,还将推进系统的芯片化研发,促进该系统与光网络的进一步结合,解决穿墙与室内覆盖问题,促进科研成果朝实用化、小型化、商业化发展,并赋予更多的试验场景。”东南大学移动通信国家重点实验室副教授、博士生导师、网络通信与安全紫金山实验室课题组负责人朱敏告诉《科技周刊》记者。

6G场景

物理与数字世界的深度融合

2021年,在我国IMT-2030(6G)推进组发布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中指出,未来,6G业务将呈现沉浸化、智慧化、全域化等发展趋势,形成的沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等八大业务应用。

“展望6G时代,网络将以智能化的方式连接起多个智能系统,构建起更加智能的社会,成为通信网络、感知网络、算力网络融合的智能网络。如果说4G实现了移动互联,5G实现万物互联,那么6G则可以被称为泛在智联,是物理与数字世界的深度融合。”徐友云解释说。

“可以合理想象,未来网络,通信的主体将不仅是人或物,而是智能体。”未来移动通信论坛5G/6G工作组主席、中国移动研究院首席科学家易芝玲表示,“所谓智能体,可以是穿戴智能设备的人,也可以是数字人、机器人,甚至是带有情感的机器人。这些智能体之间不仅可以交互信息、交互数据,还可以交互智慧,通过智慧相互协作、相互学习,极大地提升生产工作效率。”

易芝玲告诉记者,6G时代,基于“万物智联,数字孪生”的美好愿景,人们的生活将会发生翻天覆地的变化——全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域,使人们不受时空限制,打通虚拟场景与真实场景的界限,用户可享受身临其境般的极致沉浸感体验;“数字孪生人”将通过数字孪生实现人的数字化,预测人的身体运行状况和可能发生的亚健康状态、病变等情况,并在这些状态发生前在虚拟空间里形成治疗手段和措施,实现医疗健康服务由“以治疗为主”向“以预防为主”的转化;在交通方面,全自动无人驾驶将大行其道,通过有序运作“海—陆—空—太空”多模态交通工具,人们将真正享受到按需定制的立体交通服务;新型特制基站同时覆盖各空间维度的用户、城市上空无人机等,6G将利用无线通信信号提供实时感知功能,获取环境的实际信息,生成超高分辨率的图像,在完成环境重构的同时,实现厘米级的定位精度,为人类塑造可信安全的交通环境……

值得一提的是,6G时代,将给数字大潮下的全球产业带来更多机遇。易芝玲指出,6G通信将为数字经济发展提供泛在连接,毫米波、太赫兹通信和低轨卫星通信产业迎来机遇;6G具备的内生计算能力,将成为国家算力基础设施重要组成部分,为数字经济发展提供泛在计算,国产化通用计算、专用计算、先进计算和类脑计算等产业将蓬勃发展;6G将具备内生感知能力,成为数字世界与物理世界的桥梁,小型化雷达和传感器产业空间将持续增长;6G与人工智能产业融合发展,将推动6G网络智能化,加速智能化应用发展,AI芯片、算法与学习框架将迎来新一波增长;6G与公共基础设施与行业基础设施融合发展,将成为数字经济发展的信息基础设施。

中国如何下好先手棋

让6G跑得更快

按照移动通信产业“使用一代、建设一代、研发一代”的发展节奏,业界普遍预测,6G将在2030年左右商用,提供“全覆盖、全频谱、全应用、强安全”的通信服务。当前,全球主要国家和地区均已开启6G研发等战略布局,各国在6G专利方面竞争异常激烈。

易芝玲表示,综合当前6G技术发展阶段,未来3-5年将成为抢占潜在关键技术窗口期,是抢占通信领域技术制高点和培育产业基础的关键。

中国如何下好先手棋,让6G跑得更快?在《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中所列出的十项潜在关键技术,大致可以分为新频谱通信技术、新型空口关键技术、智能网络新技术、融合通信新技术四大类。当前,科研人员正朝着这些关键技术集中攻关发力。

“中国已经进入5G时代,但5G通信目前的最终效果仍局限在地球6%陆地上的工业活动、教学活动、人工智能互联网活动,这远远不够。”中国科学院院士、中国工程院院士李德仁表示,“我们要把5G发展到6G,覆盖到地球的陆、海、空、天,地面的5G网要跟天上的高轨、中轨、低轨卫星通信网连在一起,这将是未来网络的6G。”

“无线覆盖与信号传输离不开基站。随着波段的频率越高,波长则越短。相比于毫米波,太赫兹表现出更严重的路径损耗、大气衰减与漫散射现象。这意味着未来的6G基站将更加密集。”徐友云认为,未来6G将全球覆盖,提供全球化信息处理服务,一方面,海空天地一体化大型基站必不可少,卫星将具有部分或全部基站功能,从而节省大规模传输网络铺设和基站建设费用、降低基站功耗,跨越沙漠、高山与江河湖海;另一方面,车辆、小家电、工艺品等也可能是一个个小基站,出现在人们的日常生活中。

6G向海空天地无线覆盖扩展,各种无人系统及远程系统等新兴应用将不断涌现,网络安全成为发展新兴应用必须解决的先决条件之一。尤肖虎曾在其署名论文中表述,网络内生安全已成为近年来新兴的研究方向。把安全机制部署进网络的每一个节点中,并通过网络互联将所有节点中的安全组件关联在一起,对网络进行全面、深度的安全态势感知和防御,再通过AI技术不断自主学习和演进,使网络具有“与生俱来、自主成长”的安全防御能力成为技术突破方向之一。

风物长宜放眼量。当前,我国正扎实做好技术标准储备,为6G国际标准制定布好局,并以开放心态加强国际合作,全力推动6G朝着全球统一标准和生态的方向发展。

新元肇始,位于南京的紫金山实验室发布国际领先水平重大原创成果——360-430GHz太赫兹100/200Gbps实时无线传输通信实验系统,通信速率较5G提升10-20倍,这也是目前世界上公开报道的太赫兹实时无线通信的最高实时传输纪录。消息传来,振奋人心。

太赫兹实时无线通信

突破6G研究新方向

6G网络意味着更高的接入速率、更低的接入时延、更快的速度和更广的通信覆盖。在2019年芬兰奥卢大学6G旗舰研究计划发布的全球首个“6G白皮书”中列出了几个衡量6G技术的关键指标,其中之一就是6G单用户最高传输速率达1Tbps(1T=1024G),而5G的最高传输速率则是10Gbps。

2019年被称为5G商用元年,也就是在这一年,我国正式开始布局6G。业内人士指出,在很长一段时间,我国有关6G的大部分研究依然停留在愿景和构思方面。如今,紫金山实验室创造的6G最高速度确实带给人们惊喜,将为我国太赫兹通信产业另辟路径,构筑自主可控的产业链。这也是中国6G研发提前布局的阶段性成果,彰显我国科技硬实力。

6G的高性能令人向往,但需要解决的技术难题也不少。第一个挑战就是攻克尚不成熟的太赫兹通信技术,实现理想中的通信速率。

何为太赫兹频段?南京邮电大学通信网络产业研究院院长、通信与网络技术国家工程研究中心副主任徐友云解释,太赫兹频段是指100GHz-10THz,是一个频率比5G毫米波高出许多的频段。

实际上,从1G到4G,无线电磁波的频率一直在升高。频率越高,允许分配的带宽范围越大,单位时间内所能传递的数据量就越大,也就是通常说的“网速快了”。如果把波段比作高速公路,那么这条公路可以说是越来越宽,行车速度越来越快。但是,再宽的公路也会有不够用的时候,这时就需要考虑开发另一条路。而解决这一问题可行的方法便是开发新的通信频段,拓展通信带宽。

“如果把4G比作快速公路,5G比作高速公路,那么6G则是超高速公路。未来网络,或许我们还会考虑到更高的光波频段。”徐友云说。

“传统的电子太赫兹技术受困于电子器件的固有属性,高频电子器件的参数逐渐接近理论极限,面临传输损耗大、频率和带宽受限等系列难以解决的挑战问题。”紫金山实验室副主任、首席科学家尤肖虎教授表示,因此,紫金山实验室选择了光子太赫兹无线通信作为6G全新突破方向,充分发挥体制机制优势,集聚优势力量搭建了国内领先、国际一流的光子太赫兹实验环境,首创光子太赫兹光纤一体融合的实时传输架构,完成了光子太赫兹实时无线通信实验系统的研制。

“下一步,研究团队除了进一步攻坚克难提高太赫兹实时无线通信传输速率之外,还将推进系统的芯片化研发,促进该系统与光网络的进一步结合,解决穿墙与室内覆盖问题,促进科研成果朝实用化、小型化、商业化发展,并赋予更多的试验场景。”东南大学移动通信国家重点实验室副教授、博士生导师、网络通信与安全紫金山实验室课题组负责人朱敏告诉《科技周刊》记者。

6G场景

物理与数字世界的深度融合

2021年,在我国IMT-2030(6G)推进组发布的《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中指出,未来,6G业务将呈现沉浸化、智慧化、全域化等发展趋势,形成的沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖等八大业务应用。

“展望6G时代,网络将以智能化的方式连接起多个智能系统,构建起更加智能的社会,成为通信网络、感知网络、算力网络融合的智能网络。如果说4G实现了移动互联,5G实现万物互联,那么6G则可以被称为泛在智联,是物理与数字世界的深度融合。”徐友云解释说。

“可以合理想象,未来网络,通信的主体将不仅是人或物,而是智能体。”未来移动通信论坛5G/6G工作组主席、中国移动研究院首席科学家易芝玲表示,“所谓智能体,可以是穿戴智能设备的人,也可以是数字人、机器人,甚至是带有情感的机器人。这些智能体之间不仅可以交互信息、交互数据,还可以交互智慧,通过智慧相互协作、相互学习,极大地提升生产工作效率。”

易芝玲告诉记者,6G时代,基于“万物智联,数字孪生”的美好愿景,人们的生活将会发生翻天覆地的变化——全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗健康、教育、社会生产等众多领域,使人们不受时空限制,打通虚拟场景与真实场景的界限,用户可享受身临其境般的极致沉浸感体验;“数字孪生人”将通过数字孪生实现人的数字化,预测人的身体运行状况和可能发生的亚健康状态、病变等情况,并在这些状态发生前在虚拟空间里形成治疗手段和措施,实现医疗健康服务由“以治疗为主”向“以预防为主”的转化;在交通方面,全自动无人驾驶将大行其道,通过有序运作“海—陆—空—太空”多模态交通工具,人们将真正享受到按需定制的立体交通服务;新型特制基站同时覆盖各空间维度的用户、城市上空无人机等,6G将利用无线通信信号提供实时感知功能,获取环境的实际信息,生成超高分辨率的图像,在完成环境重构的同时,实现厘米级的定位精度,为人类塑造可信安全的交通环境……

值得一提的是,6G时代,将给数字大潮下的全球产业带来更多机遇。易芝玲指出,6G通信将为数字经济发展提供泛在连接,毫米波、太赫兹通信和低轨卫星通信产业迎来机遇;6G具备的内生计算能力,将成为国家算力基础设施重要组成部分,为数字经济发展提供泛在计算,国产化通用计算、专用计算、先进计算和类脑计算等产业将蓬勃发展;6G将具备内生感知能力,成为数字世界与物理世界的桥梁,小型化雷达和传感器产业空间将持续增长;6G与人工智能产业融合发展,将推动6G网络智能化,加速智能化应用发展,AI芯片、算法与学习框架将迎来新一波增长;6G与公共基础设施与行业基础设施融合发展,将成为数字经济发展的信息基础设施。

中国如何下好先手棋

让6G跑得更快

按照移动通信产业“使用一代、建设一代、研发一代”的发展节奏,业界普遍预测,6G将在2030年左右商用,提供“全覆盖、全频谱、全应用、强安全”的通信服务。当前,全球主要国家和地区均已开启6G研发等战略布局,各国在6G专利方面竞争异常激烈。

易芝玲表示,综合当前6G技术发展阶段,未来3-5年将成为抢占潜在关键技术窗口期,是抢占通信领域技术制高点和培育产业基础的关键。

中国如何下好先手棋,让6G跑得更快?在《6G总体愿景与潜在关键技术白皮书》中所列出的十项潜在关键技术,大致可以分为新频谱通信技术、新型空口关键技术、智能网络新技术、融合通信新技术四大类。当前,科研人员正朝着这些关键技术集中攻关发力。

“中国已经进入5G时代,但5G通信目前的最终效果仍局限在地球6%陆地上的工业活动、教学活动、人工智能互联网活动,这远远不够。”中国科学院院士、中国工程院院士李德仁表示,“我们要把5G发展到6G,覆盖到地球的陆、海、空、天,地面的5G网要跟天上的高轨、中轨、低轨卫星通信网连在一起,这将是未来网络的6G。”

“无线覆盖与信号传输离不开基站。随着波段的频率越高,波长则越短。相比于毫米波,太赫兹表现出更严重的路径损耗、大气衰减与漫散射现象。这意味着未来的6G基站将更加密集。”徐友云认为,未来6G将全球覆盖,提供全球化信息处理服务,一方面,海空天地一体化大型基站必不可少,卫星将具有部分或全部基站功能,从而节省大规模传输网络铺设和基站建设费用、降低基站功耗,跨越沙漠、高山与江河湖海;另一方面,车辆、小家电、工艺品等也可能是一个个小基站,出现在人们的日常生活中。

6G向海空天地无线覆盖扩展,各种无人系统及远程系统等新兴应用将不断涌现,网络安全成为发展新兴应用必须解决的先决条件之一。尤肖虎曾在其署名论文中表述,网络内生安全已成为近年来新兴的研究方向。把安全机制部署进网络的每一个节点中,并通过网络互联将所有节点中的安全组件关联在一起,对网络进行全面、深度的安全态势感知和防御,再通过AI技术不断自主学习和演进,使网络具有“与生俱来、自主成长”的安全防御能力成为技术突破方向之一。

风物长宜放眼量。当前,我国正扎实做好技术标准储备,为6G国际标准制定布好局,并以开放心态加强国际合作,全力推动6G朝着全球统一标准和生态的方向发展。



2022-1-12 【新华日报