三、網絡與通信技術

當前，實體經濟與互聯網的深度融合，對網絡的實時性、大容量、安全性和可擴展性提出更高要求，網絡和通信技術正迎來深層次的變革。2019年，全球運營商陸續正式推出5G服務，5G迎來商業化元年；光量子中繼器和新型量子通信芯片的研制，昭示著量子通信技術的不斷突破；光通信和空間通信技術持續進步，為深化全球互聯提供了新的路徑。

（一）無線網絡組網與通信

無線通信技術經過多年發展，早已成為社會生產和生活必不可少的一部分，其應用不僅促使世界加速向移動化和數字化轉變，5G、WiFi 6等新一代無線通信標準的推出將帶領全球邁向“萬物互聯”的時代。

1.愛立信與德國電信在5G試驗中將數據回傳速率提升至40吉比特/秒

2019年1月，瑞典電信設備制造商愛立信和德國最大通信運營商德國電信在雅典合作進行5G試驗，成功將毫米波段的5G數據回傳速率提升至40吉比特/秒。愛立信與德國電信在半徑 1.4 千米的范圍內進行數據傳輸試驗，可使 5G 網絡在40吉比特/秒的數據傳輸速度下穩定運行，且數據往返延遲時間不到100毫秒。愛立信表示，此項試驗的成功是5G網絡速率邁向100吉比特/秒的“重要里程碑”。2.韓國電子通信研究院研發出一套可用于5G網絡的高速數據傳輸系統

2019年1月，韓國電子通信研究院（Electronics and Telecommunications Research Institute，ETRI）研發出一套名為“時間控制觸覺光學接入”的數據傳輸系統，該系統可用于5G網絡下的高速數據傳輸。該系統由光學收發器和互聯網訪問控制芯片組成，其中光學收發器可將電信號轉換為光信號并通過光纖進行傳輸，互聯網訪問控制芯片可對信號傳輸通道進行組合優化，使其最高傳輸速度達到 25 吉比特/秒。研究人員表示，該技術有望推進教育、醫療、娛樂和公共安全等領域觸覺互聯網的發展，推動虛擬現實和增強現實技術的普及。

3.韓國蔚山國立科學技術研究院開發出新技術，大幅降低網絡延遲

2019年1月，韓國蔚山國立科學技術研究院（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）開發出新技術，該技術可減少網絡環境擁塞問題，大幅降低網絡延遲。網絡中未處理的數據積累過多會造成數據傳輸的延遲，增加數據請求的反饋時間。研究人員提出一種“移動蜂窩網絡的超低延遲擁塞協議”，該協議可通過調整數據傳輸量降低網絡延遲。

4.華為發布全球首款5G基站核心芯片

2019年1月，華為在5G發布會暨2019世界移動大會預溝通會上發布了全球首款5G基站核心芯片——天罡。華為表示，天罡在集成度、算力、頻譜帶寬等方面取得了突破性進展，將助推全球5G大規模快速部署。此外，華為還于2019年2月發布了首款搭載麒麟980芯片和華為巴龍5000基帶芯片的折疊5G手機。

5.高通發布新一代5G基帶芯片驍龍X55

2019年2月，高通發布新一代5G基帶芯片驍龍X55。驍龍X55是一款采用7納米制程的單芯片，不僅可實現對2G到5G的全覆蓋，還支持5G新空口毫米波和6吉赫茲以下的頻譜頻段。在5G模式下，該芯片可實現最高達7吉比特/秒的下載速度和最高達3吉比特/秒的上傳速度。

6.日本與德國合作研發“后5G”通信技術

2019年4月，日本早稻田大學（Waseda University）、日本電氣股份有限公司（Nippon Electronic Company Corporation，NEC）、德國斯圖加特大學（Universit?t Stuttgart）和德國電信合作，共同啟動“后5G”通信技術研究。作為5G的下一代通信技術，后5G技術的通信速度將達到目前4G通信速度的1000倍以上，數據傳輸速率大大提升。當前，5G技術快速發展，相對于中、美等國家，日本已落后。日本希望快速推進面向后 5G 時代的技術研究，力爭通過“后 5G”通信技術實現反超，重獲通信技術的領先地位。

7.華為與中國電信完成全球首個5G網絡的電力切片測試

2019年4月，華為與中國電信在南京成功完成全球首個基于第三代合作伙伴計劃（3^rd Generation Partnership Project，3GPP）標準的真實電網環境下的電力切片測試。5G 網絡切片是一種按需組網的方式，可以讓運營商在統一的基礎設施上切出多個虛擬的端到端網絡，從而適配各種類型的業務應用。5G 網絡電力切片即為電力行業應用建立的一種5G組網方式。研究人員表示，此次測試中的電力切片，充分利用了5G網絡的毫秒級低時延能力，增強了電網與電力用戶間的雙向互動，可將停電造成的經濟、社會影響降至最低，是運營商、設備商及企業在探索5G工業場景應用上的一項成功試驗。該測試標志著5G在垂直行業的應用進入新階段，將會推動5G在電力行業的商用化。

8.軟銀與谷歌合作研發用作5G空中基站的無人飛行器

2019年4月，軟銀與谷歌合作研發無人飛行器，擬將其作為5G通信基站，部署至距地面20千米的平流層。無人飛行器全長80米左右，可通過太陽光照獲得動力，并可在平流層的固定位置作為空中基站停留數月。軟銀表示，單座空中基站的成本約幾億日元，可為地面直徑200千米范圍的區域提供通信服務，只要幾十座這樣的基站就可以覆蓋日本全境。雙方希望在2020年上半年將無人飛行器推向商用。相比在地面設置基站，空中基站能夠以低成本覆蓋廣泛地區，有望建成覆蓋廣泛區域的通信基礎設施。

9.法國電信運營商Orange與中興通訊完成歐洲首個基于獨立組網的5G通話

2019年4月，法國電信運營商Orange和中興通訊在西班牙瓦倫西亞市實現了歐洲首個基于獨立組網架構的5G通話。獨立組網架構允許運營商獨立于目前的4G基礎設施構建5G移動網絡，并非僅將5G網絡作為現有4G網絡容量的升級版本。此次測試使用了中興通訊的端到端商用產品，且測試中部署的架構完全符合 3GPP標準。此次5G獨立組網模式在歐洲的成功試驗，將為Orange和中興通訊后續開展5G服務奠定堅實基礎。

10.韓國三星電子成立新一代通信研究中心，著手進行6G核心技術和標準研發

2019年6月，韓國三星電子成立新一代通信研究中心，新一代通信研究中心由先導解決組和標準研究組構成，除了對5G相關技術進行研發以配合5G商用化服務的擴張，還將著手進行6G核心技術和標準研發。韓國通信界相關人士表示，通信產業的標準由誰來制定極為重要，搶先研發出新一代技術的企業可以確保在 6G市場中占據有利位置。

11.SK電訊將聯手諾基亞和愛立信開發6G技術

2019年6月，韓國最大的移動運營商SK電訊表示，SK電訊將與諾基亞和愛立信合作開發 6G 技術。SK 電訊已經與諾基亞和愛立信簽署了研發合作諒解備忘錄，擬共同研發超可靠、低延遲無線網絡和多輸入多輸出天線等技術。目前業界對于6G的定義尚不明確，也沒有相關技術標準，SK電訊希望通過此項合作在競爭激烈的通信行業中占據領先地位。

12.德國卡爾斯魯厄理工學院提出超高速無線傳輸解決方案

2019年7月，德國卡爾斯魯厄理工學院（Karlsruhe Institut für Technologie）的研究人員提出一種超高速無線傳輸解決方案，該方案可將太赫茲頻域數據信號轉換為光信號，實現高速海量傳輸。研究人員使用超快速電光調制器將太赫茲頻域數據信號直接轉換為光信號，并將接收器天線直接與玻璃光纖耦合，載波頻率高達0.29太赫茲，數據傳輸速率達到50吉比特/秒。該方案或將大大降低未來無線電基站的技術復雜度，實現更先進的低時延、高速傳輸系統。

13.美國麻省理工學院開發出無須電源的水下傳感通信器件

2019年8月，美國麻省理工學院的研究人員開發出無須電源的水下傳感通信器件，該器件可用于建立水下物聯網體系。該器件使用壓電諧振器將外源聲波能量轉換為電力用于供能，在獲取傳感數據后，發射聲波回傳二進制信號，可用于海水溫度和海洋生物監測，無須電源的特征使它易于組網，并降低了污染海洋的可能性。

14.WiFi聯盟宣布正式啟用WiFi 6標準

2019年9月，WiFi聯盟宣布啟動WiFi 6認證計劃，正式啟用WiFi 6技術標準。與上一代標準相比，WiFi 6傳輸速度提升40%，且設備容量更大。經過WiFi 6標準認證的設備將支持正交頻分多址技術、WPA3 WiFi安全技術和多用戶多輸入多輸出技術，可允許WiFi 6路由器在一個通道內發送和接收多個信號，同時為多個客戶端提供服務。WiFi 6標準的正式發布，將為2020年后高性能WiFi產品的推出鋪平道路。

（二）量子通信

量子通信是量子信息技術的一個重要分支，遵循量子規律進行信息傳遞，是迄今唯一被嚴格證明的無條件安全的通信手段，其應用可大幅度提升信息安全水平。此外，量子通信超大信道容量、超高通信速率、可遠距離傳輸和信息高效率等性能與特點，也使其成為美國、歐盟和日本等國家和地區競相研發的重點。

1.歐盟委員會將與歐洲航天局共建泛歐量子通信基礎設施

2019年4月，歐盟委員會與歐洲航天局（European Space Agency，ESA）達成一項協議，將攜手建造高度安全的泛歐量子通信基礎設施。泛歐量子通信基礎設施主要包括地面組件和天基組件。歐盟委員會下屬的通信網絡、內容和技術總司將負責開發地面組件，歐洲航天局將負責研發天基組件。其中，地面組件由一系列量子通信網絡組成，這些網絡會將機構用戶及其關鍵基礎設施與歐洲敏感的通信和數據站點連接起來；天基組件包含可遍及整個歐洲的衛星量子通信系統。歐盟希望通過量子通信基礎設施建設，整合歐盟各國科研資源，推動量子信息科學進步，促進相關創新技術和系統研發。

2.美國空軍研究實驗室成功演示白晝自由空間量子通信

2019年5月，美國空軍研究實驗室（Air Force Research Laboratory，AFRL）宣布，“星火”光學試驗場在典型的天—地衛星鏈路條件下成功演示了白晝量子通信。美國空軍研究實驗室的研究人員將量子通信技術與以自適應光學技術為支撐的新穎濾波技術相結合，為本次演示開發了緊湊的自適應光學系統，使量子通信能在白晝通過大氣完成。研究人員表示，他們后續將演示一系列多種量子通信協議，推進以自適應光學技術為支撐的其他量子通信技術發展。

3.中國科學技術大學在國際上首次實現全光量子中繼器的原理性驗證

2019年7月，中國科學技術大學的研究人員在國際上首次實現全光量子中繼器的原理性驗證，為構建遠距離光纖量子網絡開辟了新途徑。研究人員通過改進原始的全光量子中繼方案，有效提升了量子信道中糾纏態的分發成功概率。之后，研究團隊搭建了全光量子中繼器，并對其性能進行測試，驗證了該中繼器的優勢。研究結果表明，全光量子中繼器可以有效提升量子態的傳輸速率，從而拓展量子通信的傳輸距離。相關研究成果發表于《自然·光子學》期刊。

4.日本橫濱國立大學在金剛石內部完成量子信息傳遞

2019年7月，日本橫濱國立大學（Yokohama National University）的研究人員成功在金剛石內部完成量子信息傳遞。研究人員首先在金剛石表面固定一根直徑約為人類頭發1/4的金屬絲，并對其施加微波和無線電波，從而在金剛石周圍形成振蕩磁場，隨后用氮納米磁鐵固定一個電子，進而利用微波和無線電波迫使電子自旋與碳核自旋糾纏在一起。研究人員通過使電子吸收包含量子信息的光子，將光子的偏振態轉移到與電子糾纏的碳原子中，證明了信息在量子層面的隱形傳輸。研究人員希望利用該技術研制出用于遠程量子通信的、可擴展的量子中繼器。

5.新加坡南洋理工大學開發出新型量子通信芯片

2019年11月，新加坡南洋理工大學（Nanyang Technological University）的研究人員開發出新型毫米級量子通信芯片，其體積僅為現有裝置的1/1000。該量子通信芯片憑借量子通信算法的強安全性，可實現更高安全級的端到端加密。此外，該量子通信芯片采用普通硅基材料，成本較低且易于制造，可安裝于智能手機、平板電腦和智能手表等緊湊型設備內，提升移動設備通信安全性。

（三）光通信與空間通信技術

隨著通信場景的增多，以及人們對數據傳輸速率、信號覆蓋率和時間延遲等技術參數的差異化需求，光通信和空間通信技術逐步發展起來。光通信和空間通信技術具有傳輸速率高、通信容量大、抗電磁干擾性能強和保密性高等優點，且其通信終端體積小、功耗低、實用性極高，引發各國研究熱潮。

1.日本研發出用于波分多路復用光纖網絡的光通信芯片

2019年3月，日本新能源產業技術綜合開發機構（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）、光電子融合基礎技術研究所（Photonics Electronics Technology Research Association，PETRA）和沖電氣工業株式會社（Oki Electric Industry，OKI）合作研發出一種光通信芯片，該芯片可在微型光電模塊上實現高速數據傳輸。研究團隊基于硅光子技術研發出的用于波分多路復用光纖網絡的光通信芯片，可接收4種不同波長的光信號，并在5平方毫米的板載光模塊上實現400吉比特/秒的高速傳輸，將進一步推動5G商用化進程。

2.亞馬遜擬斥資數十億美元建造衛星網絡

2019年6月，亞馬遜首席執行官貝索斯表示，亞馬遜擬斥資數十億美元建造由數千個衛星組成的網絡，以提供寬帶互聯網服務。亞馬遜將在近地軌道部署3236顆衛星，以在全球范圍內實現寬帶互聯網連接。貝索斯稱，該項目將滿足農村和偏遠地區民眾的寬帶接入需求。

3.NASA宣布使用紅外激光實現更快的空間通信

2019年7月，NASA宣布使用紅外激光實現更快的空間通信。為解決太空中數據傳輸緩慢的問題，NASA 擬在獵戶座飛船上安裝激光通信裝置，將超高清視頻發回地球。激光通信具備更短的波長和更高的頻率，每秒可以傳輸更多數據，其速度將是S波段無線電的10倍。技術人員正在測試防抖系統，以減少航天器抖動對信號傳輸的干擾。激光通信將極大提升空間通信效率，幫助NASA拓展更多科學研究領域。

4.美國分析空間公司宣布研發世界首個高吞吐量激光小衛星數據網絡

2019年7月，美國分析空間公司（Analytical Space）宣布研發世界首個高吞吐量激光小衛星數據網絡，以改善低軌小衛星連通能力。該公司將研發一系列配備光通信鏈路的近地軌道立方體衛星。這些衛星通過激光鏈路傳輸數據，可將數據傳輸能力提高3倍，并可將數據傳輸成本降低1/2。

5.歐洲航天局測試新的空間加密傳輸方式，以減弱太空輻射對信號的干擾

2019年7月，歐洲航天局測試基于硬加密備份密鑰的加密傳輸方式，以減弱太空輻射對信號傳輸的干擾。太空輻射會干擾信號的傳輸，影響衛星通信，但現有的抗干擾設備價格昂貴且結構復雜。研究人員在結構簡單、通用性強且價格低廉的樹莓派編程板上開展研究，希望找到新型加密傳輸方式，滿足國際空間站的安全需求。研究人員開發的新型傳輸系統采用多個運行核心陣列，具有多個硬編碼備份密鑰，可在傳輸失效的情況下迅速切換備用方案，通過提高冗余度確保持續、穩定的連接。

6.俄羅斯計劃在國際空間站與地面基站之間開展第二次空間高速激光通信鏈路試驗

2019年8月，俄羅斯聯邦航天局（Russian Federal Space Agency）計劃在國際空間站與地面基站之間開展第二次空間高速激光通信鏈路試驗。此項試驗旨在利用激光通信使國際空間站與地面基站的數據傳輸速率提高至 10吉比特/秒，并在國際空間站與衛星之間建立速率為1.2吉比特/秒的激光信道。此項試驗將于2021年完成，屆時國際空間站可通過俄羅斯的設備完成全天時通信。

7.日本發射小型衛星光通信實驗裝置，開展遠距離空間光通信在軌驗證

2019年9月，日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）和索尼計算機科學實驗室（Sony’s Computer Science Laboratories，SCSL）發射小型衛星光通信實驗裝置，以開展遠距離空間光通信在軌驗證。該裝置通過“鸛”8號貨運補給飛船發送至國際宇宙空間站，并利用日本“希望”號實驗艙的艙外實驗工作臺開展在軌驗證工作。研究人員表示，遠距離空間光通信技術可作為國際宇宙空間站、月球、火星同地球之間的通信手段，將對未來實現星間和地面大容量實時數據通信提供關鍵支持。