張平:應讓5G去適應各個行業

劉晶

在北京郵電大學新科研樓一間普通辦公室里，利用院士午休時間，記者對新晉的中國工程院院士張平做了專訪。張平教授現擔任北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室主任，長期從事移動通信理論研究和技術創新工作。

為5G做一把“尺子”

2005年，記者第一次接觸到張平教授。那時正值壯年的他正在為做出可對我國自主提出的3G技術TD-SCDMA產品測試的國產儀器而奔忙。“之前作為3G專家組成員，我們對TD-SCDMA技術做產品系統性評估，發現測試儀器儀表是我國通信業整個產業環節中的弱點，所以當時北郵組織力量想解決這個問題。”張平說，“我們以前在實驗室環境里，覺得這不是難事，但真正到產業化，發現里面的問題和難題很多。”

遇到過多少難題，張平教授沒有細講。但在相當長的時間里，技術、人才、產業推廣乃至研發經費等各方面都存在著巨大的挑戰。因為在這個領域中有強勁而成熟的國外企業，當時為尖端技術提供測試儀器儀表的是安捷倫（美國企業，現在分拆為是德科技）、羅德與施瓦茨（德國）、安立（日本）等，它們無論在技術還是在市場上均已建立了頂端優勢。

經過十多年的磨礪后，國產通信儀器儀表迎來了機遇。在華為遭受美國禁運令后，美國某公司已經從華為撤出，目前華為的無線通信測試儀器已經主要從國內企業及科研院所采購。“星河亮點、中國電科41所等國內企業為解決我國在儀器儀表領域存在的‘卡脖子問題發揮了中流砥柱的作用。”張平說，“現在的國產測試儀器不僅支持TDD技術制式，2G的GSM、3G的三種技術標準、4G的兩種技術標準和5G統一的標準都支持，完全是高端測試產品。”

對目前這種狀態，張平似乎早有預判。在2016年的“5G測試技術研討會”上，張平表示，中國的5G除了有世界一流的華為、中興和大唐等制造企業，還需要有精確的第三方的尺子，這把尺子就是國內通信測試企業;中國的5G能走多遠，這些企業就能走多遠。

5G要和各垂直行業深入協同

其實，通信測試儀器僅是張平教授曾經從事的一項科研工作，讓他積累了推動新技術產業化的經驗;更為關鍵的是，他在3G、4G和5G的標準及網絡架構的建設上，對我國無線通信的發展作出了高價值貢獻。

其中，針對5G在垂直應用領域中的發展路徑，張平說：“不同的行業對通信產生不同的需求，傳統模式通過單一網絡滿足所有的需求，這在消費互聯網中可以實現;但在工業互聯網中，每個行業都有自己的特點，不可能用一個通信網絡把所有行業網絡都統一。”談到5G賦能行業應用，張平認為，“我們還是要去適應各個行業，讓各個行業說明需求。”

在行業應用中，有對無線通信技術的需求，因為無線通信靈活、便捷、易部署，但僅僅做到這幾點并不足夠。“其中的壁壘不是簡單的通信技術的適配，而是因為很多行業在多年發展中形成了不同的通信需求。比如在鐵路通信中，不光包括信息通信部分，控制和調度這一部分功能也非常關鍵，而且責任重大。鐵路行業用一張GSM-R網絡解決了控制信號的傳輸問題，就非常有自己的特點。”張平說，“當然，在5G網絡中，運營商也可以考慮用切片的方式滿足不同的需求。”

張平建議，可以通過再發一個頻率的方式，讓各個行業自己選擇。可以用這個專用頻率建設行業內的5G網絡，通過技術把這些網絡分隔開不產生干擾就可以。采用這種方式，垂直行業或者企業可以在自己掌握的范圍內組成一個小的局域式網絡，利用邊緣計算，也能夠實現對網絡的實時控制要求。

“運營商可以通過與行業專家深入討論，為行業做技術方案，解決行業和企業的痛點問題。”張平說，“如果不解決痛點問題，只實現大面積覆蓋，就難以從根本上與其他行業做協同。做協同就要和人家打成一片，解決人家的痛點，適配人家的需求。”

毫米波應用需解決的不僅是器件

5G正式商用后，明確了未來三到五年通信業的發展路徑，總體需求是速率越來越高，網絡的滲透和覆蓋范圍會趨于平穩。我國在實現5G大面積覆蓋的6GHz以下的頻率上已經取得了領先，6GHz以上毫米波頻譜資源豐富，能支持5G的更高速率應用，在新結束的WRC19會議上，也有大量的毫米波頻段分配給移動通信使用，但在向毫米波發展中，我國在毫米波器件水平上還與先進水平存在一定差距。

“在毫米波段，基站設備的挑戰還不明顯，但在手機上，因為毫米波器件更小，所以在振蕩器、濾波器、功率放大器等器件上，則是另外一個供應鏈，這方面國際上很多企業做得比我們早、發展比我們快。”張平說，“5G到新的波段就需要新的器件來支持，我們在毫米波器件上的落后時間不會很長。只要市場有需求，我們的水平很快就會提高，這不是大問題。在技術上看，國內不少高校和科研院所都培養了很多這方面的人材和技術。”

張平認為，從毫米波方向看，雖然器件上有一定難度，但毫米波更需解決的是應用方式。“毫米波的穿透能力、繞射能力相比6GHz都比較差，用毫米波來組網和過去較低頻段的組網方式相比，設備就變得密集起來。過去一個基站覆蓋一定范圍，不能覆蓋就做基站間的切換，現在頻段越來越高、覆蓋范圍越來越小，雖然像波束成形這樣的技術可以做一定的彌補，但密集的基站會讓成本增高很多。運營商提供這種服務的成本優勢在哪里？因此利用毫米波的移動通信應用面對的是綜合問題，不是單一的器件問題。”

6G需要理論和技術的突破

頻率升高一倍，按照電磁波衰減規律，在自由空間中，信號功率下降6dB。相同發送功率下，就是覆蓋距離下降約一半，面積為原來的1/4。張平說，很多國家提出將太赫茲（THz）做為6G主要技術之一，我想這個頻率自身屬性帶來的特性要著重考慮，尤其要考慮用于移動覆蓋時的特性。

太赫茲波是指頻率在0.1～10THz（波長為3000～30μm）范圍內的電磁波，在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區，也是電子學向光子學的過渡區。

張平說，電磁波是在空間中以波動形式傳播的電磁場，具有波粒二象性，遵循著麥克斯韋方程的規律發展。頻率越高，粒子性越強;頻率越低，波動性越強。同時通信系統容量C依照的是香農公式C=Blog2（1+S/N），其中B是指在某個頻段上頻率的寬帶，如果想讓頻率寬度更寬，頻段就會越來越高。從1G到5G，甚至到6G就是按這個趨勢發展的，在哪個頻段上其實由政府來決定，而且要得到全球的認可;而一切技術工作的創新重點就是如何使信噪比S/N的值越來越高。

但到6G，由于頻率越來越高，通信也會發生大的變化，這就需要新的理論和技術突破。“技術和理論總是有關系的，通信機理和傳統的相比可能會發生變化，比如量子通信。”張平說，“有人提出未來6G的應用場景中會有體聯網，這種信息量要達Tbps的速度才能傳輸，這是一種新的需求。體聯網的目標是用人腦可以控制一些設備，除了通信，人工智能、新材料、生物學等交叉學科，互相滲透會越來越多。”

談到6G研究，張平說：“6G的研發要提前十年開始，再用十年進行商業化、十年做運營。現在5G剛開始用，2030年會是5G發展的最高值，之后發展速度會慢慢降下來，6G會在此時接替上，而現在的主要任務是要找到6G的需求和可能的技術突破是什么。”