搶抓數字經濟發展和數字化轉型機遇，加快推進信息通信科技創新
——從2020 年中國通信學會科學技術獎看信息通信科技發展趨勢

中國通信學會

1 引言

當今世界正經歷著百年未有之大變局。2020 年，一場突發的新冠肺炎疫情給全球政治經濟帶來了巨大的危機與挑戰。面對突如其來的疫情，我國在中國共產黨的堅強領導下，取得了抗擊疫情斗爭的重大戰略成果，在短時間內控制疫情蔓延，并在全球經濟持續低迷的情況下，率先恢復經濟增長，為世界抗擊新冠肺炎疫情及恢復經濟注入一劑強心針。在全民抗疫斗爭中，5G、大數據等新一代信息通信技術發揮了重要作用，5G 網絡支持遠程辦公，使用大數據統計復工復產情況，各類抗疫創新型應用（如健康碼、行程碼）及時顯示用戶健康出行情況，保證了抗疫斗爭有序開展和復工復產復學。當前我國通信領域發展迅猛，以5G 為代表的新一代信息技術領域處于世界領先地位，5G 商用一年以來，網絡建設快速推進、技術產業持續創新；同時，中央作出了加快新型基礎設施建設的戰略部署，將人工智能、大數據、衛星互聯網等作為新型信息基礎設施納入“新基建”范疇，成為科技創新的熱點。

“中國通信學會科學技術獎”是在工業和信息化部支持下，經科學技術部批準，由中國通信學會負責組織，面向全國通信行業設立的經常性科學技術獎，是我國信息通信領域最具權威性的科學技術類獎項，至今已連續評選18 屆。“中國通信學會科學技術獎”面向全國信息通信行業，重點獎勵在信息通信科學研究、技術創新與開發、實現高新技術產業化和科技成果推廣應用等方面取得突破或者做出突出貢獻的個人和組織。獎勵范圍包括通信領域基礎理論、決策科學、科研開發、工程應用和科普教育等方面的優秀成果。經過嚴格評審、公示，2020 年“中國通信學會科學技術獎”共評選出35 個獲獎項目，其中一等獎9 項、二等獎12 項、三等獎14 項。中國通信學會根據35 個獲獎項目，結合當前信息通信領域科學技術發展情況，歸納梳理了本領域科學技術創新的9 項趨勢，希望能為社會各界了解信息通信領域的科技發展情況提供有價值的參考。

2 信息通信領域科學技術創新的趨勢

（1）5G 商用推廣，新一代移動通信技術創新加快推進

5G 技術具有數據傳輸速率高、網絡時延低的優勢。傳輸速率最高可達10 Gbit/s，比4G LTE 蜂窩網絡快100 倍；網絡時延低于1 ms，遠低于4G的30～70 ms。為滿足經濟社會發展對移動通信日益增長的需求，2019 年6 月6 日，工業和信息化部向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G 商用牌照。中國正式進入5G 商用階段。

在5G 技術研發、網絡部署中，中國信息通信科技工作者開展了大量創新型工作，取得了一批創新成果。在獲得2020 年中國通信學會科學技術獎的項目中，北京大學、中興、西安空間無線電技術研究所經過十余年努力，聯合研究提出了“同頻同時全雙工移動網絡通信技術”并實現組網驗證，可將頻譜效率提升1 倍以上；北京郵電大學聯合北京佰才邦技術股份有限公司、中國電信，針對移動通信基礎設施薄弱地區和災害應急場景中的高效組網難題，研究提出了“敏捷立體覆蓋無線組網技術”，研制了相應移動通信云基站、無人機空中基站，在西藏昌都、新疆和田等地區應用取得了良好效果；北京郵電大學、中國信息通信研究院組成的項目組持續推進“無線網絡的云霧適配理論與方法”研究，針對無線通信與計算協同的“架構適配難、性能分析難、資源協同難”三大挑戰，基于云霧適配的創新思想，構建了云霧無線組網機理，提出了異質資源云霧協同調配方法，形成一套無線網絡的云霧適配新理論與方法體系；國家無線電監測中心聯合電信企業開展了“5G 頻譜策略和兼容解決方案”研究，在全球率先完成5G 系統與其他無線電業務間的多類型、多場景干擾分析和測試驗證工作，開創性提出5G射頻指標以及多業務、多系統頻率共享和干擾緩解工程方案，突破中頻段兼容困難導致的頻譜資源不足瓶頸，為我國5G 商用提供了資源保障。

5G 產業發展需要信息通信產業與傳統產業深度融合，涉及元器件、終端、網絡、平臺等多領域聯動創新，在商用初期難免出現技術與應用不匹配、應用支撐產業生態不成熟等問題，且產業互聯網的拓展涉及要素更為復雜，需要在多個產業布局，在技術研發、網絡覆蓋與優化、應用開放等方面開展協同創新，推動我國5G 盡快走出導入期。此外，根據“使用一代、建設一代、研發一代”的信息技術發展規律，需要面向更高速率、更低時延、更廣連接，對與B5G/6G 相關的技術、標準、頻譜等方面展開系統研究，在關鍵技術和設備上實現更高水平的自主知識產權突破。

（2）跨領域融合創新活躍，網絡賦能數字化轉型

當前，與其他行業和領域的融合賦能是信息通信技術（ICT）創新發展的最突出特征之一。在經濟社會加速數字化轉型的背景下，ICT 賦能各行各業的步伐加快，網絡賦能技術創新日趨活躍，滿足各行業特定發展需求的融合性技術不斷涌現，成為互聯網由消費型向生產型轉型的重要推動力。

在2020 年中國通信學會科學技術獎評選中，涌現出一批網絡賦能技術的創新成果。針對當前電網運行特性越發復雜、電網安全運行與穩定控制難度大幅提升的難題，中國電力科學研究院牽頭實施的“電力實時廣域穩定控制通信系統”項目，解決了跨區互聯大電網的廣域協調控制和低時延高可靠通信問題，提高了電力實時廣域穩定控制系統的運維和管理水平，有效地保障了跨區電網互聯的安全穩定運行，為未來實現能源互聯網奠定了基礎。中國電信牽頭研發的“工業PON系統關鍵技術”，聚焦工業場景下光網絡統一融合承載關鍵技術創新和應用推廣，在全球首創將PON 技術應用于工業互聯網場景，攻克了PON融合承載工業園區網絡的關鍵技術難題，為工業互聯網發展提供更多技術選擇。中國聯通“企業級容器化大數據及微服務開發部署一體化能力輸出平臺”項目，運用Kubernetes+Docker 的技術路線，可在線開放大數據、人工智能、云原生等基建環境，全面支撐數據中臺和管理中臺建設，賦能客戶經營、產品創新和價值提升。

（3）量子通信加快布局，量子保密通信實現突破

量子通信是利用量子疊加態和糾纏效應進行信息傳遞的新型通信方式，基于量子力學中的不確定性、測量坍縮和不可克隆三大原理可提供無法被竊聽和計算破解的絕對安全性保證，主要分為量子隱形傳態（quantum teleportation，QT）和量子密鑰分發（quantum key distribution，QKD）兩種。QT 目前仍處于理論研究和實驗探索階段，距離實用化尚有較大差距；而基于QKD 與經典對稱密碼算法相結合的量子保密通信技術是量子通信領域中率先走向實用化和產業化的技術方向，有望為信息安全領域帶來可實現長期安全性保障的保密通信方案。

清華大學基于QKD 模式牽頭開展了對“量子保密通信的安全可靠傳輸理論與方法”的研究。與國內外同行相比，該項目在抗噪聲抗損耗量子直接通信編碼、量子保密通信的木馬攻擊和密集編碼攻擊檢測與防范、量子態高效傳輸編碼等方面取得了突破性創新，建立了新的量子保密通信安全可靠傳輸的理論方法，開啟了新的研究方向，促進了量子保密通信的實用化發展，獲得國際學術同行的高度評價。項目成果獲得2020 年中國通信學會科學技術獎一等獎。

QKD 本質上是一種點對點技術，通過構建QKD 網絡才能實現多用戶間的保密通信。目前來看，將點對點QKD 擴展為多用戶QKD 網絡的方案可以分為3 類，分別基于無源光器件、可信中繼和量子中繼來實現。前兩者雖然通過現有技術即可實現，但各有一定的局限性，目前距離實現真正的量子中繼網絡仍有不小的距離。此外，QKD系統在光纖現網中的傳輸能力和安全成碼率有限，且傳輸距離和安全密鑰速率相互制約，量子保密通信應用場景受限明顯，長距離傳輸的可信中繼節點可能成為安全風險點，實際系統和器件的非理想特性有可能成為被竊聽者利用的安全漏洞，需要進行安全性研究和測試，并采取防護措施。基于QT 構建量子信息網絡是量子通信未來創新的重點，也是歐美國家大力布局攻關的重要方向。

（4）衛星互聯網起步，空天地一體化通信技術創新活躍

2020 年4 月，國家發展和改革委員會首次明確“新基建”范圍，衛星互聯網被納入其中。當前，全球大部分人口密集地區已經實現較為完善的地面移動通信網絡覆蓋，但在海洋、沙漠、山區等偏遠地區或飛機、高鐵等高速移動的交通工具上，地面移動通信網絡鋪設難度大、運營成本高，容易受到地形和地理災害的限制。衛星互聯網基于衛星通信技術，通過發射一定數量的衛星形成規模組網、輻射全球，構建具備實時信息處理的大衛星系統，形成向地面和空中終端提供寬帶互聯網接入等通信服務的新型網絡。衛星互聯網受地理條件和自然災害影響較小，具有全球覆蓋、低成本、不受地域限制等優勢。

空間信息網絡是信息時代國家在太空領域的戰略性公共基礎設施和科技強國的重要技術標志，已成為各國發展和競爭的重點。跨地域、跨海域、跨空域的空天地一體化通信網絡將多元通信平臺設施結合起來，可提供更加廣闊和多樣化的無線通信業務，可廣泛應用于遠洋航行、導航定位、航空運輸、航天測控、應急救災、大型交通工具通信、光纖不可達地區生產管控等場景，實現全球無縫泛在網絡覆蓋，消除數字鴻溝。

在2020年中國通信學會科學技術獎獲獎項目中，清華大學團隊研究的“衛星動態按需覆蓋通信技術”，打破了傳統全覆蓋模式，使用動態按需覆蓋策略，在衛星通信波束自由度構造、波束自由度與用戶需求最優匹配、面向用戶多樣性需求變化的動態資源優化等方面取得了創新成果，從根本上提高衛星通信效率，為我國衛星互聯網發展提供了重要參考和借鑒；“空間信息網絡無線資源優化與物理層安全技術研究”項目，針對空間信息網絡組網和安全傳輸中的無線資源優化與物理層安全技術等基礎性問題，創新性提出了星地混合網絡容量上界和骨干衛星網功率控制模型，面向分布式星群的功率消耗、能耗與系統容量博弈關系模型，無線中繼傳輸中物理層安全傳輸模型以及物理層安全波束成形理論方法，在有關重大項目中得到實際應用。

（5）人工智能進入實用化時代，助力網絡智慧運維

近年來，人工智能技術得到了長足發展，在很多行業得到運用，但在信息通信行業尚處啟蒙階段。基于人工智能的網絡智慧運維目前已成為國內外信息通信行業的熱點，未來或將成為網絡標配。

當前，國內主要電信運營企業從網絡運維技術、管理模式、組織架構方面加強創新，探索網絡運維智能化轉型；華為、中興等解決方案提供商也在開展基于AI、大數據和云計算的智能網絡運維解決方案的研究。中國移動“面向通信行業的九天人工智能平臺及應用”項目，運用人工智能技術快速、高效、低成本支撐通信行業生產應用，從基礎平臺、核心能力和規模化應用產品3 個層面提供豐富的AI 服務，實現算力、算法、數據和能力的開放，支撐自有產品、服務以及對外協作的智能化轉型。“基于三維仿真的4G/5G 無線網絡智能規劃調度系統”利用自研模型和算法，實現了4G/5G 基站的智能選址、網絡空閑載波軟調度以及基站全生命流程自動化評估，在2020 年疫情防控工作中，高效精準支撐并保障了廣東省與抗疫相關部門及30 個定點醫院移動通信信號的穩定。

人工智能助力智慧網絡運維，將有效提升網絡維護工作效率，增強故障智能診斷、故障自愈能力，提高網絡的可靠性和生存性，節約運行維護成本，取得顯著的經濟效益和社會效益。

（6）網絡空間安全形勢復雜嚴峻，新技術強化安全保障

網絡空間安全是國家安全的重要組成部分，穩定的安全保障是網絡空間繁榮穩定的前提和基礎。當前，網絡空間安全形勢嚴峻，網絡攻擊頻繁發生，政府、重要企事業單位網站成為黑客攻擊的重點目標。網絡空間安全面臨的一大問題是全球數字化轉型、網絡空間拓展，導致網絡空間安全與物理世界安全相互交織，經濟社會運行面臨前所未有的安全挑戰。同時，人工智能的發展，給網絡安全攻防技術帶來了新的可能，也帶來諸多新的安全風險挑戰。

網絡空間安全不僅需要從法律制度規則上加以規范，更需要通過技術創新加強安全風險發現與監測，及時加以防控，從而提升抵御安全威脅的能力。在2020 年中國通信學會科學技術獎獲獎成果中，“關鍵信息基礎設施網絡資產發現及威脅監測技術與應用”項目首次研制了集網絡資產采集、資源庫構建、資產發現和歸屬判別、威脅檢測、安全主動驗證、信息泄露線索發現為一體的關鍵信息基礎設施網絡資產發現與威脅監測平臺，解決網絡資產歸屬不清、安全監測風險不明等問題，在電信、金融、能源等多個領域得到應用，有效提升關鍵信息基礎設施安全保護水平；“基于云邊情報協同的智能威脅檢測和分析技術攻關及規模應用”項目，提出了智能威脅檢測和分析技術，可為各類網站提供安全防護、及時檢測并阻斷各類網絡攻擊；“基于云邊情報協同的智能威脅檢測和分析技術攻關及規模應用”項目，在網絡端到端安全技術基礎上，推出了一鍵登錄、SIM 認證、實名認證、區塊鏈存證等系列服務，為手機端應用、PC 端IT 系統提供安全便捷的賬號登錄、身份認證能力。

（7）物聯網深化行業應用，車聯網攜手5G 加快突破

物聯網已成為全球新一輪科技革命與產業變革的重要驅動力。在歷經概念興起驅動、示范應用引領等階段后，近年來物聯網技術取得了顯著進步，產業逐步趨于成熟，逐漸在各行業得到深化應用，正加快轉化為現實生產力。海康威視多年深耕視頻監控領域，牽頭研發了“視頻物聯網智能分析關鍵技術”，著眼視頻物聯網領域，提出了柔性可重構的多維感知體系架構、復雜網絡環境下視頻監控系統運行管理和軟件維護技術、智能分析視頻的壓縮編碼技術以及跨時空多源數據關聯技術，解決了原有體系架構僵化、網絡管理復雜、高清視頻傳輸困難、視頻分析缺乏智能等技術難題，推動了視頻監控行業的技術進步，在智慧城市、“雪亮工程”等重大項目中發揮了重要作用。

車聯網是借助新一代信息通信技術，實現車內、車與車、車與路、車與人、車與服務平臺的全方位網絡連接。蜂窩車聯網（C-V2X）無線通信技術是構建“人—車—路—云”協同車聯網產業生態的關鍵性技術。隨著我國5G 商用的推廣，基于C-V2X與5G等新技術相結合的車聯網應用，正在從信息服務向提升安全效率和自動駕駛服務演進。中國聯通牽頭實施的“車聯網關鍵技術研究及創新業務示范”項目，針對智慧交通面臨的技術難點，采用C-V2X 與5G/4G 技術相結合的“車—路—云”一體化端到端網絡整體架構，基于5G 空口、邊緣計算、網絡切片、高精度定位、安全防護策略等關鍵技術，可滿足不同場景的業務需求，為后續推動車聯網創新業務應用打下了良好基礎。加快推進C-V2X 技術創新及產業化，不僅有利于車聯網生態的打造，也有利于5G 的商業化應用，發展潛力巨大，應用前景廣闊。

（8）加快共建共享和綠色化發展，推進網絡降本增效

在5G 等信息通信技術實用化過程中，通過技術創新降低網絡運營成本、提升經營效益成為影響商業化進程的重要方面。我國電信運營企業加強與上下游的協同合作，不斷創新性地研究提出網絡降本增效技術和解決方案，取得了良好的效果。

網絡設施的共建共享將有效降低通信網絡建設和運營成本，是電信運營企業貫徹新發展理念的本質要求。中國電信、中國聯通全球首創的“5G共建共享關鍵技術”，實現了5G 共享網絡的端到端解決方案和產業化規模商用，建成全球首例、規模最大的5G 共建共享網絡，顯著提升5G 用戶體驗和網絡覆蓋能力。在實際操作中，運營企業加強與設備提供商的合作，完成了3.5 GHz 頻段大帶寬、大容量、高性能共建共享基站設備的研發和商用。

隨著數字化轉型的加快，全社會對寬帶無線移動通信和數據中心服務器的需求量猛增，加強技術創新，增加綠色清潔能源應用普及，降低設備單位能耗，成為電信運營商降本增效實現綠色化發展的必然選擇。中國鐵塔公司針對能源消耗高、解決方案單一的現狀，圍繞移動通信基站分布式光伏雙極化供電、動力電池梯級再利用、削峰填谷綜合利用、光伏上塔等關鍵技術，開展了技術攻關和應用創新，并取得了突破。中國移動實施的“新型高效混合供電技術研究與規模應用”項目，攻克了交直流電源單元（PSU）并聯工作、多路供電比例動態響應、非一致性蓄電池組并聯充放電保護等技術難題，進一步提高了數據中心供電系統效率。

（9）瞄準產業鏈供應鏈短板，加快基礎性技術攻關

我國信息通信網絡國產化設備已逐漸成為主流，但其中的處理、存儲、基帶等核心芯片國產化進程卻較為緩慢。在美國限制打壓的背景下，通信核心芯片的國產化成為大勢所趨，迫切需要提升國內集成電路技術的整體水平，同時也亟需加快通信芯片基礎性技術攻關，著力培育形成國產通信芯片創新生態系統。以2020 年獲獎項目為例，微波電路小型化是當前的熱點和趨勢，廣東工業大學牽頭研究了“大帶寬小型化微波通信集成電路設計方法”，解決微波接收機存在的鏡像干擾和無法實現超寬帶的問題，在國際上率先將基于分布參數電路和基于集總參數電路的兩種設計方法進行融合，通過高精度和快速可迭代設計，改進了無源微波電路的小型化設計方法，實現了一系列小型化微波無源電路，并實現產業化，取得了良好的商業效果。

國內網絡測試儀器儀表長期依賴國外廠商。針對新興無線通信系統對弱信號檢測識別的需求和挑戰，深圳大學、北京郵電大學等單位聯合開展“自適應控制的寬帶無線通信測試關鍵技術”研究，利用弱信號檢測識別、高精度射頻校準測量等原創技術自主研制了無線通信測試儀器，打破國外公司在無線信令測試技術方面的壟斷，解決我國電子信息制造業亟需的高端測量儀器儀表需求，取得顯著社會經濟效益。

在未來，應推動信息通信基礎器件、基礎工藝、關鍵基礎材料等產業質量水平整體提升，促進一批能夠助力高質量發展、引領新一輪科技革命和ICT 產業變革的信息通信基礎技術和產品突破；同時應推動補短板和鍛長板相結合、“點式突破”與“鏈式協同”相結合、高校及科研院所引導與生產企業主導相結合、安全可控與開放創新相結合，加快構建新時代產業基礎能力體系，打造具有更高附加值、更安全可靠、更強創新力的信息通信支撐能力。

3 結束語

我國正處于實現中華民族偉大復興的關鍵時期，經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段。在這一歷史進程中，新一代信息通信技術將發揮重要作用，加強信息通信科技研究應用以及發展趨勢研判就顯得格外有意義。我們相信，以5G、人工智能、天空地一體化網絡等為代表的新一代信息通信技術創新、產業發展和新型信息基礎設施建設，對于實施網絡強國戰略和全面建設社會主義現代化國家都將起到重要的推動作用。我們倡議，廣大信息通信科技工作者面向世界信息科技前沿、面向數字經濟發展和經濟社會數字化轉型重大需求，加強基礎研究、注重原始創新、強化學術交流合作，為創新驅動發展戰略實施和網絡強國建設做出更多更大貢獻。本文涉及內容廣泛，希望能夠就信息通信領域科技發展趨勢為業界同仁提供參考，也希望能夠為政府部門在政策制定方面提供參考。