微波射頻網(wǎng)深度訪談：超導(dǎo)現(xiàn)象是20世紀(jì)物理學(xué)上的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。超導(dǎo)技術(shù)作為現(xiàn)代科技的前沿領(lǐng)域以及熱門領(lǐng)域，有著廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用前景。隨著科學(xué)理論的不斷完善和技術(shù)的不斷更新，人們對于超導(dǎo)的研究從未止步，包括美國、歐洲各國、日本、韓國和中國在內(nèi)的技術(shù)大國都競相開展超導(dǎo)技術(shù)的研究和應(yīng)用，競爭十分激烈。超導(dǎo)技術(shù)在無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用近年來更是受到了廣泛的關(guān)注。

日前，國內(nèi)資深通信專家、原廣東聯(lián)通總工程師、廣州特信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司董事長廖曉濱教授接受了微波射頻網(wǎng)（MWRF.NET）的專訪，詳細(xì)解讀了超導(dǎo)技術(shù)、無線通信面臨的挑戰(zhàn)，并重點(diǎn)介紹了超導(dǎo)技術(shù)為無線通信所帶來的技術(shù)優(yōu)勢。

廖曉濱是我國第一代、第二代、第三代移動通信引進(jìn)和推廣的主要負(fù)責(zé)人，具有46年通信行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)。兩次打破國際壟斷，研制出達(dá)到國際先進(jìn)水平的軟件系統(tǒng)和超導(dǎo)射頻前端系統(tǒng)產(chǎn)品，是超導(dǎo)電子系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)師，并牽頭打造中國超導(dǎo)電子系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈。

解讀超導(dǎo)技術(shù)

·  什么是超導(dǎo)？

超導(dǎo)（Superconductor）是超導(dǎo)電性的簡稱，是指金屬或合金在較低溫度下電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì)。早在1911年，超導(dǎo)現(xiàn)象就為世人所知，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯（Onnes）將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述與汞相類似的低溫下失去電阻的特性。這一發(fā)現(xiàn)引起了世界范圍內(nèi)的震動，也吸引了科學(xué)家們對于超導(dǎo)的探索研究。

廖曉濱介紹道，“根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料被分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。

低溫超導(dǎo)材料是指在液氦溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。目前發(fā)生最低溫度的超導(dǎo)材料是汞，可以冷卻到4K時(shí)（約-269℃，熱力學(xué)溫度T和攝氏溫度t的換算關(guān)系是：T=273.15+t），它的導(dǎo)體電阻幾乎等于0。

高溫超導(dǎo)材料是指在液氮溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。液氮的溫區(qū)為-196.15℃（相當(dāng)于77K）左右，因此，這里所說的‘高溫’，其實(shí)仍然是遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)0℃的?，F(xiàn)在我們用的是高溫超導(dǎo)材料，基本是銅氧基，中國科學(xué)院還做出了鐵基材料。”

·  超導(dǎo)電子國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

“超導(dǎo)技術(shù)是具有很高的技術(shù)水平和工藝門檻的國際尖端技術(shù)。超導(dǎo)電子系統(tǒng)技術(shù)更是跨越包括電磁場與微波技術(shù)、通信與信息系統(tǒng)工程、超導(dǎo)材料及微波固態(tài)電路、無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化等在內(nèi)的十大領(lǐng)域和學(xué)科。”廖曉濱介紹道，“目前該產(chǎn)業(yè)的技術(shù)、器件和工藝等都受到歐盟（德國、法國和荷蘭）、北美（美國）和亞洲（以色列、日本）等具有部分技術(shù)發(fā)達(dá)國家的壟斷封鎖和禁運(yùn)，目前只有美國具有商品化的系統(tǒng)產(chǎn)品，個(gè)別發(fā)達(dá)國家具有部分關(guān)鍵部件產(chǎn)品。雖然中國在超導(dǎo)技術(shù)方面的嘗試已有20多年，但目前只有特信公司的超導(dǎo)射頻前端接收系統(tǒng)（超導(dǎo)鏈路系統(tǒng)，BL）、超導(dǎo)遠(yuǎn)程無線局域網(wǎng)系統(tǒng)（BA）、超導(dǎo)雷達(dá)探測系統(tǒng)（BD）可以做到完全自主知識產(chǎn)權(quán)、完全中國國產(chǎn)化制備，并開始進(jìn)入到商品化、產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化階段。”

·  超導(dǎo)的特性及應(yīng)用領(lǐng)域

廖曉濱指出，“超導(dǎo)技術(shù)的用途非常廣泛，主要可分三大類應(yīng)用領(lǐng)域：第一、大電流的領(lǐng)域，比如超導(dǎo)電力傳輸。超導(dǎo)體的基本特性之一是電特性等于零，即在超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度之下，電阻基本等于0。其載流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于常規(guī)導(dǎo)體，輸電時(shí)不產(chǎn)生能量損耗，能夠提供大量能量。第二、磁領(lǐng)域，比如磁懸浮。超導(dǎo)體的另一個(gè)基本特性是磁特性等于零，即完全抗磁性。也就是說超導(dǎo)體在處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，可以完全排除磁力線的進(jìn)入。第三、微電子領(lǐng)域，比如特信所重點(diǎn)研究的超導(dǎo)電子系統(tǒng)設(shè)備。”

·  超導(dǎo)電子面臨3大市場需求

“超導(dǎo)的應(yīng)用，必須以市場需求為動力，只有非常深刻地熟悉市場的應(yīng)用才能取得成功。”廖曉濱強(qiáng)調(diào)。在超導(dǎo)的研究史上，已有五位科學(xué)家奪得諾貝爾獎。但在廖曉濱看來，超導(dǎo)技術(shù)在電子領(lǐng)域比較成功的應(yīng)用是無線通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要豐富的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，以及實(shí)際的工業(yè)化和商品化經(jīng)驗(yàn)。

廖曉濱指出，目前超導(dǎo)電子面臨三大市場需求：第一、是無線公眾網(wǎng)，即三大運(yùn)營商--中國電信、中國移動、中國聯(lián)通；第二、是無線專網(wǎng)，如鐵路、石油、漁政、海事、武警、公安、氣象、水利等；第三、是應(yīng)用于國防的無線通信網(wǎng)絡(luò)。

無線通信面臨的挑戰(zhàn)

從中國的第一套FDMA移動通信系統(tǒng)的引進(jìn)，到第一套TDMA無線通信系統(tǒng)的引進(jìn)和消化，到第一套CDMA移動通信系統(tǒng)的引進(jìn)和試驗(yàn)，再到TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)的試驗(yàn)和推廣，乃至當(dāng)前TD-LTE的推廣和商業(yè)應(yīng)用，廖曉濱在前線全程經(jīng)歷和見證著中國通信業(yè)的發(fā)展，并用自己對中國通信業(yè)的深刻認(rèn)識培養(yǎng)了一批通信行業(yè)的精英。

無線通信作為一種利用電磁波進(jìn)行信息傳遞的先進(jìn)通信方式，近年來得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。然而，廖曉濱指出，“在常溫下，無線通信技術(shù)的研發(fā)已走到極限，很難再進(jìn)步，加上實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的變化和無線傳播條件的限制，許多問題用傳統(tǒng)技術(shù)難以得到解決。”

·  抗干擾問題

現(xiàn)在的無線通信系統(tǒng)時(shí)常面臨各種干擾的影響，有效的抗干擾技術(shù)可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、有序和通暢。以接收機(jī)為例，需要解決它的抗干擾問題和系統(tǒng)噪聲問題。以前所有無線的接收機(jī)接收時(shí)都需要抗干擾，但是它前端的濾波器都是損耗很大，會影響整個(gè)鏈路的噪聲性能，所以就把濾波器放在后端。以致于原來的接收機(jī)是把整個(gè)的干擾，包括帶外的干擾（雜散和阻塞），帶外干擾之間和與工作頻率之間產(chǎn)生的有源和無源互調(diào)干擾全吸到“肚子里”，然后用放大器放大，在常溫下工作的放大器由于布朗運(yùn)動會產(chǎn)生熱噪聲，這樣由帶外干擾、互調(diào)干擾和熱噪聲合起來的底噪聲，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。只有從根本上降低系統(tǒng)底噪聲，提高對有用信號的靈敏度，才能徹底提高系統(tǒng)性能。

·  弱覆蓋問題

根據(jù)多年中國通信行業(yè)的工作經(jīng)驗(yàn)，廖曉濱指出，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)從正式發(fā)放牌照和開展建網(wǎng)起5年內(nèi)，不可能達(dá)到90%以上的覆蓋。即使該網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作了5年以后，仍會有5%～8%用現(xiàn)在的技術(shù)和設(shè)備無法解決的問題。比如它會面臨變化的建筑場景障礙、存在網(wǎng)內(nèi)外干擾、無法建站、沒有市電、環(huán)保和行政管制等諸多問題。網(wǎng)絡(luò)初建以后，也會存在日益嚴(yán)重的網(wǎng)內(nèi)外干擾--同頻干擾以及來自其他網(wǎng)的干擾。比如，CDMA和WCDMA系統(tǒng)是自干擾系統(tǒng)，同時(shí)，它具有呼吸效應(yīng)，用戶數(shù)量越多，干擾信號越強(qiáng)，基站覆蓋半徑就越小，而且會產(chǎn)生軟切換的導(dǎo)頻污染。這些都是現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)存在的難以解決的問題，也是國際難題。

·  建運(yùn)維成本問題

廖曉濱稱，基站的建設(shè)費(fèi)用方面，除基站設(shè)備和電源設(shè)備的費(fèi)用以外，更大一部分來自于基礎(chǔ)設(shè)施的費(fèi)用，如機(jī)房、鐵塔、光纜、空調(diào)等，約為設(shè)備費(fèi)用的6倍。平均每個(gè)基站的建設(shè)費(fèi)用約40萬元的以上，建設(shè)100米鐵塔的高山基站約140萬元以上。在運(yùn)行費(fèi)用方面，一個(gè)基站的電費(fèi)和房租將花費(fèi)9萬元一年，某上海一年電費(fèi)和房租更高達(dá)30萬元。在維護(hù)費(fèi)用方面，每年的花費(fèi)高達(dá)10萬元以上。5年內(nèi)，一個(gè)基站的建運(yùn)維成本在90萬元以上。

·  環(huán)保問題

廖曉濱談到，以前中國常用的通信頻段在800～900MHz，而進(jìn)入LTE時(shí)代后，頻段升高至2G～2.6GHz。使用的頻率越高，電磁波衰減得越快，覆蓋半徑越小。這意味著要建更加密集的基站，才能覆蓋原來的地方，才能達(dá)到當(dāng)時(shí)的通信水平和覆蓋程度，這是由傳播特性決定的。然而，基站越多，造成的電磁污染越大，信號越不好，手機(jī)發(fā)射功率就越大，就越不利于人體健康，此外耕地的占用和到處都是天線的市容直接影響環(huán)保中的節(jié)能減排。

超導(dǎo)技術(shù)：無線通信難題逐個(gè)擊破

超導(dǎo)電子系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)業(yè)是世界新興的、國際先進(jìn)水平的產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過四年多的奮斗，特信公司已經(jīng)全面突破超導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出完全中國國產(chǎn)化、自主知識產(chǎn)權(quán)的系列超導(dǎo)電子系統(tǒng)設(shè)備，徹底打破國際壟斷和封鎖，成為是世界第一家研制完全自主知識產(chǎn)權(quán)、完全中國國產(chǎn)化制備的超導(dǎo)電子系列產(chǎn)品的公司。近日，特信發(fā)布的世界首臺大冷量、最小尺寸的TD-LTE超導(dǎo)鏈路系統(tǒng)室內(nèi)機(jī)（BL-TD-LTE），更是大幅改進(jìn)LTE基站性能，大大提高通信質(zhì)量，降低建運(yùn)維成本，提高實(shí)戰(zhàn)通信能力。

“超導(dǎo)技術(shù)不僅可以解決現(xiàn)存的2G、3G網(wǎng)絡(luò)所解決不了的抗干擾和弱覆蓋等問題，還能解決4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)建運(yùn)維成本高和環(huán)保等棘手問題。”廖曉濱介紹說。接下來，他從多個(gè)方面對超導(dǎo)技術(shù)的優(yōu)勢做了闡釋。

在技術(shù)方面，超導(dǎo)技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具備優(yōu)異的選擇性和噪聲性能。在100MHz-10GHz頻率范圍內(nèi)，超導(dǎo)技術(shù)的選擇性和噪聲性能比其他所有技術(shù)都好。首先，從單個(gè)指標(biāo)來看，傳統(tǒng)技術(shù)比超導(dǎo)差很遠(yuǎn)。其次，傳統(tǒng)技術(shù)不能夠同時(shí)兼顧到選擇性和噪聲性能。嚴(yán)格的講，現(xiàn)在的傳統(tǒng)技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)備的噪聲性能已經(jīng)做到了極限。若想把噪聲系數(shù)再減少0.1dB都很困難。但是，利用超導(dǎo)技術(shù)，可以把噪聲系數(shù)改善3dB左右，若超導(dǎo)設(shè)備放在鐵塔上甚至有望改善6dB，這就是革命性的變化。超導(dǎo)技術(shù)可以最高提高通信距離100%，其抗干擾能力比傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)幾千倍，乃至上萬倍。能夠解決3G現(xiàn)存5%～8%覆蓋不好的問題，用不建新站解決基站拆除問題，密集區(qū)域深覆蓋的信號滲透問題，以及農(nóng)村廣覆蓋不足的問題。

在建設(shè)速度方面，加裝1個(gè)超導(dǎo)射頻前端接收系統(tǒng)（BL）設(shè)備平均＜3小時(shí)，是建設(shè)10萬平方米室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)平均時(shí)間的1/250，是建設(shè)1個(gè)新基站平均時(shí)間的1/700。

在經(jīng)濟(jì)效益方面，以民用為例，在原基站上加裝1個(gè)BL可能取代1～4個(gè)新基站的建設(shè)或解決10萬平方米以上的室內(nèi)覆蓋，對建運(yùn)維資金的節(jié)約是巨大的。

在工程建設(shè)方面，BL安裝和維護(hù)容易，在很大程度上可以替代光纖拉遠(yuǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)宏基站，大大降低工程難度和節(jié)約工程費(fèi)用。

在環(huán)保方面，BL是低碳、環(huán)保、高效能的產(chǎn)品，可以營造綠色網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，取代高碳低效能產(chǎn)品。

自主知識產(chǎn)權(quán) 具備大規(guī)模商業(yè)化基礎(chǔ)

特信公司擁有高層次專家的領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì)，和一支多領(lǐng)域?qū)I(yè)化的科研和工程隊(duì)伍，具有極強(qiáng)的創(chuàng)新能力和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。公司自成立以來，已申請了13項(xiàng)專利，除已授權(quán)專利外，還已成功地完成了20多項(xiàng)發(fā)明，平均每3個(gè)月產(chǎn)生1個(gè)可以應(yīng)用的專利創(chuàng)新。對于一個(gè)新型的產(chǎn)品，特信基本在5～6個(gè)月，就可以研制出完全可以到現(xiàn)場應(yīng)用的樣機(jī)產(chǎn)品。

廖曉濱表示，特信公司在超導(dǎo)射頻前端接收系統(tǒng)（BL）設(shè)計(jì)初期就已經(jīng)充分考慮了生產(chǎn)的一致性，聯(lián)手國內(nèi)合作伙伴，特信公司可以解決從材料到器件、部件、系統(tǒng)設(shè)備，再到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和規(guī)劃，以及售前、售中、售后的工程服務(wù)問題。特信公司可以提供可靠、高質(zhì)量的產(chǎn)品和良好服務(wù)，用戶可放心使用。

特信公司的市場是一個(gè)大家都希望得到解決，卻又啃不動的骨頭市場，是只占基站數(shù)1%～5%的高端產(chǎn)品的市場，是可以和諧地和現(xiàn)有產(chǎn)品形成互補(bǔ)的市場。

最后一次強(qiáng)調(diào)，無線通信的難題不是靠多加鐵塔、機(jī)房和多用設(shè)備及頻率資源堆積來解決的，從根本上必須依靠高科技創(chuàng)新。

更多關(guān)于特信超導(dǎo)射頻前端接收系統(tǒng)（BL）的信息請參閱微波射頻網(wǎng)報(bào)道：

特信發(fā)布超導(dǎo)LTE射頻前端系統(tǒng) 大幅改進(jìn)基站性能
http://m.letsgo8.com.cn/news/products/2014/14707.html

本文為MWRF.NET原創(chuàng)文章，未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，如需轉(zhuǎn)載請聯(lián)系market#mwrf.net(#換成@)