科技發(fā)展給社會帶來翻天覆地的變化，當(dāng)前人類社會正在經(jīng)歷全球性的科學(xué)技術(shù)革命。很多技術(shù)將在未來5-10年對社會產(chǎn)生重大影響，其中一些技術(shù)是全新的，也有一些技術(shù)已經(jīng)孕育成熟。本文中，我們將與讀者一起分享電磁波領(lǐng)域值得關(guān)注的技術(shù)與應(yīng)用，并對其進(jìn)行解讀。

 

隨著無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速增長和新空口技術(shù)的不斷引入，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在對實(shí)時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的支持方面面臨挑戰(zhàn)，需要不斷演進(jìn)。作為下一代移動通信系統(tǒng)當(dāng)前主流的候選技術(shù)方案，LTE給業(yè)界留下了巨大的想象空間。

 

LTE技術(shù)使用了近20年來學(xué)術(shù)界積累的先進(jìn)信號處理技術(shù)，如OFDM、MIMO、自適應(yīng)技術(shù)等。LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演進(jìn)版本，其目的是為滿足未來幾年內(nèi)無線通信市場的更高需求和更多應(yīng)用，滿足和超過IMT-Advanced的需求，同時還保持對LTE較好的后向兼容性。LTE-A采用了載波聚合（Carrier Aggregation）、上/下行多天線增強(qiáng)（Enhanced UL/DL MIMO）、多點(diǎn)協(xié)作傳輸（Coordinated Multi-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強(qiáng)（Enhanced  Inter-cell  Interference Coordination  for Heterogeneous Network）等關(guān)鍵技術(shù)，能大大提高無線通信系統(tǒng)的峰值數(shù)據(jù)速率、峰值譜效率、小區(qū)平均譜效率以及小區(qū)邊界用戶性能，同時也能提高整個網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)效率，這使得LTE和LTE-A系統(tǒng)成為未來幾年內(nèi)無線通信發(fā)展的主流。

 

據(jù)GSA最新報告指出，全球已有29個國家的49張LTE網(wǎng)絡(luò)正式商用，已有48家制造商197款LTE用戶終端上市。有調(diào)查指出隨著LTE終端普及價位下跌，全球加入LTE服務(wù)的用戶2014～2015年將破1億，到2015年全球LTE手機(jī)銷量將超1.54億。

 

 

近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們普遍認(rèn)為數(shù)量眾多的機(jī)器聯(lián)網(wǎng)將為通信產(chǎn)業(yè)帶來極大的發(fā)展機(jī)遇，并預(yù)測未來M2M市場將高速增長。M2M是機(jī)器對機(jī)器（machine-to-machine）通信的簡稱。目前M2M重點(diǎn)在于機(jī)器對機(jī)器的無線通信，存在以下三種方式：機(jī)器對機(jī)器、機(jī)器對移動電話（如用戶遠(yuǎn)程監(jiān)視）、移動電話對機(jī)器（如用戶遠(yuǎn)程控制）。

 

預(yù)計未來用于人對人通信的終端可能僅占整個終端市場的1/3，而更大數(shù)量的通信是機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信業(yè)務(wù)。事實(shí)上目前機(jī)器的數(shù)量至少是人類數(shù)量的4倍，因此M2M具有巨大的市場潛力。M2M的潛在市場不僅限于通信業(yè)。由于M2M是無線通信和信息技術(shù)的整合，它可用于雙向通信，如遠(yuǎn)距離收集信息、設(shè)置參數(shù)和發(fā)送指令，因此M2M技術(shù)可有不同的應(yīng)用方案，如安全監(jiān)測、自動售貨機(jī)、貨物跟蹤等。

 

在M2M中，GSM/GPRS/UMTS/LTE等是主要的遠(yuǎn)距離連接技術(shù)，其近距離連接技術(shù)主要有802.11b/g、BlueTooth、Zigbee、RFID和UWB。此外，還有一些其他技術(shù)，如XML和Corba，以及基于GPS、無線終端和網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)技術(shù)。

 

預(yù)計到2016年，全球M2M連接數(shù)量將從2011年的1.1億次提升到3.65億次。這意味著到2016年全球這個市場使用量的年增長率將達(dá)到27%，業(yè)務(wù)收入將達(dá)到350億美元。

 

 

在信息時代的今天，用戶對數(shù)據(jù)服務(wù)的需求呈幾何級增長。然而無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日趨成熟，趨于飽和的傳統(tǒng)宏基站面對這種局面已力不從心，面臨包括站址的選取，設(shè)備的采購、安裝、調(diào)試和維護(hù)都要耗費(fèi)大量的人力、財力、物力和時間等問題。目前3G/LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中小型、微型基站設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用似乎正在成為一種趨勢。

 

家庭基站是安放在用戶家中或辦公室的一個無線接入點(diǎn)設(shè)備 AP（Access Point），業(yè)界也稱之為Femtocell。家庭基站在功能上集成了NodeB 和RNC 的功能（或分組域設(shè)備的功能）。它以用戶的寬帶接入（如DSL）為回程，具有自動配置和優(yōu)化功能，因此不需要規(guī)劃，也沒有站址選取等問題。它既是移動網(wǎng)絡(luò)的延伸，又是固定移動融合的有效手段。

 

小型/微型家庭基站的關(guān)鍵技術(shù)包括干擾消除，移動性管理如切換、SON(self organizing network，自組織網(wǎng)絡(luò))、網(wǎng)絡(luò)管理等。LTE網(wǎng)絡(luò)的小型/微型基站技術(shù)還包括MIMO、OFDM技術(shù)。

 

全球電信與媒體市場調(diào)研公司Informa Telecoms & Media公布了一項(xiàng)小型基站市場地位報告，其中強(qiáng)調(diào)了小型基站部署的激增。該報告發(fā)現(xiàn)，小型基站有望從2012年的320萬個激增至2016年的6240萬個——增幅高達(dá)2000%（或20倍）——占全球基站總量的88%。該報告還強(qiáng)調(diào)了小型基站在2012年的關(guān)鍵進(jìn)展，其中包括一些新部署（如世界上第一個LTE家庭基站服務(wù)的推出）、若干重要收購以及新產(chǎn)品的推出（將小型基站技術(shù)與Wi-Fi相結(jié)合）。

 

無線充電是2011年最激動人心的前沿技術(shù)之一，它可讓所有手機(jī)不受電線的羈絆，人們也不用為忘帶充電器而煩惱，既方便實(shí)用又綠色節(jié)能。無線充電技術(shù)源于無線電力輸送技術(shù)，利用磁共振在充電器與設(shè)備之間的空氣中傳輸電荷，線圈和電容器則在充電器與設(shè)備之間形成共振，實(shí)現(xiàn)電能高效傳輸?shù)募夹g(shù)。

 

隨著手機(jī)、移動智能終端設(shè)備（如平板電腦、筆記本電腦、GPS導(dǎo)航等）、電動汽車、醫(yī)療設(shè)備等對電量充滿“饑渴”的設(shè)備迅速興起，研發(fā)無線充電等突破性充電技術(shù)的需求日益

提高。綜合各方披露的信息，無線充電已經(jīng)解決了輻射、充電效率、設(shè)計等三大瓶頸，長期綜合成本也在下降。

 

無線充電即將進(jìn)入快速發(fā)展期，是業(yè)界各方的共識。據(jù)透露，最先推出無線充電功能的中國手機(jī)可能是飛利浦，華為等廠商也正在進(jìn)行設(shè)計研發(fā)。此外，目前長安、奇瑞、吉利等國產(chǎn)汽車品牌均已將Qi標(biāo)準(zhǔn)的無線充電設(shè)備鑲嵌進(jìn)汽車，便于人們在行車途中給手機(jī)充電。

 

千兆Wi-Fi 夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，第五代Wi-Fi簡稱5G WiFi采用新的802.11ac標(biāo)準(zhǔn)，支持5G WiFi的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品預(yù)計將會在2012年第三季度面市。5G WiFi誕生后，能帶給我們更快速、更穩(wěn)定的上網(wǎng)體驗(yàn)。新IEEE 802.11 ac是一個世界性的標(biāo)準(zhǔn)，提供至少是當(dāng)前IEEE 802.11n無線網(wǎng)絡(luò)三倍的傳輸速度，即使是最慢的IEEE 802.11 ac也能達(dá)到和有線連接的外存儲設(shè)備上USB 2.0一樣的速度。這意味著播放視頻流不再會卡，在家庭成員使用平板電腦或者移動電話時，進(jìn)行下載也不會慢如蝸牛，更重要的是，由于IEEE 802.11 ac標(biāo)準(zhǔn)也會使無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和覆蓋范圍有效提高，現(xiàn)在房間中的“信號死點(diǎn)”也將能夠接收到無線信號。

 

802.11ac技術(shù)被稱為未來2年至4年內(nèi)最為重要的無線技術(shù)之一。

 

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是我國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。與美國GPS、俄羅斯格羅納斯、歐盟伽利略系統(tǒng)并稱全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

 

2011年12月27日，國家正式宣布北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)試運(yùn)行啟動，發(fā)布了空間信號接口

控制文件（ICD）標(biāo)志著我國自主衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段，民用和商用市場

正式開啟。進(jìn)入2012年多家芯片廠商推出北斗/GPS民用產(chǎn)業(yè)化SoC芯片，深圳更推出國內(nèi)

首批民用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品。

 

隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，到2015年，北斗系統(tǒng)在中國國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航市場將占據(jù)約15%的份額，市場規(guī)模達(dá)500億元以上；在2020年將占據(jù)30%以上的份額。

 

 

太赫茲輻射是0.1~10THz的電磁輻射，從頻率上看，在無線電波和光波、毫米波和紅外線之間；從能量上看，在電子和光子之間。

 

太赫茲的獨(dú)特性能給通信（寬帶通信）、雷達(dá)、電子對抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像（無標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領(lǐng)域帶來了深遠(yuǎn)的影響。由于太赫茲的頻率很高，所以其空間分辨率也很高；又由于它的脈沖很短（皮秒量級）所以具有很高的時間分辨率。太赫茲成像技術(shù)和太赫茲波譜技術(shù)由此構(gòu)成了太赫茲應(yīng)用的兩個主要關(guān)鍵技術(shù)。同時，由于太赫茲能量很小，不會對物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，所以與X射線相比更具有優(yōu)勢。另外，由于生物大分子的振動和轉(zhuǎn)動頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等農(nóng)業(yè)和食品加工行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。太赫茲的應(yīng)用仍然在不斷的開發(fā)研究當(dāng)中，其廣袤的科學(xué)前景為世界所公認(rèn)。

 

“超材料"是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能。可廣泛用于軍事、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)、航空航天、汽車電子、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。

 

超材料具備控制電磁波行為的特點(diǎn)，已經(jīng)在無線通信領(lǐng)域取得突破。深圳光啟高等理工研究院研發(fā)的超材料已經(jīng)投產(chǎn)了射頻無線天線、車載電視天線、衛(wèi)星天線等多項(xiàng)產(chǎn)品。基于超材料技術(shù)的射頻天線只有一個郵票大小，可以取代路由器的4根天線。

 

目前中國的超材料研發(fā)水平處于世界最前端，完成了實(shí)用億級超材料的設(shè)計工作，代表了目前國際超材料設(shè)計領(lǐng)域的最高水平。光啟研究院已攜手華為、中興、邁瑞等11家單位，建立超材料研發(fā)基地，將帶動千億產(chǎn)值規(guī)模的產(chǎn)業(yè)集群。在國家發(fā)改委和市政府的支持下，還將發(fā)起設(shè)立20億元規(guī)模的超材料產(chǎn)業(yè)基金，為產(chǎn)業(yè)超常規(guī)發(fā)展吹氣助燃。