電磁波領域值得關(guān)注的技術(shù)
[導讀]科技發(fā)展給社會帶來翻天覆地的變化，當前人類社會正在經(jīng)歷全球性的科學技術(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
科技發(fā)展給社會帶來翻天覆地的變化，當前人類社會正在經(jīng)歷全球性的科學技術(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域值得關(guān)注的技術(shù)與應用，并對其進行解讀。
LTE、LTE-advanced
LTE技術(shù)使用了近20年來學術(shù)界積累的先進信號處理技術(shù)，如OFDM、MIMO、自適應技術(shù)等。LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演進版本，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（CarrierAggregation）、上/下行多天線增強（Enhanced UL/DL MIMO）、多點協(xié)作傳輸（CoordinatedMulti-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強（Enhanced Inter-cellInterference Coordination for HeterogeneousNetwork）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服務的用戶2014～2015年將破1億，到2015年全球LTE手機銷量將超1.54億。
物聯(lián)網(wǎng)之M2M
近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們普遍認為數(shù)量眾多的機器聯(lián)網(wǎng)將為通信產(chǎn)業(yè)帶來極大的發(fā)展機遇，并預測未來M2M市場將高速增長。M2M是機器對機器（machine-to-machine）通信的簡稱。目前M2M重點在于機器對機器的無線通信，存在以下三種方式：機器對機器、機器對移動電話（如用戶遠程監(jiān)視）、移動電話對機器（如用戶遠程控制）。
預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)量的通信是機器對機器（M2M）通信業(yè)務。事實上目前機器的數(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，如遠距離收集信息、設置參數(shù)和發(fā)送指令，因此M2M技術(shù)可有不同的應用方案，如安全監(jiān)測、自動售貨機、貨物跟蹤等。
在M2M中，GSM/GPRS/UMTS/LTE等是主要的遠距離連接技術(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)絡的位置服務技術(shù)。
預計到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到27%，業(yè)務收入將達到350億美元。
小型/微型家庭基站
在信息時代的今天，用戶對數(shù)據(jù)服務的需求呈幾何級增長。然而無線網(wǎng)絡建設日趨成熟，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，設備的采購、安裝、調(diào)試和維護都要耗費大量的人力、財力、物力和時間等問題。目前3G/LTE網(wǎng)絡建設中小型、微型基站設備的開發(fā)和應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設備 AP（AccessPoint），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 organizingnetwork，自組織網(wǎng)絡)、網(wǎng)絡管理等。LTE網(wǎng)絡的小型/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公布了一項小型基站市場地位報告，其中強調(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2000%（或20倍）——占全球基站總量的88%。該報告還強調(diào)了小型基站在2012年的關(guān)鍵進展，其中包括一些新部署（如世界上第一個LTE家庭基站服務的推出）、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、無線電力傳輸
隨著手機、移動智能終端設備（如平板電腦、筆記本電腦、GPS導航等）、電動汽車、醫(yī)療設備等對電量充滿“饑渴”的設備迅速興起，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、設計等三大瓶頸，長期綜合成本也在下降。
無線充電即將進入快速發(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可能是飛利浦，華為等廠商也正在進行設計研發(fā)。此外，目前長安、奇瑞、吉利等國產(chǎn)汽車品牌均已將Qi標準的無線充電設備鑲嵌進汽車，便于人們在行車途中給手機充電。
5G WiFi（802.11ac）
千兆Wi-Fi 夢想照進現(xiàn)實，第五代Wi-Fi簡稱5G WiFi采用新的802.11ac標準，支持5GWiFi的網(wǎng)絡產(chǎn)品預計將會在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。新IEEE 802.11ac是一個世界性的標準，提供至少是當前IEEE 802.11n無線網(wǎng)絡三倍的傳輸速度，即使是最慢的IEEE 802.11ac也能達到和有線連接的外存儲設備上USB2.0一樣的速度。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，進行下載也不會慢如蝸牛，更重要的是，由于IEEE802.11 ac標準也會使無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和覆蓋范圍有效提高，現(xiàn)在房間中的“信號死點”也將能夠接收到無線信號。[!--empirenews.page--]
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。
COMPASS 北斗
2011年12月27日，國家正式宣布北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)試運行啟動，發(fā)布了空間信號接口
控制文件（ICD）標志著我國自主衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入嶄新的發(fā)展階段，民用和商用市場
正式開啟。進入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)星導航終端產(chǎn)品。
隨著北斗導航系統(tǒng)的應用，到2015年，北斗系統(tǒng)在中國國內(nèi)衛(wèi)星導航市場將占據(jù)約15%的份額，市場規(guī)模達500億元以上；在2020年將占據(jù)30%以上的份額。
太赫茲技術(shù)
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。
太赫茲的獨特性能給通信（寬帶通信）、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫(yī)學成像（無標記的基因檢查、細胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領域帶來了深遠的影響。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)有著良好的應用前景。太赫茲的應用仍然在不斷的開發(fā)研究當中，其廣袤的科學前景為世界所公認。
超材料
超材料具備控制電磁波行為的特點，已經(jīng)在無線通信領域取得突破。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)星天線等多項產(chǎn)品?；诔牧霞夹g(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，完成了實用億級超材料的設計工作，代表了目前國際超材料設計領域的最高水平。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。
LTE、LTE-advanced
LTE技術(shù)使用了近20年來學術(shù)界積累的先進信號處理技術(shù)，如OFDM、MIMO、自適應技術(shù)等。LTE-Advanced（LTE-A）是LTE的演進版本，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（CarrierAggregation）、上/下行多天線增強（Enhanced UL/DL MIMO）、多點協(xié)作傳輸（CoordinatedMulti-point Tx&Rx）、中繼（Relay）、異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)增強（Enhanced Inter-cellInterference Coordination for HeterogeneousNetwork）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服務的用戶2014～2015年將破1億，到2015年全球LTE手機銷量將超1.54億。
物聯(lián)網(wǎng)之M2M
近年來隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，人們普遍認為數(shù)量眾多的機器聯(lián)網(wǎng)將為通信產(chǎn)業(yè)帶來極大的發(fā)展機遇，并預測未來M2M市場將高速增長。M2M是機器對機器（machine-to-machine）通信的簡稱。目前M2M重點在于機器對機器的無線通信，存在以下三種方式：機器對機器、機器對移動電話（如用戶遠程監(jiān)視）、移動電話對機器（如用戶遠程控制）。
預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)量的通信是機器對機器（M2M）通信業(yè)務。事實上目前機器的數(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，如遠距離收集信息、設置參數(shù)和發(fā)送指令，因此M2M技術(shù)可有不同的應用方案，如安全監(jiān)測、自動售貨機、貨物跟蹤等。
在M2M中，GSM/GPRS/UMTS/LTE等是主要的遠距離連接技術(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)絡的位置服務技術(shù)。
預計到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到27%，業(yè)務收入將達到350億美元。
小型/微型家庭基站
在信息時代的今天，用戶對數(shù)據(jù)服務的需求呈幾何級增長。然而無線網(wǎng)絡建設日趨成熟，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，設備的采購、安裝、調(diào)試和維護都要耗費大量的人力、財力、物力和時間等問題。目前3G/LTE網(wǎng)絡建設中小型、微型基站設備的開發(fā)和應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設備 AP（AccessPoint），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 organizingnetwork，自組織網(wǎng)絡)、網(wǎng)絡管理等。LTE網(wǎng)絡的小型/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公布了一項小型基站市場地位報告，其中強調(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2000%（或20倍）——占全球基站總量的88%。該報告還強調(diào)了小型基站在2012年的關(guān)鍵進展，其中包括一些新部署（如世界上第一個LTE家庭基站服務的推出）、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、無線電力傳輸
隨著手機、移動智能終端設備（如平板電腦、筆記本電腦、GPS導航等）、電動汽車、醫(yī)療設備等對電量充滿“饑渴”的設備迅速興起，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、設計等三大瓶頸，長期綜合成本也在下降。
無線充電即將進入快速發(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可能是飛利浦，華為等廠商也正在進行設計研發(fā)。此外，目前長安、奇瑞、吉利等國產(chǎn)汽車品牌均已將Qi標準的無線充電設備鑲嵌進汽車，便于人們在行車途中給手機充電。
5G WiFi（802.11ac）
千兆Wi-Fi 夢想照進現(xiàn)實，第五代Wi-Fi簡稱5G WiFi采用新的802.11ac標準，支持5GWiFi的網(wǎng)絡產(chǎn)品預計將會在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。新IEEE 802.11ac是一個世界性的標準，提供至少是當前IEEE 802.11n無線網(wǎng)絡三倍的傳輸速度，即使是最慢的IEEE 802.11ac也能達到和有線連接的外存儲設備上USB2.0一樣的速度。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，進行下載也不會慢如蝸牛，更重要的是，由于IEEE802.11 ac標準也會使無線網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和覆蓋范圍有效提高，現(xiàn)在房間中的“信號死點”也將能夠接收到無線信號。[!--empirenews.page--]
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。
COMPASS 北斗
2011年12月27日，國家正式宣布北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)試運行啟動，發(fā)布了空間信號接口
控制文件（ICD）標志著我國自主衛(wèi)星導航產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入嶄新的發(fā)展階段，民用和商用市場
正式開啟。進入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)星導航終端產(chǎn)品。
隨著北斗導航系統(tǒng)的應用，到2015年，北斗系統(tǒng)在中國國內(nèi)衛(wèi)星導航市場將占據(jù)約15%的份額，市場規(guī)模達500億元以上；在2020年將占據(jù)30%以上的份額。
太赫茲技術(shù)
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。
太赫茲的獨特性能給通信（寬帶通信）、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫(yī)學成像（無標記的基因檢查、細胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領域帶來了深遠的影響。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)有著良好的應用前景。太赫茲的應用仍然在不斷的開發(fā)研究當中，其廣袤的科學前景為世界所公認。
超材料
超材料具備控制電磁波行為的特點，已經(jīng)在無線通信領域取得突破。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)星天線等多項產(chǎn)品?；诔牧霞夹g(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，完成了實用億級超材料的設計工作，代表了目前國際超材料設計領域的最高水平。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。
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