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杨震代表:关于大力发展空间互联网、抢占6G技术和标准制高点的建议

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众所周知,半个多世纪以来,以集成电路、计算机、光纤通信、移动通信、卫星通信、互联网、智能手机(终端)和卫星导航等的发明和应用为代表,信息通信科技的发展深刻影响了整个人类社会。以快速发展的5G、物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链、智能制造为代表的新一轮信息化浪潮,将重塑信息产业生态链,推动信息化与工业、农业、服务业等领域全面融合,拉开新产业革命的序幕!其中的5G技术不但是新的移动通信基础设施,也是使能技术。例如,5G支撑的三种业务中的大规模机器通信(mMTC业务)和高可靠低时延业务(uRLLC业务),将使得工业互联网和物联网得到广泛普及,无人车辆、飞行器等快速发展,同时也将支撑远程医疗、工业自动化、遥感、远程监控等各种应用。

信息通信技术(ICT)支撑的社会基础设施,在人类社会进入信息时代后就成为最重要的社会基础设施,其一旦瘫痪或者停摆(如因为计算机病毒或者自然灾害摧毁了设施),对整个社会将是灾难性的。例如,大家将无法通过微信或者支付宝购买任何东西,交通运输也无法正常运行,更不用说军事上将无法保卫国家。因此人称4G改变生活、5G改变社会。美国为什么在5G时代以国家力量全力打压HUAWEI,也正是因为一旦美国乃至西方社会的信息基础设施,均来自战略竞争对手,是无法想象的。可以说某种程度上国运将受制于人。

一、我国通信和电子信息技术的优势和不足

一系列数据说明,我国在通信科技、产业和服务等方面已经走到世界第一方阵:如5G网络基站建设截止2020年底已经超过70万座,北京、深圳等重要城市实现了覆盖,在世界上遥遥领先;HUAWEI和中兴,分别是通信网络设备制造的世界第一和第四大企业,HUAWEI还是智能手机主要制造商;5G技术必要专利方面,HUAWEI和中兴占据世界总量的34%,使得中国一枝独秀。我国在5G技术研究、标准制定、整机设备(核心网、接入网和基站、手机、测试仪表等)、网络建设与运营的规模与覆盖等指标方面,都充分说明我国在ICT领域已经具备引领的能力。

5G虽然是移动通信技术,但无论是通信网络设备还是终端设备,其基础仍然是电子信息技术。目前需要清醒地看到我国电子信息领域的产业短板仍然不少,例如大家在通用集成电路和核心芯片(如CPU、GPU)、高端App(如操作系统、EDA设计)、芯片的制造设备(如光刻机等)领域还存在不小的差距,这也是美国之所以敢冒天下之大不韪对我国实施技术制裁的根本原因:我国在电子信息领域的核心和关键技术方面,仍存在卡脖子的短板!

任何电子信息系统必不可少的集成电路芯片,需要经历设计、制造、封装和测试三个环节,而我国在设计和制造环节上存在明显短板。设计方面的短板主要是在设计工具EDAApp上,目前三个主流设计工具App都来自于美国三大企业:Synopsys、Cadence和Mentor(名义上是德国西门子企业的子企业,但总部在美国),中国芯片设计领域最强的华大九天企业董事长说“华大九天已有的产品线占集成电路所需工具的三分之一左右,还有三分之二的东西大家没有”。芯片制造方面的短板已经众所周知,例如国际最新水平7nm或者5nm芯片制造需要的光刻机,我国迄今还没有。国内最强的中芯国际,今年才能量产14nm芯片,距离世界最高水平的差距在10年左右;国际芯片制造领先的是我国台湾的台积电和韩国的SAMSUNG,但其许多关键技术核心也受制于美国,HUAWEI大量芯片是请台积电和SAMSUNG代工,美国目前已经开始通过遏制这条途径来打击HUAWEI。同样高端芯片生产需要的高端光刻胶材料我国也需要进口。

总之,在通信技术领域,无论是标准还是技术,我国已经走到世界前列,然而制造通信和电子信息系统所需要的技术和设备,尤其是设计和制造高端芯片的技术、设备和材料,大家容易受制于人,与国际先进水平存在明显差距。同样,计算机领域的高端App如操作系统、办公App、数据库等,大家也与国际先进水平存在明显差距。

二、通信技术快速发展动态

根据通信技术方面的发展规律:应用一代,预研一代,科技界已经开始研究下一代6G移动通信技术,按照10年一代测算,预计2030年左右可以商用。国际电信联盟(ITU)在2018年7月设立了“网络2030焦点组”着手开始6G技术研究,2020年2月发布了6G研究计划2019年3月,美国联邦通信委员会决定开放95千兆赫到3太赫兹频段,供6G实验使用;美国贝尔实验室2020年发布了6G报告;2021年1月1日,欧盟的6G旗舰研究项目Hexa-X正式启动,诺基亚是该项目的主导者;我国科技部、工信部等5部委也于2019年11月建立了6G工作推进工作组和总体专家组。一切迹象表明,6G将是下一个信息通信技术和产业的制高点!也是下一代信息基础设施的焦点!

6G将提供目前5G无法提供的全球覆盖(5G依托地面基站,仅仅覆盖地球表面不足20%的陆地面积和不到5%的海洋面积),更高的速率支撑高清3D视频、虚拟现实、甚至全息通信等业务,比5G提升10倍以上到厘米级定位精度和小于1毫秒且确定性的端到端传输延时支撑无人机等快速响应业务,网络节点达到千万级的密集接入能力服务海量物联网终端6G时代由于应用环境和系统的极其复杂性,人工智能AI技术将在网络和业务感知与资源分配、传输技术中的信道估计与编码和波束成形、基于大数据的网络安全等方面发挥重要作用。美国贝尔实验室认为,6G时代,将是物理世界、数字世界(信息世界)和生物世界(主要是人类)的完全互联和融合。中国移动研究院提出了虚拟和现实“孪生世界”的6G目标。

可以预见,所有这些一旦实现,2030年左右的世界,将发生根本的变化。因此,可以这样预言:4G改变生活、5G改变社会、6G改变世界!

三、大力发展空间互联网、抢占6G核心技术和标准制高点建议

未来6G时代的空天地一体化信息网络是以地面网络为基础、以空间网络为延伸,覆盖太空、空中、陆地、海洋等自然空间,为天基、空基、陆基、海基和水下等各类用户活动提供信息保障的基础设施。空天地一体化信息网络的应用,将涵盖地面和空间感知、信息传输、处理及应用,是人类充分认识和利用世界特别是空间世界的支撑手段,也是孕育重大科学发现、技术发明、工程创新、乃至战略性新兴产业的载体,已经成为信息和智能科学、地球物理科学和数理科学等学科交叉发展的最重要的前沿方向。其意义十分重大!

6G时代信息通信基础设施的网络结构方面,可以将整个空天地一体化信息网络在物理上划分为空(卫星)、天(各种高空平台,如飞艇、气球和无人机等,可以用于应急通信)、地(地面移动通信网等)三个部分

其中空间卫星网络又包括同步静止轨道卫星(GEO)、高中轨卫星(HEO/MEO)和大量的低轨卫星(LEO)网。我国的北斗卫星定位系统也将在其中发挥重要作用。与GEO卫星系统相比,LEO卫星系统具有传播延迟小、带宽大、卫星和地面终端设备简单等特点,适合应用于个人移动卫星通信,商业应用前景更加广阔。因此,国内外已有多家企业提出了低轨卫星互联网星座计划,且都加快了部署速度。

目前,面临6G研发的热潮,在空天地一体化网络构架方面,特别是卫星互联网方面,美国一改5G时代落后的面貌,凭借强大的卫星设计、制造和发射能力,已经抢得不少先机。

LEO低轨卫星互联网方面,最著名的就是埃隆·马斯克打造的总计划发射12000颗LEO卫星的“星链计划”,截止到2021年2月已经发射1145颗。我国也有多个卫星互联网计划,2018年航天科工集团启动“虹云工程”,计划发射156颗卫星;另外,航天科技集团的“鸿雁计划”将发射超过300颗低轨卫星。中国2024年之前计划发射650颗卫星,仅在卫星数量方面,我国与美国差距明显,美国在低轨轨道和频率资源方面抢了先机。

虽然卫星互联网并不等于就是6G,但是6G的空天地一体化网络,肯定离不开卫星互联网这个重要的组成部分。换言之,6G时代卫星互联网将需要与地面移动通信网络充分融合,成为一张统一的“网络。由于卫星相当于“天空中的基站”,虽然我国和美国的地面基站是完全无关相互不干扰的,但是卫星基站却会存在频率资源和轨道资源的相互干扰了,因此,抢占先机十分重要!最重要的是如果美国成千上万颗LEO卫星都作为“传感器高悬在太空中,时刻监视观察世界各地一举一动,也将令人十分不安。

为此建议:

1、加快我国卫星互联网发展规划,十四五期间实现LEO全球覆盖的卫星互联组网,抢占频率和轨道资源。可以优先建立对全球电磁波频谱观察的LEO网络。

2、十四五期间建成空天地一体化试验网,为6G新技术和业务的开发与验证,提供平台。

3、积极推动6G标准化工作。通信本身的特点就是需要各种设备互联互通,所以标准工作极其重要,失去标准的话语权也就等于失去了技术和市场。中华民族的伟大复兴,需要我国继续引领或主导未来新一代通信基础设施的国际标准。

4、希翼国家主管部门(科技部、工信部、发改委等)从战略角度出发,早日规划面向6G的空间在轨卫星发展计划,加大低轨卫星发射的扶持力度,为外部资本投资卫星通信提供更加便利的条件,也为商业航天企业落地提供更好的发展环境。

5、空天地一体化网络,是非常复杂的系统,涉及的科学技术面很广,我国还有许多短板,一些基础研究还很薄弱,例如除开前述的电子信息技术的短板,未来感知世界的高精度传感器也是大家的短板等等。建议国家借鉴我国两弹一星经验,组建国家联合攻关,对空天地一体化网络和业务进行全面梳理,进行研究分析,提炼出核心关键技术和需要的产品,通过大力进行系统性的基础研究、应用基础研究和应用研究,三个层面的协同,攻克技术、材料和工艺、设计和制造、集成等领域难关,为大家在6G时代的信息通信基础设施引领世界发展,奠定基础。


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