面向未来网络，抢占技术制高点

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原载于《中国青年》杂志2024年第11期
面向未来网络，抢占技术制高点——记紫金山实验室6G关键技术攻关团队文—本刊记者 朱玉芳
重大科技创新平台紫金山实验室坐落于南京市江宁区“未来网络小镇”，在这片城市创新的热土上，这里创造了多项“全球第一”。
2018年，紫金山实验室普适通信研究中心组建6G（第六代移动通信系统）关键技术攻关团队。这是一支由首席科学家领衔、以青年科研工作者为主体的科研团队。167名团队成员中，35周岁以下青年占比72%。6年来，团队牵头国家6G总体技术研究项目，扎实开展自主研发，攻克系列核心技术，在6G网络架构、关键技术和关键器件研发等方面收获多项重要创新成果，成为网络信息前沿关键技术的突破者。
6G作为下一代移动通信技术，是未来大国竞争的一个战略制高点。当前，世界主要经济体正加快推动6G研发，面对激烈的竞争和技术“无人区”的挑战，紫金山实验室6G关键技术攻关团队青年科研人员积极发挥主力军和突击队作用，勇担使命，勇攀高峰，争分夺秒开展技术攻关。近日，该团队获评第28届“中国青年五四奖章集体”。
为发展新质生产力打造重要战略支撑
2023年6月，国际电联发布《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，明确提出6G六大场景，分别为沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接，相比5G有了明显的增强和扩展，突出表现为三大核心新能力：量级提升、要素融合以及全域覆盖。
在诸多挑战中，如何在绿色双碳和不显著增加成本的基础上，实现6G通信能力的量级提升，是6G关键技术攻关团队首要面对的问题。
随着移动通信系统的发展，基站的部署密度将越来越大，而传统蜂窝组网架构已经无法满足这一需求。团队首创了无蜂窝通信技术、基于数据知识图谱的6G实时智能技术。前者创新性地借助无蜂窝通信技术，实现了频谱效率相对5G的10倍以上的提升，并极大地提升了通信距离、通信速率、通信效率，在低空经济发展中有着广阔应用前景；后者创新提出基于关键特征小样本数据的无线接入实时智能，实现6G自优化和服务化，显著提升速率、时延等无线接入能力。基于这两项关键技术，通过系统创新和智能融合，团队建立了全世界首个端到端6G综合试验平台。
2022年初，紫金山实验室完成世界上首个6G光子太赫兹实时无线传输通信实验，并于2023年底实现了1Tbps的实时传输速率，再次刷新太赫兹无线通信领域世界最高实时传输纪录，传输能力相较5G整整提升了100倍。
团队青年代表、无蜂窝通信技术课题组骨干成员曹阳表示：“基于技术研究和实验验证，已经证明了6G可以实现比5G更高水平的无线传输，我们目前正在做的事情是让这项技术走出实验室，解决现实的问题。”目前，南京正在大力推动低空经济高质量发展，团队在南京的无人机巡检、无人机物流等低空经济应用场景已经开展了试点示范部署。
随着6G关键核心技术的不断攻克，6G的未来也愈发清晰可见。
6G关键技术攻关团队骨干成员刘泽宁是一名“90后”，主要从事6G分级内生智能技术研发工作，所谓内生智能，指的是将人工智能嵌入到无线网内部，支撑无线通信系统实时性传输。刘泽宁告诉《中国青年》记者，无线网络正向智能化演进，通信技术与人工智能的结合是未来的发展大势。目前5G集中式智能的实时性无法满足边缘接入敏捷服务要求，亟须发展嵌入无线接入网内部、与无蜂窝MIMO等先进接入框架深度融合的内生智能，实现毫秒级的无线资源优化配置。
“一方面，6G相比5G在通信能力上将有1到2个数量级的提升，将提供更高的数据传输速率、更低的延迟、更可靠的连接；另一方面，6G扩展了传统移动通信的边界，将通信与AI、通信与感知、地面网络和空中网络融合起来，从原来的只提供连接服务跨越发展为提供综合信息服务，包括提供数据服务、提供AI服务等。”刘泽宁说，“6G是国家信息基础设施的核心组成部分，是发展新质生产力的重要战略支撑，将极大促进工业制造等传统行业的数字化、智能化转型，作为底层基础设施支撑推动低空经济、卫星互联网等未来产业的发展，为如ChatGPT等各类智能服务的快速推广提供基础连接能力。”
走在移动通信技术的前沿
2020年从中国科学院博士毕业后，刘泽宁加入紫金山实验室普适通信研究中心。工作以来，他越发感受到，面对未解难题，科研工作充满了不确定性。在承担国家重大专项任务时，面对明确的时间节点以及关键性能指标要求，刘泽宁所在团队经历了许多不为人知的“惊心动魄”的时刻。
2023年初，团队承担一项国家重点研发计划，项目一开始，刘泽宁所在团队负责运行系统数据采集，出人意料的是，这套经过多次使用确定稳定可靠的系统，却出现了不稳定的问题。“时间紧迫，数据采集是第一步的基础工作，没想到在这里就出现了问题，心理压力一下就上来了。”经过两周紧锣密鼓地逐一排查，最终发现是由于室内实验环境空间比较局促，导致设备受到干扰，无法稳定采集可靠数据。于是，团队成员每天将一两百斤重的服务器搬到园区广场或地下车库等开阔空间进行测试调试，最终顺利完成数据采集工作。
曹阳的工作则要经常走出实验室，到真实的应用场景去，进行系统部署和测试。2023年夏天，团队承担一项国家重大专项任务，明确要求当年10月前完成关键性能指标的验证，并在外场完成部署。在7月到9月，南京最热的时节，曹阳和团队成员早上八点就从实验室出发到两小时车程外的测试点，一直工作到晚上九十点钟才返回实验室。在40摄氏度高温的室外，架设天线、铺设通信用的线缆、调试设备。考虑到一些设备不能在高温下运行，成员们把遮阳伞、电风扇都用在了设备的降温上。“那段时间大家都很辛苦，但是都没有什么怨言，有时候还会互相开玩笑，比比肤色，看谁晒得更黑。”
艰苦奋战一个月，完成了外场的系统搭建，在系统测试时新的问题又出现了。外场测试的性能和在实验室通过理论推算的结果出现了较大的偏差，当天，团队成员在外场反复核实、比对数据，还是没有找到问题的原因，回到实验室的时候已经是晚上十点多了。此时，课题负责人王东明还在实验室等待他们，一起对问题进行了复盘，罗列了多种可能的因素。第二天，项目总指挥黄永明特地召开了一次专题会议，对问题进行研讨。随后，团队成员夜以继日地在实验室做测试，分析数据，经过一个多星期的反复迭代测试，最后找到了问题的所在。
“虽然这个过程比较艰辛，但是很有价值，通过那段时间的问题分析，我们对外场的实验环境有了准确的认识和建模，对我们后续在实验室里面更准确地进行理论分析和理论建模奠定了基础。这个实验结果最终也证明了我们提出的无蜂窝的大规模技术，在空域协同覆盖方面是具有技术优势的，也为后面的6G空地一体网络覆盖低空经济等产业化的应用提供了非常好的支撑。”曹阳说。
2021年来到紫金山实验室前，曹阳曾在外企工作，由于技术保密，那时根本接触不到核心的技术研发工作，甚至有一次去国外开技术研讨会还因为中国人的身份被拦在了场外。而在紫金山实验室，他不仅能参与最前沿的研发工作，还有前辈的引领和指导，他说：“虽然只待了3年的时间，但是技术水平的成长是突飞猛进的。”
紫金山实验室普适通信研究中心党总支书记俞力介绍，为培养青年科研人才队伍和提高创新活力，中心匹配核心科研任务需求，搭建人才梯队，有效发挥各类人才的专业能力和科研管理能力；建立能上能下、能进能出的选人用人机制，为科研攻关提供保障蓄能；大胆任用青年人才，给予其“挑大梁”的机会，加速培养和成长；并支持优秀科研人才挑战长周期、高风险、颠覆性研究工作；建立健全以科研贡献、创新能力为导向的科研人才评价激励体系，引导全体员工聚焦核心任务，推进有目标、有组织的科研。
我国的移动通信经历了3G的追赶、4G的并跑，以及5G的领先，经过30年的长期努力，实现了跨越式的发展，目前已经形成了引领全球5G技术标准以及产业化发展的整体态势。当前，各国政府及大型科技企业和研发机构对6G的研发已进入白热化阶段。我国在向6G进一步延伸、拓展的源头创新性基础理论与关键技术研究、核心元器件、高端测试仪表与基础软件等方面，还相对薄弱。
这是一个漫长且充满未知挑战的路途，在紫金山6G综合实验室里，集中了包括首席科学家尤肖虎院士等在内的通信技术三代研发人才，一代代青年人才接续努力，始终走在移动通信技术的前沿。
2023年7月，习近平总书记走进紫金山实验室，勉励青年科研工作者“要把握机遇、再立新功，一心一意做好这件事”。回忆起那天的情形，曹阳觉得备受鼓舞：“时不我待，只争朝夕。我们亟须探索新理论、新架构、新技术，寻求新突破，并解决关键器件底层支撑的‘卡脖子’问题，为加快实现高水平科技自立自强作出更大贡献。”

监制：陈章乐终审：陈敏审校：刘晓 刘博文编辑： 苗佳欣（实习）