三、网络与通信技术
当前，实体经济与互联网的深度融合，对网络的实时性、大容量、安全性和可扩展性提出更高要求，网络和通信技术正迎来深层次的变革。2019年，全球运营商陆续正式推出5G服务，5G迎来商业化元年；光量子中继器和新型量子通信芯片的研制，昭示着量子通信技术的不断突破；光通信和空间通信技术持续进步，为深化全球互联提供了新的路径。
（一）无线网络组网与通信
无线通信技术经过多年发展，早已成为社会生产和生活必不可少的一部分，其应用不仅促使世界加速向移动化和数字化转变，5G、WiFi 6等新一代无线通信标准的推出将带领全球迈向“万物互联”的时代。
1.爱立信与德国电信在5G试验中将数据回传速率提升至40吉比特/秒
2019年1月，瑞典电信设备制造商爱立信和德国最大通信运营商德国电信在雅典合作进行5G试验，成功将毫米波段的5G数据回传速率提升至40吉比特/秒。爱立信与德国电信在半径 1.4 千米的范围内进行数据传输试验，可使 5G 网络在40吉比特/秒的数据传输速度下稳定运行，且数据往返延迟时间不到100毫秒。爱立信表示，此项试验的成功是5G网络速率迈向100吉比特/秒的“重要里程碑”。2.韩国电子通信研究院研发出一套可用于5G网络的高速数据传输系统
2019年1月，韩国电子通信研究院（Electronics and Telecommunications Research Institute，ETRI）研发出一套名为“时间控制触觉光学接入”的数据传输系统，该系统可用于5G网络下的高速数据传输。该系统由光学收发器和互联网访问控制芯片组成，其中光学收发器可将电信号转换为光信号并通过光纤进行传输，互联网访问控制芯片可对信号传输通道进行组合优化，使其最高传输速度达到 25 吉比特/秒。研究人员表示，该技术有望推进教育、医疗、娱乐和公共安全等领域触觉互联网的发展，推动虚拟现实和增强现实技术的普及。
3.韩国蔚山国立科学技术研究院开发出新技术，大幅降低网络延迟
2019年1月，韩国蔚山国立科学技术研究院（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）开发出新技术，该技术可减少网络环境拥塞问题，大幅降低网络延迟。网络中未处理的数据积累过多会造成数据传输的延迟，增加数据请求的反馈时间。研究人员提出一种“移动蜂窝网络的超低延迟拥塞协议”，该协议可通过调整数据传输量降低网络延迟。
4.华为发布全球首款5G基站核心芯片
2019年1月，华为在5G发布会暨2019世界移动大会预沟通会上发布了全球首款5G基站核心芯片——天罡。华为表示，天罡在集成度、算力、频谱带宽等方面取得了突破性进展，将助推全球5G大规模快速部署。此外，华为还于2019年2月发布了首款搭载麒麟980芯片和华为巴龙5000基带芯片的折叠5G手机。
5.高通发布新一代5G基带芯片骁龙X55
2019年2月，高通发布新一代5G基带芯片骁龙X55。骁龙X55是一款采用7纳米制程的单芯片，不仅可实现对2G到5G的全覆盖，还支持5G新空口毫米波和6吉赫兹以下的频谱频段。在5G模式下，该芯片可实现最高达7吉比特/秒的下载速度和最高达3吉比特/秒的上传速度。
6.日本与德国合作研发“后5G”通信技术
2019年4月，日本早稻田大学（Waseda University）、日本电气股份有限公司（Nippon Electronic Company Corporation，NEC）、德国斯图加特大学（Universität Stuttgart）和德国电信合作，共同启动“后5G”通信技术研究。作为5G的下一代通信技术，后5G技术的通信速度将达到目前4G通信速度的1000倍以上，数据传输速率大大提升。当前，5G技术快速发展，相对于中、美等国家，日本已落后。日本希望快速推进面向后 5G 时代的技术研究，力争通过“后 5G”通信技术实现反超，重获通信技术的领先地位。
7.华为与中国电信完成全球首个5G网络的电力切片测试
2019年4月，华为与中国电信在南京成功完成全球首个基于第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）标准的真实电网环境下的电力切片测试。5G 网络切片是一种按需组网的方式，可以让运营商在统一的基础设施上切出多个虚拟的端到端网络，从而适配各种类型的业务应用。5G 网络电力切片即为电力行业应用建立的一种5G组网方式。研究人员表示，此次测试中的电力切片，充分利用了5G网络的毫秒级低时延能力，增强了电网与电力用户间的双向互动，可将停电造成的经济、社会影响降至最低，是运营商、设备商及企业在探索5G工业场景应用上的一项成功试验。该测试标志着5G在垂直行业的应用进入新阶段，将会推动5G在电力行业的商用化。
8.软银与谷歌合作研发用作5G空中基站的无人飞行器
2019年4月，软银与谷歌合作研发无人飞行器，拟将其作为5G通信基站，部署至距地面20千米的平流层。无人飞行器全长80米左右，可通过太阳光照获得动力，并可在平流层的固定位置作为空中基站停留数月。软银表示，单座空中基站的成本约几亿日元，可为地面直径200千米范围的区域提供通信服务，只要几十座这样的基站就可以覆盖日本全境。双方希望在2020年上半年将无人飞行器推向商用。相比在地面设置基站，空中基站能够以低成本覆盖广泛地区，有望建成覆盖广泛区域的通信基础设施。
9.法国电信运营商Orange与中兴通讯完成欧洲首个基于独立组网的5G通话
2019年4月，法国电信运营商Orange和中兴通讯在西班牙瓦伦西亚市实现了欧洲首个基于独立组网架构的5G通话。独立组网架构允许运营商独立于目前的4G基础设施构建5G移动网络，并非仅将5G网络作为现有4G网络容量的升级版本。此次测试使用了中兴通讯的端到端商用产品，且测试中部署的架构完全符合 3GPP标准。此次5G独立组网模式在欧洲的成功试验，将为Orange和中兴通讯后续开展5G服务奠定坚实基础。
10.韩国三星电子成立新一代通信研究中心，着手进行6G核心技术和标准研发
2019年6月，韩国三星电子成立新一代通信研究中心，新一代通信研究中心由先导解决组和标准研究组构成，除了对5G相关技术进行研发以配合5G商用化服务的扩张，还将着手进行6G核心技术和标准研发。韩国通信界相关人士表示，通信产业的标准由谁来制定极为重要，抢先研发出新一代技术的企业可以确保在 6G市场中占据有利位置。
11.SK电讯将联手诺基亚和爱立信开发6G技术
2019年6月，韩国最大的移动运营商SK电讯表示，SK电讯将与诺基亚和爱立信合作开发 6G 技术。SK 电讯已经与诺基亚和爱立信签署了研发合作谅解备忘录，拟共同研发超可靠、低延迟无线网络和多输入多输出天线等技术。目前业界对于6G的定义尚不明确，也没有相关技术标准，SK电讯希望通过此项合作在竞争激烈的通信行业中占据领先地位。
12.德国卡尔斯鲁厄理工学院提出超高速无线传输解决方案
2019年7月，德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institut für Technologie）的研究人员提出一种超高速无线传输解决方案，该方案可将太赫兹频域数据信号转换为光信号，实现高速海量传输。研究人员使用超快速电光调制器将太赫兹频域数据信号直接转换为光信号，并将接收器天线直接与玻璃光纤耦合，载波频率高达0.29太赫兹，数据传输速率达到50吉比特/秒。该方案或将大大降低未来无线电基站的技术复杂度，实现更先进的低时延、高速传输系统。
13.美国麻省理工学院开发出无须电源的水下传感通信器件
2019年8月，美国麻省理工学院的研究人员开发出无须电源的水下传感通信器件，该器件可用于建立水下物联网体系。该器件使用压电谐振器将外源声波能量转换为电力用于供能，在获取传感数据后，发射声波回传二进制信号，可用于海水温度和海洋生物监测，无须电源的特征使它易于组网，并降低了污染海洋的可能性。
14.WiFi联盟宣布正式启用WiFi 6标准
2019年9月，WiFi联盟宣布启动WiFi 6认证计划，正式启用WiFi 6技术标准。与上一代标准相比，WiFi 6传输速度提升40%，且设备容量更大。经过WiFi 6标准认证的设备将支持正交频分多址技术、WPA3 WiFi安全技术和多用户多输入多输出技术，可允许WiFi 6路由器在一个通道内发送和接收多个信号，同时为多个客户端提供服务。WiFi 6标准的正式发布，将为2020年后高性能WiFi产品的推出铺平道路。
（二）量子通信
量子通信是量子信息技术的一个重要分支，遵循量子规律进行信息传递，是迄今唯一被严格证明的无条件安全的通信手段，其应用可大幅度提升信息安全水平。此外，量子通信超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输和信息高效率等性能与特点，也使其成为美国、欧盟和日本等国家和地区竞相研发的重点。
1.欧盟委员会将与欧洲航天局共建泛欧量子通信基础设施
2019年4月，欧盟委员会与欧洲航天局（European Space Agency，ESA）达成一项协议，将携手建造高度安全的泛欧量子通信基础设施。泛欧量子通信基础设施主要包括地面组件和天基组件。欧盟委员会下属的通信网络、内容和技术总司将负责开发地面组件，欧洲航天局将负责研发天基组件。其中，地面组件由一系列量子通信网络组成，这些网络会将机构用户及其关键基础设施与欧洲敏感的通信和数据站点连接起来；天基组件包含可遍及整个欧洲的卫星量子通信系统。欧盟希望通过量子通信基础设施建设，整合欧盟各国科研资源，推动量子信息科学进步，促进相关创新技术和系统研发。
2.美国空军研究实验室成功演示白昼自由空间量子通信
2019年5月，美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory，AFRL）宣布，“星火”光学试验场在典型的天—地卫星链路条件下成功演示了白昼量子通信。美国空军研究实验室的研究人员将量子通信技术与以自适应光学技术为支撑的新颖滤波技术相结合，为本次演示开发了紧凑的自适应光学系统，使量子通信能在白昼通过大气完成。研究人员表示，他们后续将演示一系列多种量子通信协议，推进以自适应光学技术为支撑的其他量子通信技术发展。
3.中国科学技术大学在国际上首次实现全光量子中继器的原理性验证
2019年7月，中国科学技术大学的研究人员在国际上首次实现全光量子中继器的原理性验证，为构建远距离光纤量子网络开辟了新途径。研究人员通过改进原始的全光量子中继方案，有效提升了量子信道中纠缠态的分发成功概率。之后，研究团队搭建了全光量子中继器，并对其性能进行测试，验证了该中继器的优势。研究结果表明，全光量子中继器可以有效提升量子态的传输速率，从而拓展量子通信的传输距离。相关研究成果发表于《自然·光子学》期刊。
4.日本横滨国立大学在金刚石内部完成量子信息传递
2019年7月，日本横滨国立大学（Yokohama National University）的研究人员成功在金刚石内部完成量子信息传递。研究人员首先在金刚石表面固定一根直径约为人类头发1/4的金属丝，并对其施加微波和无线电波，从而在金刚石周围形成振荡磁场，随后用氮纳米磁铁固定一个电子，进而利用微波和无线电波迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起。研究人员通过使电子吸收包含量子信息的光子，将光子的偏振态转移到与电子纠缠的碳原子中，证明了信息在量子层面的隐形传输。研究人员希望利用该技术研制出用于远程量子通信的、可扩展的量子中继器。
5.新加坡南洋理工大学开发出新型量子通信芯片
2019年11月，新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University）的研究人员开发出新型毫米级量子通信芯片，其体积仅为现有装置的1/1000。该量子通信芯片凭借量子通信算法的强安全性，可实现更高安全级的端到端加密。此外，该量子通信芯片采用普通硅基材料，成本较低且易于制造，可安装于智能手机、平板电脑和智能手表等紧凑型设备内，提升移动设备通信安全性。
（三）光通信与空间通信技术
随着通信场景的增多，以及人们对数据传输速率、信号覆盖率和时间延迟等技术参数的差异化需求，光通信和空间通信技术逐步发展起来。光通信和空间通信技术具有传输速率高、通信容量大、抗电磁干扰性能强和保密性高等优点，且其通信终端体积小、功耗低、实用性极高，引发各国研究热潮。
1.日本研发出用于波分多路复用光纤网络的光通信芯片
2019年3月，日本新能源产业技术综合开发机构（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）、光电子融合基础技术研究所（Photonics Electronics Technology Research Association，PETRA）和冲电气工业株式会社（Oki Electric Industry，OKI）合作研发出一种光通信芯片，该芯片可在微型光电模块上实现高速数据传输。研究团队基于硅光子技术研发出的用于波分多路复用光纤网络的光通信芯片，可接收4种不同波长的光信号，并在5平方毫米的板载光模块上实现400吉比特/秒的高速传输，将进一步推动5G商用化进程。
2.亚马逊拟斥资数十亿美元建造卫星网络
2019年6月，亚马逊首席执行官贝索斯表示，亚马逊拟斥资数十亿美元建造由数千个卫星组成的网络，以提供宽带互联网服务。亚马逊将在近地轨道部署3236颗卫星，以在全球范围内实现宽带互联网连接。贝索斯称，该项目将满足农村和偏远地区民众的宽带接入需求。
3.NASA宣布使用红外激光实现更快的空间通信
2019年7月，NASA宣布使用红外激光实现更快的空间通信。为解决太空中数据传输缓慢的问题，NASA 拟在猎户座飞船上安装激光通信装置，将超高清视频发回地球。激光通信具备更短的波长和更高的频率，每秒可以传输更多数据，其速度将是S波段无线电的10倍。技术人员正在测试防抖系统，以减少航天器抖动对信号传输的干扰。激光通信将极大提升空间通信效率，帮助NASA拓展更多科学研究领域。
4.美国分析空间公司宣布研发世界首个高吞吐量激光小卫星数据网络
2019年7月，美国分析空间公司（Analytical Space）宣布研发世界首个高吞吐量激光小卫星数据网络，以改善低轨小卫星连通能力。该公司将研发一系列配备光通信链路的近地轨道立方体卫星。这些卫星通过激光链路传输数据，可将数据传输能力提高3倍，并可将数据传输成本降低1/2。
5.欧洲航天局测试新的空间加密传输方式，以减弱太空辐射对信号的干扰
2019年7月，欧洲航天局测试基于硬加密备份密钥的加密传输方式，以减弱太空辐射对信号传输的干扰。太空辐射会干扰信号的传输，影响卫星通信，但现有的抗干扰设备价格昂贵且结构复杂。研究人员在结构简单、通用性强且价格低廉的树莓派编程板上开展研究，希望找到新型加密传输方式，满足国际空间站的安全需求。研究人员开发的新型传输系统采用多个运行核心阵列，具有多个硬编码备份密钥，可在传输失效的情况下迅速切换备用方案，通过提高冗余度确保持续、稳定的连接。
6.俄罗斯计划在国际空间站与地面基站之间开展第二次空间高速激光通信链路试验
2019年8月，俄罗斯联邦航天局（Russian Federal Space Agency）计划在国际空间站与地面基站之间开展第二次空间高速激光通信链路试验。此项试验旨在利用激光通信使国际空间站与地面基站的数据传输速率提高至 10吉比特/秒，并在国际空间站与卫星之间建立速率为1.2吉比特/秒的激光信道。此项试验将于2021年完成，届时国际空间站可通过俄罗斯的设备完成全天时通信。
7.日本发射小型卫星光通信实验装置，开展远距离空间光通信在轨验证
2019年9月，日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）和索尼计算机科学实验室（Sony’s Computer Science Laboratories，SCSL）发射小型卫星光通信实验装置，以开展远距离空间光通信在轨验证。该装置通过“鹳”8号货运补给飞船发送至国际宇宙空间站，并利用日本“希望”号实验舱的舱外实验工作台开展在轨验证工作。研究人员表示，远距离空间光通信技术可作为国际宇宙空间站、月球、火星同地球之间的通信手段，将对未来实现星间和地面大容量实时数据通信提供关键支持。