2013年通信行业十大前沿技术

    技术引领生活，只有不断的创新，科学才会进步。2013年很多创新技术迎来井喷，4G元年的到来，加快了我们走向高速科技的步伐。下面让我们追随前沿技术的脚步，回望2013年那些有望步入我们生活的科学技术。

　　1. 世界最快无线射频芯片 极速数据收发

　　韩国高级技术研究院的研究人员目前研发了最新的无线射频收发芯片，采用的是60GHz的波段，数据流量高达10gbps。这样的速度意味着用户下载一部4.7GB的电影所花的时间仅需3.76秒。

　　该研究小组称，芯片尺寸非常小（高4mm，宽6.6mm）。整个芯片取代了过去需要多个天线才能执接收或是传输数据任务，很大程度上有利于缩小整个芯片尺寸设计。



　　该项目的负责人朴哲顺(音译，ParkCheolSoon)表示，该芯片可应用于未来的智能手机和智能相机，同时由于耗费相对较低，也将可以取代未来的电缆或是光纤。

　　对于消费者而言，该芯片的研发意味着未来网络或将不再需要在家庭铺设光纤或是电缆，收发大规模数据只需几秒时间，这样的生活将更酷更便捷。

　　2. 物联网正变为现实：不需要"电"的无线通信技术！

　　华盛顿大学研究人员发明了不需要电池或电线的无线通信系统。新的无线通信技术被称为"ambient backscatter"，利用了周围环境中的电视和手机无线传输信号。两个设备之间可以彼此利用现有的信号交换信息。研究人员已经制造出多个不使用电池的小型设备，利用天线探测利用和反射电视信号。



　　测试显示，接收设备可以在室外最多2.5英尺室内1.5英尺距离以1KB的数据传输速率接收信号，这足以发送传感、文本和联系信息了。这项技术可以让设备和传感器不需要电源进行通信，物联网（Internet-of-things ）正逐渐变为现实。

　　3. 固体系统中首次实现量子态信息隐形传输

　　据物理学家组织网8月15日报道，苏黎世联邦理工学院（ETH）科学家首次在一个类似计算机芯片的电子电路中，将信息从其一角"隐形传输"到了另一角。研究人员指出，这是首次在一个固体系统中成功实现了量子态信息隐形传输，从发送方到接收方不用传输信息载体，这种电路是未来构建量子计算机的重要一环。相关论文发表在最近出版的《自然》杂志上。

　　实验设备类似于传统计算机芯片，并在发送方和接收方之间建立起量子纠缠。研究人员在设备一个角编制了一点量子信息作为发送方A，信息从这个角到它的对角B实现了"隐形传输"，空间距离约6毫米。"量子隐形传输可以和科幻电影《星际迷航》中的光束传输相媲美。"该研究负责人、苏黎世联邦理工学院物理系教授安德里亚·沃拉夫说，"信息不会从A点旅行到B点，而是在A点消失，在B点出现，此时我们在B点读取出来。"

　　一年前，奥地利科学家实现了在两个岛之间超过100公里距离的量子态信息隐形远传。与该实验相比，6毫米距离好像是太短了。研究人员解释称，以往实验是在一个光学系统中用可见光进行的量子隐形传输，而此次实验是在一个由超导电路构成的固体系统中实现的。



　　图   两个岛之间超过100公里距离的量子态信息隐形远传

　　这个超导电路系统还有一个优势，就是速度极快，每秒大约能远传1万个量子比特，远远超过以往的大多数隐形传输系统。"隐形传输是量子信息处理领域的一项重要未来技术，"沃拉夫说，量子比特可以存储更多信息，效率也更高，而这种电路是未来构建量子计算机的重要因素。

　　下一步，研究人员打算增加从发送方到接收方之间的距离，还将实验从一个芯片到另一个芯片之间的隐形传输。长期目标则是探索用电子电路实现远程量子通讯，并使之能与当前的光学系统相媲美。

　　点评：

　　无论是在光学系统中，还是在固体系统中，量子隐形传输的实现都让人振奋。虽说6毫米的距离比起100多公里确实短了不少，但刷新传输距离纪录只是时间问题，说不定固体系统中隐形传输的实现会促成量子网络的诞生。而通过量子网络建立起一套无法被破译的安全密钥系统，必将受到各国政府的热烈欢迎。近来被炒得沸沸扬扬的"棱镜门"事件或许不会再有，而在科幻电影中常会出现的"时空穿越"，却会变得司空见惯。

　　4. 极大提高手机性能的"蜡"冷技术

　　在密歇根大学的一间实验室里，研究人员正在测试一块涂满蜡的i7处理器。

　　蜡质涂层被均匀覆盖在硅晶片上方。当研究人员在芯片上全力运行任务时，芯片温度很快达到54摄氏度，此时蜡质的涂层开始大量吸热融化，在一段时间内温度被控制在这个区域。

　　i7是现在我们在PC中常用的高性能处理器之一，但研究人员表示他们希望这项技术的应用方向会是手机和平板设备。

　　当下我们在移动处理器上遭遇的问题是：芯片在极小的空间集成了上亿个二极管。如果一部中高端机型在同一时间内调用片上所有的二极管，设备会很快过热。而研究人员表示，随着芯片集成度上升，这个问题只会加剧。



　　这也部分解释了（另一个原因是能耗考虑）为什么当下的智能机芯片采用分块调用处理单元的策略，不用的单元会处在闲置状态（业内俗称“暗硅”）。比如iPad和iPhone上使用的A5芯片，尽管CPU是一个通用处理单元，但芯片的大部分仍被设计为专用处理。

　　宾夕法尼亚大学的Milo Martin教授表示这一模式存在缺陷：“并不是所有任务都适合纳入专用的范畴，计算科学的伟大之处也在于设计了一台通用设备能够处理多种多样的任务。”

　　密歇根大学的研究团队相信让处理器“冲刺”的策略（间歇性调用所有处理单元）会大大提升手机/平板的处理性能。

　　自2010年起，他们就开始试验这种让处理器“冲刺”策略。采用类似的冷却系统，他们可以轻松地把i7处理器控制在10瓦的最大额定功率，而且间歇性的最大功率可以达到50瓦。50瓦的功率基本上可以在几秒之内就让处理器烧到很高的温度，但它调用了绝大部分的二极管并且将主频提到一个很高的高度。

　　他们的目标是在短时间内维持在100瓦，这样处理器能提供的计算能力就比较惊人了，但温度也会比较惊人——于是“蜡”冷技术开始发挥作用。

　　研究人员认为，这样冲刺性地调用计算单元实际上更适用于手机上的情景，比如迅速打开新窗口或者快速渲染一张高清图片。

　　不过，Intel的工程师Steve Gunther表示这一方式还需要与能耗之间取得平衡，如果性能大大提升牺牲的是电池，那么应用前景也不大。

　　5. 布里斯托尔物理学家或将量子密码术植入手机

　　众所周知，不管我们如何坚信自己的密码安全，手机通常还是很容易受到恶意攻击。然而，如果我们采用基于物理定律而非数学公式的加密方式，情况又会如何呢？答案就在于量子密码术或量子密钥分配，该技术通过采用光子修改对数据进行编码和传输。发送端和接收端都需要有这种光子源，设备必须完全匹配，该加密方式更容易受到噪音影响。



　　然而，来自英国布里斯托尔大学的Jeremy O'Brien和他的物理学家团队有望开发出一个移动解决方案。在他们提议的解决方案中，传输端需要具备合适的光子发送设备，而接收端只需要一个简单设备（如手机）来改变这些光子然后返回信息。该技术被称为"参考帧独立量子密钥分配（rfiQKD）"，可以不用依赖设备的完全匹配，并且能承受高分贝的噪音。在最近提交给arXiv.org的论文中，O'Brien与联名作者声称，这些研究结果大大拓宽了QKD在实验室之外的应用潜力，并为通过量子技术提高公共手持移动设备的安全铺平了道路。"尽管我们并不能确定该方法是否可以解决我们所有的安全隐患，但它至少是个良好的开端。"

　　6. 光能屏幕：让手机一直有电的新技术

　　9月6日消息，当手机没电之后，还可以暂时发送短信；当手机电池报废之后，手机还可以暂时保存位置：这些技术其实已经出现。那么，我们什么时候能买到手机，它能永远有电了呢？听起来，只有科幻小说中才有这样的手机。然而，这种理念已经出现在一项革命技术中，它叫Wysips，该技术能将人造光和太阳能转化为电能，从而保持移动设备一直有电。

　　将光线采集晶体放在手机、平板、智能手表屏幕之下或者之上，就可以将光线转为电能了。目前采用新技术的原型产品正在开发，光照10分钟，它可以让手机续航延长4分钟。



　　法国SunPartner集团正在努力提高转化率，它已经与其它企业签署协议，将技术用在未来的手机中。SunPartner专家称，太阳新能源技术和Wysips是光伏技术的代表。光伏技术能将太阳辐射转化为电能。SunPartner的办法就是将超薄的光电层放在微镜头网络之下，制造成透明薄片。Wysips晶体组件透明度达90%，人眼根本看不见。薄片不会影响手机的对比度、可阅读性、可视角度或者亮度。屏幕会将光线转化为电能，然后存储到手机的充电线圈，恰如手机插入电网或者连接到USB接口一样。早期版本的组件在阳光之下电能输出密度达2.5 mW/cm2，用光源照射10分钟就可以增加通信时间2-4分钟。如果薄片的透明度为60-70%，输出密度可以提高到10mW/cm2，相当于曝晒10分钟增加通信时间16分钟。

　　上个月，SunPartner与国内TCL合作，计划开发原型智能手机，第一款原型机可能会在2014年准备就绪。

　　7. 可见光通讯：无需WiFi 点盏LED灯就能上网

　　点盏灯就能上网，无需WiFi信号，这样的技术是不是让你有了置身科幻片的感觉？

　　据报道，昨天复旦大学计算机科学技术学院研发出了一种利用屋内可见光传输网络信号的前沿通讯技术。研究人员将网络信号接入一盏1W的LED灯珠，灯光下的4台电脑即可上网，最高速率可达3.25G，平均上网速率达到150M，堪称世界最快的"灯光上网"。下个月，10台样机将亮相2013年上海工博会。



　　报道称，德国物理学家哈拉尔德·哈斯由灯泡本身"点亮"了奇思妙想：依赖一盏小小的灯，将看不见的网络信号，变成"看得见"的网络信号。哈斯和他在英国爱丁堡大学的团队最新发明了一种专利技术，利用闪烁的灯光来传输数字信息，这个过程被称为可见光通讯(VLC)，人们常把它亲切地称为"Lifi"，以示它能给目前以WiFi为代表的无线网络传输技术可能带来革命性的改变。

　　这种让人难以想象的网络技术到底离我们有多远？答案是：很近，它正从复旦大学实验室中一步步向我们走来。复旦大学计算机科学技术学院教授薛向阳告诉记者，目前的无线电信号传输设备存在很多局限性，它们稀有、昂贵、但效率不高，比如手机，全球数百万个基站帮助其增强信号，但大部分能量却消耗在冷却上，效率只有5%。相比之下，全世界使用的灯泡却取之不尽，尤其在国内LED光源正在大规模取代传统白炽灯。只要在任何不起眼的LED灯泡中增加一个微芯片，便可让灯泡变成无线网络发射器。

　　报道显示，去年开始，上海市科委已在全市高校和科研院所布局这一国际前沿的无线通讯技术，由复旦大学承担的可见光通讯关键技术研究与应用取得重要进展：科研人员不仅在实验室环境中利用可见光传输网络信号，并且实现能够"一拖四"，即点亮一盏小灯，4台电脑即可同时上网、互传网络信号。课题研究人员迟楠教授指出，光和无线电波一样，都属于电磁波的一种，传播网络信号的基本原理是一致的。研究中，给普通的LED灯泡装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，亮了表示1，灭了代表0。由于频率太快，人眼根本觉察不到，光敏传感器却可以接收到这些变化。就这样，二进制的数据就被快速编码成灯光信号并进行了有效的传输。灯光下的电脑，通过一套特制的接收装置，读懂灯光里的"莫尔斯密码"。

　　据悉，"有灯光的地方，就有网络信号。关掉灯，网络全无。"与现有WiFi相比，未来的可见光通讯安全又经济。WiFi依赖看不见的无线电波传输，设备功率越来越大，局部电磁辐射势必增强；无线信号穿墙而过，网络信息不安全。这些安全隐患，在可见光通讯中"一扫而光"。而且，光谱比无线电频谱大10000倍，意味着更大的带宽和更高的速度，网络设置又几乎不需要任何新的基础设施。

　　当然，作为一种尚在实验室的全新网络技术和产品，其未来潜力也不应被过分高估。"因为，从灯光通讯控制到芯片设计制造等一系列关键技术产品，都是研究人员'动手做'，要真正像WiFi那样走进千家万户，需要通过一系列的产业化发展，还有很长的路要走。"迟楠认为，Lifi技术本身也有其局限性，例如若灯光被阻挡，网络信号将被切断等等。因此，它并不是WiFi的竞争对手，而是一种相互补充，有助于释放频谱空间。其未来，能否产生杀手锏式的应用，还依赖人们无限的想象力：汽车间依靠LED车灯来"对话"，飞机客舱里乘客利用头顶的LED阅读灯来上网……

　　8. 未来手机不断电 Wi-Fi可转电能

　　在目前科技背景下，如果说Wi-Fi信号可以给手机充电，您相信吗？杜克大学正在研究一个可以将微波信号转化为电能的装置，如果成功，未来或许可以通过Wi-Fi给手机充电。这一消息也引起网友的热烈讨论，大家讨论的重点是Wi-Fi如此低的功率是否可为手机充电。威锋网友wglghi称，太天真了，你以为能把信号吸过去吗？Wi-Fi信号不是定向传输的好么，只能吸收传播到设备处的信号，你见过使用太阳能会让旁边变暗吗？就像往水里扔石头一样，水纹是呈现出多环状逐渐扩散的，电波也是如此，离得越近信号越好罢了。而网友猫猫哥则持不同意见，他认为万物都是电，声音可以发电，摩擦也可以生电，电能就是宇宙，宇宙就是电能，在手机里内置信号接收器完全可以达到。网友目前也分成两个阵营，有支持有反对，其实从理论上讲，Wi-Fi实现充电是有可能的，但能量守恒的问题也不得不考虑。



　　先别忙着盗用隔壁家的 Wi-Fi 上网，其实 Wi-Fi 信号还有更大的用处。杜克大学工程系的研究人员利用一些廉价的材料，发明出一个可将微波信号转化为可用电能的装置。未来或许你可以盗用隔壁家的 Wi-Fi 信号给你家供电。

　　只要是发射无线传输信号的来源都可以转换为电能，比如无线路由、手机信号塔，甚至是飘过的卫星，都可以作为利用对象。这种装置的工作原理其实也跟太阳能板一样，只不过利用的转换来源不同罢了。

　　他们利用几块玻璃纤维和一些铜丝作为导体，制作成一个电路板，将微波信号转换为 7.3V 的电能。他们希望继续研究转换成更大电压的电能。虽然这还只是他们的研究项目，但可以想象，未来可以将这种装置做得更小，然后内置于手机中，从而利用随处可获取的 Wi-Fi 信号和手机信号来给充电。

　　9. 奇！无线微波为手机充电



　　无线充电新技术点亮灯泡演示

　　不少消费者总对手机的电池续航能力不断提出更多要求。美国杜克大学的研究人员正在开发一种新技术，可以高效地将无线微波信号转化为电能，从而方便地为手机充电。

　　杜克大学日前发布的新闻公报说，从原理上讲，这种技术类似于太阳能电池板，不过它转化的不是光能，而是卫星通信信号、无线网络信号等微波信号，其成功的关键在于制造出能"捕捉"、转化多种形式波能的"超材料"。

　　在试验中，研究人员在一块电路板上插入5块纤维玻璃板，然后用铜导线将其连接，制成可"捕捉"微波信号的简易"超材料"电路。据研究者介绍，这一电路制造成本低，但其能量转化效率为36.8％，可与太阳能电池板的转化效率相媲美。该装置的输出电压为7.3伏。相比之下，日常生活中小型电子设备的USB充电器的输出电压只有5伏左右。

　　研究人员表示，当相关技术成熟时，这种"超材料"电路有可能做得很小，以便集成到手机内部，从而利用各种微波信号为手机充电。

　　10. 电池也能3D打印 功能强大体积小

　　据美国科技博客Gizmodo报道，虽然3D打印可以用于手枪甚至飞机引擎，但是打印电池在不久之前还是非常头疼的问题。现在出现的新墨水和工具使得3D打印锂电池变得更加可能。



　　技术评论网（Technology Review）刚刚看过哈佛大学材料科学家詹尼佛·路易斯的成果，报道说虽然技术还处在早期阶段，但是看起来3D打印的电池不久就能和我们见面了。詹尼佛使用一系列"有功能的墨水"，硬化成电池和简单的元件，包括电极、导线和天线等等。这种墨水基本上就是目的材料纳米粒子的胶质悬浊液--如果打印电池就用锂，打印导线就用银。

　　高压挤压机在室温下把墨水精确地挤到预定的位置。墨水在打印过程中就凝固了，很快就可以形成元件，所以只要几分钟就能制造出简单的电池。

　　这为什么很有用呢？技术评论网的解释说：她打印的锂离子电池只有1平方毫米大小，但性能和商用电池不相上下，因为路易斯可以处理微结构，精度可以达到100纳米，并且结构和更大的电池一样。

　　换句话说，这种电池不但能够取代传统电池，体积还会减小很多。考虑到现在移动设备里电池占的比重，这是很不错的。