周婷|翻越“三座大山”，填补最后一块“拼图”
【周婷|翻越“三座大山”，填补最后一块“拼图”】■采访人员 秦志伟
海域通信被称为空天地海一体化战略的最后一块“拼图”，是垂直行业专网无线通信应用场景之一 。这些年来，越来越多的海上作业客户找到中国科学院上海高等研究院（以下简称上海高等院）研究员周婷，希望她及其团队能够帮忙打通海域专网覆盖广度与通信带宽难以兼得的技术瓶颈 。
之所以有越来越多的人找到周婷，是因为她和团队对专网通信领域所面临的“三座大山”很熟悉，并且一直在想办法攻克它们 。
功夫不负有心人 。周婷带领团队最终成功翻越“三座大山”，不仅解决了海上作业客户的“头疼病”，还将相关技术应用于其他垂直行业，实现特定领域专网通信技术的跨越式发展 。但这一翻越并不容易——他们走了10余年的艰苦之路 。
在上海市近日公布的2020年度科学技术奖名单中，周婷团队的研究成果成功入围技术发明奖一等奖 。
“三座大山”一直在
过去的半个多世纪，包括电缆和光缆等有线通信以及1G到6G的移动通信在内的现代通信技术层出不穷、迅速发展，广泛应用在人类社会的各行各业，成为社会信息化变革的重要支撑 。
然而，现代通信技术的应用主要局限于陆地场景，在海洋上的应用和拓展不足，导致海洋通信的发展与陆地通信相比明显滞后 。
中国工程院院士、中国电子科技集团有限公司首席科学家陆军等人将主要原因归于两点，一是21世纪前人类尚未开始对海洋的大规模开发利用，海洋上的人类活动有限，对通信网络的需求远不如陆地场景；二是在海洋上部署基础通信设施时设备选址受限、气象状况多变、海水运动频繁等复杂的环境因素给通信网络的部署和维护带来巨大挑战 。
近年来，我国海洋活动愈发频繁，海洋业务种类愈发多样，海上运输、海洋渔业、气象监测、油气开采及海洋勘探等业务都在向更高效、更安全、更便捷的目标发展，全覆盖、高质量的海洋通信网络需求增加 。
周婷向《中国科学报》介绍，目前陆地蜂窝网通信技术的速率、时延等网络性能基本上可以满足沿岸海事活动的需求，但单区覆盖最多十几公里；卫星通信覆盖广，但带宽有限且成本高 。
于是，周婷团队瞄准了广域宽带专网通信，这是目前蜂窝网与卫星通信所无法支持的范畴 。
然而，专网通信存在困扰业界的三大共性技术难题，也被称为“三座大山” 。周婷介绍，一是跨海域无线通信环境复杂，大气波导突发性干扰影响可靠性；二是专网通信频谱资源受限，难以同时满足海量信息可靠传输与时延保障需求；三是专网基础设施资源有限，突发事件导致高可靠保障需求与布网基础设施成本之间存在矛盾 。这“三座大山”因为海洋独特的自然条件而一直存在 。
“三座大山”摆在眼前，周婷团队没有退路，只能逐一攻克 。“每走一步，都需要理论与技术的突破创新 。”周婷说 。
“三对三”，成功翻越
应对由气象、地形因素造成的大气波导超远距无线信号干扰，是周婷团队必须要迈出的重要一步 。
“过去的电磁波双向抛物方程推导都是采用实数折射率，只表征了大气对电磁波的限获，且与实际存在一定误差 。”周婷介绍，实际上，大气波导对电磁波除了具有限获效应外，还存在水气等引起的吸收效应 。“频段越高吸收效应越强，模型的误差越大，所以原有模型只能支持到20GHz 。”
研究人员还发现，即使在低频段，随着抛物方程推演的距离逐渐增加，在误差积累一定程度后也不再准确 。
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