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特等奖 | 获奖人忆往昔:半夜组网测试被警察误抓

在2016年全国科技创新大会上的讲话中,习近平总书记高度肯定我国的移动通信技术发展成就,将其列入十三个重大工程技术成果,认为其为我国成为一个有世界影响的大国奠定了重要基础。

 

获奖项目:第四代移动通信系统(TD-LTE)关键技术与应用

奖项:2016年度国家科学技术进步奖特等奖

第一完成人:曹淑敏

第一完成单位:中国移动通信集团公司

获奖理由:本项目历经十年,数万科技人员艰苦奋斗,实现了我国移动通信“从边缘到主流、从低端到高端、从跟随到领先”的历史性突破,为建设网络强国、科技强国做出了重大贡献,是我国创新驱动发展的成功范例。

 

早上一觉醒来,打开微信看看朋友圈,顺便抢个红包;吃完早饭,打开某叫车软件叫一辆车去机场……靠一部手机,我们逐渐习惯了这种现代化的“互联网+”便捷生活。但是你可知道,没有4G技术,这样的便捷生活将无从谈起。由中国移动通信集团公司等14家单位申报的 “第四代移动通信系统(TD-LTE)关键技术与应用”项目,荣获2016年度国家科学技术进步奖特等奖。为了解获奖背后的故事,锐锐近日来到项目团队身边,一窥4G通信技术走过的艰辛之路。

 

首先要了解一下我国的移动通信发展历史。移动通信是一个国家的关键基础设施,是全球科技创新和国家竞争力的战略必争高地。三十年来,我国经历了“1G空白、2G跟随、3G突破”的发展过程。我国3G虽有所突破,但技术竞争力弱、产品低端,仅在国内应用。2005年全球进入4G标准竞争热潮,我国敏锐抓住“换挡超车”的历史机遇,克服技术、产业、组网、测试、组织机制五大挑战,乘瑕攻坚,突破重大核心技术,提出并主导TD-LTE国际标准,实现了全产业链的群体突破,并在全球广泛应用,实现了我国移动通信产业发展的历史转折。

 

本项目的重大意义主要体现在:

 

技术创新成果特别重大。我国的创新成果成为全球4G核心技术,牵头国际标准项目占比达46%,提交提案2万余篇,授权专利近3千件,专利占比达3G的3倍,扭转了我国移动通信核心技术和知识产权受制于人的被动局面,重塑了全球产业格局。

 

行业带动作用特别显著。我国移动通信全产业链竞争力大幅提升,跻身国际先进行列。截至2015年底,TD-LTE已在43个国家部署76张商用网络,我国企业占4G基站全球市场份额超过50%,中高端4G手机国内市场份额达78%,4G芯片全球出货量占比快速增长到16%。带动我国集成电路和关键元器件等产业创新突破,打破了对国外企业的依赖;我国研发的移动应用已超过苹果和谷歌之和,进入世界前列,形成主导移动互联网发展的局面。

 

经济社会效益特别突出。特别是2015年我国经济下行压力巨大,而TD-LTE带动互联网+蓬勃发展,是传统产业转型升级和信息经济增长的核心驱动力,成为经济增长的新引擎。

 

据项目第一完成人曹淑敏介绍,4G包括FDD和TDD两大技术路径。FDD是主流,欧洲长期主导;TDD处于补充地位,美国推出WiMAX,试图抢占TDD路径。我国TD-SCDMA有近十年积累,TDD具有灵活使用频谱,提高频谱效率等潜在优势。因此,我国决定“乘瑕攻坚”,选择TDD作为 4G战略主攻方向。

 

在技术创新方面,攻克TDD难题,提出高速率、全覆盖TD-LTE技术解决方案,包括TDD物理层通信机制和多流智能天线技术。提出8种灵活配比的帧结构,峰值速率比FDD提高了30%。通过多种覆盖场景的路损测算和大量仿真,设计了9种灵活GP结构,在实现优良覆盖的同时,系统容量比固定GP提高20%。利用TDD上下行信道互易性,提出上行信道估计和相应的下行多波束赋形算法,实现了多流MIMO和智能天线的高效结合,比FDD小区边缘速率提升70%,系统容量提升30%。综合评估多径频选和多普勒频移影响,设计出最优的时频域导频方案,最大化了智能多天线性能,并战胜十余种外国竞争方案。

 

在产业创新方面,突破了芯片、终端、仪表等薄弱环节,研制出了TD-LTE全产业链系列高端产品。芯片一直是我国的短板,同时4G基带算法复杂度提升数十倍。我们提出了可配置微硬件架构,采用软硬件联合仿真设计和快速验证方法,极大提升了开发效率。在MIMO接收、干扰消除、智能节电等算法方面实现了突破。采用全新工艺,研制出28nm五模十三频芯片。大带宽、多模多频对射频芯片的功放性能提出了前所未有的挑战。我们研制出CMOS超低噪声可变带宽功放,功放模块数量从10个压缩到2个,成本、体积和功耗均大幅下降。

 

在组网创新方面,攻克大规模组网难题,提出全场景系列化解决方案。大规模组网面临场景多、干扰复杂、频段高等诸多技术挑战。我们提出多天线规避干扰、中继和皮站、高增益窄波束等技术,解决了密集城区、室内、农村等覆盖问题。高铁覆盖方面,我们提出基站下行主动预纠偏技术,实现终端接收无频偏,大幅降低终端复杂度。

 

忆往昔峥嵘岁月,项目第二完成人、中国移动通信集团公司技术部总经理王晓云感慨地说:“曾经有一次,我们大半夜开车在某地市政府附近兜圈子组网测试信号,被当地公安部门抓了起来,怀疑我们在搞破坏活动。”

 

在测试创新方面,提出8天线信道模型及测试方法,研制出端到端测试方案及平台。8天线信道建模难度大、信道估计和校准缺乏测试方法,在TD-SCDMA阶段始终没有解决,国际上更是空白。我们提出8天线互易信道模型及测试方法,开发集成关键测试软件及仪表,国际首创智能多天线等关键技术测试系统。构建覆盖整个产业链的测试平台,开展技术试验和规模试验,加速了研发和产业化进程。

 

在机制创新方面,攻克协同难题,构建新型创新体系。为充分发挥高校、科研院所和企业的各自优势,形成合力,在863和重大专项支持下,设立了标准化推进平台、产业协作平台、国际化推广平台。全过程、全环节进行顶层设计、系统布局、协同推进,先后百余家单位参与,形成了大兵团作战的新型创新体系。


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