微波射频网深度访谈：超导现象是20世纪物理学上的一项重大发现。超导技术作为现代科技的前沿领域以及热门领域，有着广阔的发展空间及应用前景。随着科学理论的不断完善和技术的不断更新，人们对于超导的研究从未止步，包括美国、欧洲各国、日本、韩国和中国在内的技术大国都竞相开展超导技术的研究和应用，竞争十分激烈。超导技术在无线通信领域的应用近年来更是受到了广泛的关注。
日前，国内资深通信专家、原广东联通总工程师、广州特信网络技术有限公司董事长廖晓滨教授接受了微波射频网（MWRF.NET）的专访，详细解读了超导技术、无线通信面临的挑战，并重点介绍了超导技术为无线通信所带来的技术优势。
廖晓滨是我国第一代、第二代、第三代移动通信引进和推广的主要负责人，具有46年通信行业工作经验。两次打破国际垄断，研制出达到国际先进水平的软件系统和超导射频前端系统产品，是超导电子系统的总设计师，并牵头打造中国超导电子系统设备产业链。
解读超导技术
· 什么是超导？
超导（Superconductor）是超导电性的简称，是指金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。早在1911年，超导现象就为世人所知，荷兰科学家昂内斯（Onnes）将汞冷却到-268.98℃时，意外地发现汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述与汞相类似的低温下失去电阻的特性。这一发现引起了世界范围内的震动，也吸引了科学家们对于超导的探索研究。
廖晓滨介绍道，“根据临界温度的不同，超导材料被分为低温超导材料和高温超导材料。
低温超导材料是指在液氦温度条件下工作的超导材料。目前发生最低温度的超导材料是汞，可以冷却到4K时（约-269℃，热力学温度T和摄氏温度t的换算关系是：T=273.15+t），它的导体电阻几乎等于0。
高温超导材料是指在液氮温度条件下工作的超导材料。液氮的温区为-196.15℃（相当于77K）左右，因此，这里所说的‘高温’，其实仍然是远低于冰点0℃的。现在我们用的是高温超导材料，基本是铜氧基，中国科学院还做出了铁基材料。”
· 超导电子国内外研究现状
“超导技术是具有很高的技术水平和工艺门槛的国际尖端技术。超导电子系统技术更是跨越包括电磁场与微波技术、通信与信息系统工程、超导材料及微波固态电路、无线网络规划及优化等在内的十大领域和学科。”廖晓滨介绍道，“目前该产业的技术、器件和工艺等都受到欧盟（德国、法国和荷兰）、北美（美国）和亚洲（以色列、日本）等具有部分技术发达国家的垄断封锁和禁运，目前只有美国具有商品化的系统产品，个别发达国家具有部分关键部件产品。虽然中国在超导技术方面的尝试已有20多年，但目前只有特信公司的超导射频前端接收系统（超导链路系统，BL）、超导远程无线局域网系统（BA）、超导雷达探测系统（BD）可以做到完全自主知识产权、完全中国国产化制备，并开始进入到商品化、产业化和工业化阶段。”
· 超导的特性及应用领域
廖晓滨指出，“超导技术的用途非常广泛，主要可分三大类应用领域：第一、大电流的领域，比如超导电力传输。超导体的基本特性之一是电特性等于零，即在超导临界转变温度之下，电阻基本等于0。其载流能力远远强于常规导体，输电时不产生能量损耗，能够提供大量能量。第二、磁领域，比如磁悬浮。超导体的另一个基本特性是磁特性等于零，即完全抗磁性。也就是说超导体在处于超导状态时，可以完全排除磁力线的进入。第三、微电子领域，比如特信所重点研究的超导电子系统设备。”
· 超导电子面临3大市场需求
“超导的应用，必须以市场需求为动力，只有非常深刻地熟悉市场的应用才能取得成功。”廖晓滨强调。在超导的研究史上，已有五位科学家夺得诺贝尔奖。但在廖晓滨看来，超导技术在电子领域比较成功的应用是无线通信网络，网络应用需要丰富的网络优化和规划经验，以及实际的工业化和商品化经验。
廖晓滨指出，目前超导电子面临三大市场需求：第一、是无线公众网，即三大运营商--中国电信、中国移动、中国联通；第二、是无线专网，如铁路、石油、渔政、海事、武警、公安、气象、水利等；第三、是应用于国防的无线通信网络。
无线通信面临的挑战
从中国的第一套FDMA移动通信系统的引进，到第一套TDMA无线通信系统的引进和消化，到第一套CDMA移动通信系统的引进和试验，再到TD-SCDMA移动通信系统的试验和推广，乃至当前TD-LTE的推广和商业应用，廖晓滨在前线全程经历和见证着中国通信业的发展，并用自己对中国通信业的深刻认识培养了一批通信行业的精英。
无线通信作为一种利用电磁波进行信息传递的先进通信方式，近年来得到了迅猛发展和广泛应用。然而，廖晓滨指出，“在常温下，无线通信技术的研发已走到极限，很难再进步，加上实际应用环境的变化和无线传播条件的限制，许多问题用传统技术难以得到解决。”
· 抗干扰问题
现在的无线通信系统时常面临各种干扰的影响，有效的抗干扰技术可以确保数据传输的安全、有序和通畅。以接收机为例，需要解决它的抗干扰问题和系统噪声问题。以前所有无线的接收机接收时都需要抗干扰，但是它前端的滤波器都是损耗很大，会影响整个链路的噪声性能，所以就把滤波器放在后端。以致于原来的接收机是把整个的干扰，包括带外的干扰（杂散和阻塞），带外干扰之间和与工作频率之间产生的有源和无源互调干扰全吸到“肚子里”，然后用放大器放大，在常温下工作的放大器由于布朗运动会产生热噪声，这样由带外干扰、互调干扰和热噪声合起来的底噪声，严重影响系统性能。只有从根本上降低系统底噪声，提高对有用信号的灵敏度，才能彻底提高系统性能。
· 弱覆盖问题
根据多年中国通信行业的工作经验，廖晓滨指出，一个网络从正式发放牌照和开展建网起5年内，不可能达到90%以上的覆盖。即使该网络运作了5年以后，仍会有5%～8%用现在的技术和设备无法解决的问题。比如它会面临变化的建筑场景障碍、存在网内外干扰、无法建站、没有市电、环保和行政管制等诸多问题。网络初建以后，也会存在日益严重的网内外干扰--同频干扰以及来自其他网的干扰。比如，CDMA和WCDMA系统是自干扰系统，同时，它具有呼吸效应，用户数量越多，干扰信号越强，基站覆盖半径就越小，而且会产生软切换的导频污染。这些都是现行网络存在的难以解决的问题，也是国际难题。
· 建运维成本问题
廖晓滨称，基站的建设费用方面，除基站设备和电源设备的费用以外，更大一部分来自于基础设施的费用，如机房、铁塔、光缆、空调等，约为设备费用的6倍。平均每个基站的建设费用约40万元的以上，建设100米铁塔的高山基站约140万元以上。在运行费用方面，一个基站的电费和房租将花费9万元一年，某上海一年电费和房租更高达30万元。在维护费用方面，每年的花费高达10万元以上。5年内，一个基站的建运维成本在90万元以上。
· 环保问题
廖晓滨谈到，以前中国常用的通信频段在800～900MHz，而进入LTE时代后，频段升高至2G～2.6GHz。使用的频率越高，电磁波衰减得越快，覆盖半径越小。这意味着要建更加密集的基站，才能覆盖原来的地方，才能达到当时的通信水平和覆盖程度，这是由传播特性决定的。然而，基站越多，造成的电磁污染越大，信号越不好，手机发射功率就越大，就越不利于人体健康，此外耕地的占用和到处都是天线的市容直接影响环保中的节能减排。
超导技术：无线通信难题逐个击破
超导电子系统设备产业是世界新兴的、国际先进水平的产业。经过四年多的奋斗，特信公司已经全面突破超导关键技术，成功研制出完全中国国产化、自主知识产权的系列超导电子系统设备，彻底打破国际垄断和封锁，成为是世界第一家研制完全自主知识产权、完全中国国产化制备的超导电子系列产品的公司。近日，特信发布的世界首台大冷量、最小尺寸的TD-LTE超导链路系统室内机（BL-TD-LTE），更是大幅改进LTE基站性能，大大提高通信质量，降低建运维成本，提高实战通信能力。
“超导技术不仅可以解决现存的2G、3G网络所解决不了的抗干扰和弱覆盖等问题，还能解决4G网络建设建运维成本高和环保等棘手问题。”廖晓滨介绍说。接下来，他从多个方面对超导技术的优势做了阐释。
在技术方面，超导技术与传统技术相比，具备优异的选择性和噪声性能。在100MHz-10GHz频率范围内，超导技术的选择性和噪声性能比其他所有技术都好。首先，从单个指标来看，传统技术比超导差很远。其次，传统技术不能够同时兼顾到选择性和噪声性能。严格的讲，现在的传统技术，系统设备的噪声性能已经做到了极限。若想把噪声系数再减少0.1dB都很困难。但是，利用超导技术，可以把噪声系数改善3dB左右，若超导设备放在铁塔上甚至有望改善6dB，这就是革命性的变化。超导技术可以最高提高通信距离100%，其抗干扰能力比传统技术强几千倍，乃至上万倍。能够解决3G现存5%～8%覆盖不好的问题，用不建新站解决基站拆除问题，密集区域深覆盖的信号渗透问题，以及农村广覆盖不足的问题。
在建设速度方面，加装1个超导射频前端接收系统（BL）设备平均＜3小时，是建设10万平方米室内覆盖系统平均时间的1/250，是建设1个新基站平均时间的1/700。
在经济效益方面，以民用为例，在原基站上加装1个BL可能取代1～4个新基站的建设或解决10万平方米以上的室内覆盖，对建运维资金的节约是巨大的。
在工程建设方面，BL安装和维护容易，在很大程度上可以替代光纤拉远应用，实现宏基站，大大降低工程难度和节约工程费用。
在环保方面，BL是低碳、环保、高效能的产品，可以营造绿色网络环境，取代高碳低效能产品。
自主知识产权 具备大规模商业化基础
特信公司拥有高层次专家的领军团队，和一支多领域专业化的科研和工程队伍，具有极强的创新能力和丰富的工作经验。公司自成立以来，已申请了13项专利，除已授权专利外，还已成功地完成了20多项发明，平均每3个月产生1个可以应用的专利创新。对于一个新型的产品，特信基本在5～6个月，就可以研制出完全可以到现场应用的样机产品。
廖晓滨表示，特信公司在超导射频前端接收系统（BL）设计初期就已经充分考虑了生产的一致性，联手国内合作伙伴，特信公司可以解决从材料到器件、部件、系统设备，再到整个网络优化和规划，以及售前、售中、售后的工程服务问题。特信公司可以提供可靠、高质量的产品和良好服务，用户可放心使用。
特信公司的市场是一个大家都希望得到解决，却又啃不动的骨头市场，是只占基站数1%～5%的高端产品的市场，是可以和谐地和现有产品形成互补的市场。
最后一次强调，无线通信的难题不是靠多加铁塔、机房和多用设备及频率资源堆积来解决的，从根本上必须依靠高科技创新。
更多关于特信超导射频前端接收系统（BL）的信息请参阅微波射频网报道：
特信发布超导LTE射频前端系统 大幅改进基站性能
https://www.mwrf.net/news/products/2014/14707.html
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