從藍牙到5G，瑞典始終走在無線通信前沿

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早在藍牙標志開始發出藍光……并最終普及到世界各地人們的口袋之前，瑞典隆德大學的一位教授就堅持著一個看似不可能的想法：用無線連接取代手機和耳機之間的線纜。

而且這并非普通的連接方式。它的有效距離可達十米，幾乎不耗電，占用空間極小，制造成本不超過五美元。

“人們聽到這個消息時都嘲笑我，說這根本不可能，”藍牙的共同發明人、瑞典隆德大學前兼職教授斯文·馬蒂森說道。

擺脫線纜束縛的競賽

上世紀90年代中期，人們第一次能夠將手機帶出家門。擺脫了之前將他們束縛在墻上插座的纏繞線纜，成為了一種自由的象征。然而，還有一根線纜仍然束縛著移動用戶——耳機線。

英特爾、諾基亞和摩托羅拉——來自世界各地的科技巨頭——競相引領下一場革命：讓不同的設備之間實現無線通信。但當時還沒有人真正實現過。

解決方案來自瑞典南部的一座小城，幾十年來，這座城市在應用電子和電信領域積累了獨特的專業知識。它的獨特性如此之高，以至于電信公司愛立信選擇將其移動電話研發基地設在距離大學實驗室僅幾米遠的地方。因此，當無線電研究員斯文·馬蒂森 (Sven Mattisson) 于 1995 年從隆德大學跳槽到愛立信公司，著手解決當時一項重大的技術挑戰時，從理論到實踐的轉變可謂迅速。

隆德的獨特之處在于，大學與產業之間的鴻溝極小。斯文表示，這意味著想法不會僅僅停留在概念層面，而是會轉化為實際可用的技術。

斯文·馬蒂森認為芯片技術是無線通信的解決方案。雖然類似Wi-Fi的無線網絡早已存在，但這項技術過于昂貴、體積龐大且功耗過高，無法集成到手機中。于是，他與同事兼共同發明人雅普·哈爾森一起，開發了一種更為簡單的方案：一種小型芯片，利用無線電波實現手機和耳機之間的連接。該芯片能夠同時發射和接收信號，并能快速切換頻率以避免其他設備的干擾。真正的挑戰在于如何在充斥著從Wi-Fi到微波爐等各種信號的頻譜中，過濾掉其他設備的正確信號。

“當我們收到第一批原型機時，發現濾波器無法正常工作，我感到非常沮喪。那段時間我徹夜難眠，”斯文·馬蒂森說道。

每一次原型機的失敗都會使項目進度延后數月——而時間對于爭奪未來無線通信技術先機的競賽至關重要。

歷史上最重要的信息之一

經過近三年的原型開發和無數個不眠之夜，斯文·馬蒂森（Sven Mattisson）期盼已久的時刻終于到來。1997年，他們研制出了可用的原型機。在世界歷史上，他們首次實現了通過無線電波發送信息——無需電纜或移動網絡。

我當時徹底慌了——我到底該寫些什么？

字母 Q、W、E、R、T 和 Y 依次出現。動畫演示。

“最后，我只是按下了鍵盤頂部的前六個鍵……”斯文·馬蒂森笑著說。

信息的內容或許并不驚天動地，但它成功送達的事實卻永遠地改變了全世界的溝通方式。

“我從未想過它會發展到今天這樣的規模。與此同時，我們設計的這項技術可以實現無限量生產。”

現在，真正的挑戰還在斯文面前。他解釋說，概念開發和工作原型制作只占整個工作的百分之十，剩下的就是將這項技術推向市場。而事實證明，這說起來容易做起來難。

藍牙名稱的由來

1997 年末，多倫多。世界各大科技巨頭齊聚一堂，展示他們針對當今時代最關鍵問題之一——無線通信的未來——的解決方案。瑞典人斯文·馬蒂森和他的業內同行吉姆·卡達赫此行的目的是說服提案委員會，愛立信的無線鏈路才是大家夢寐以求的解決方案。因為如果他們的技術想要真正發揮作用，就必須成為所有新型手機的標配。然而，他們失敗了。委員會對此并不買賬，反而宣布另一家公司的方案勝出。

失望之余，斯文和吉姆前往最近的酒吧，討論究竟出了什么問題。但幾杯啤酒下肚后，話題卻轉向了他們最喜歡的話題——維京人。斯文·馬蒂森談起了他讀過的一本關于維京人的書，弗朗斯·G·本特松的《長船》。書中描述了哈拉爾·藍牙國王如何試圖在被稱為“維京集會”的會議上團結維京人的各個派系。這些是政治會議，會上會做出各種決定，最后大家一起慶祝。

沒有什么比酒足飯飽、杯中還剩啤酒時，聆聽精彩的故事更愜意的了。這不僅能讓用餐間隙的時光輕松度過，還能減少餐桌上的爭吵。

——弗蘭斯·G·本特松，《長船》

“吉姆覺得這完美地詮釋了我們如何讓公司合作開發新技術。我們開會，解決沖突——然后一起狂歡！”斯文笑著說。

在酒吧小酌之后，吉姆·卡達赫建議他們以維京國王的名字將新技術命名為“藍牙”。斯文和吉姆繼續不懈努力，爭取讓外界了解這項技術。

一年后，愛立信成功地讓諾基亞、英特爾、東芝和IBM這幾家科技公司達成共識——將這項技術打造成為全球通用標準。現在，是時候正式發布了。斯文·馬蒂森回憶說，幾位顧問當時正全力以赴地為這項技術想名字。

其中一個建議是“調情”（Flirt），口號是“靠近，但不觸碰”。

但這些名字一個接一個地被否決——要么已被占用，要么被否決。最終，剩下的只有當初幾杯啤酒下肚后想出來的那個暫定名稱。于是他們就用了這個名字。剩下的，正如人們常說的，就成了歷史。

從藍牙到下一代移動網絡

斯文·馬蒂森開發藍牙時，面臨的挑戰是如何讓眾多用戶共享同一頻譜，同時避免信號混成一片嘈雜的噪聲。藍牙問世后，這一挑戰并未消失，反而愈演愈烈。

2010 年代初，隨著 4G 的出現，互聯網真正走進了我們的口袋。結果如何？移動數據使用量呈爆炸式增長。我們不再滿足于僅僅互相發送信息；我們想要與朋友（以及陌生人）在線分享照片和視頻。預測顯示，移動流量將增長十倍、二十倍甚至三十倍——但有一點始終未變。

“移動電話用于發送和接收信號的頻譜——即頻率頻譜——并沒有增加，”隆德大學無線電系統教授弗雷德里克·圖夫韋松說道。

移動網絡已接近崩潰邊緣，弗雷德里克是眾多尋求解決方案的研究人員之一。最激進的想法之一來自美國貝爾實驗室：如果移動網絡基站——也就是在手機和網絡之間接收和發送無線電信號的固定發射器——擁有無限多的天線協同工作，而不是只有幾個，會怎么樣？但這個想法最終未能實現。

“沒人認為這真的可行。它看起來太復雜，也太耗費資源了。但我們不這么認為。”

兩項世界紀錄

弗雷德里克·圖夫森和他的同事決定在他們的實驗室里測試這個想法——一個灰色的房間，熒光燈照明，白板上涂滿了涂鴉，地板上散落著纏繞的電纜。就在這間位于隆德北部、毫不起眼的實驗室里，一項重大的技術突破即將發生。

他們在房間的一側搭建了一個擁有大約一百根天線的基站。在另一側，他們模擬了一個過載的移動網絡。

“所有用戶都彼此相距不到一米，并且在同一時刻使用完全相同的頻率進行傳輸，”他解釋道。

在只有幾根天線的標準 4G 網絡中，這會導致信號混成一片噪聲。但有了上百根天線，情況就不同了。基站不再向四面八方發射信號，而是能夠更精確地將信號定向到每部手機。這就像用許多小手電筒代替了聚光燈。突然間，人們能夠檢測到每個信號傳輸方式的細微差別，從而區分不同的用戶。

“我們是世界上第一個證明 5G 在實際應用中真正有效的公司，”弗雷德里克·圖夫森說道。

僅僅兩年后，2016年，隆德大學就創造了一項新紀錄。這一次，他們打破了在同一頻段上共享用戶數量并保持彼此獨立的紀錄——22個用戶，如果你好奇的話。

隆德大學的實驗為當今的移動網絡奠定了基礎。這項名為大規模MIMO（多輸入多輸出）的新技術，使得無線電波的利用效率更高，可靠性更強，能耗更低。

“從那時起，許多科技公司都感謝我們勇于引領潮流，使他們能夠效仿，并將這項技術推向世界，”弗雷德里克說道。

正是由于5G技術，如今的移動網絡才能在人口密集的市中心、醫院、公共交通和工業場所等眾多需要同時連接大量人員、機器和系統的場所穩定運行，而網絡中斷可能會造成嚴重后果。

邁向更高頻率

我們使用海量數據——以至于長期以來支撐移動網絡的無線電頻率再次飽和。為了應對如此龐大的流量，網絡被迫遷移到更高的頻率。而這帶來了新的挑戰：頻率越高，信號定向就越困難。

大規模 MIMO 技術（可以比作許多小型手電筒）已不再適用。如今密集的移動網絡需要激光般的精度：即使用戶彼此距離很近且同時通信，每個信號也必須精確到達正確的接收者。

長期以來，將這種精度（稱為數字波束成形）直接集成到手機中被認為是不現實的。但在 2024 年，從隆德大學無線電系統和天線技術研究衍生出來的公司 BeammWave 證明了這是可能的。BeammWave 利用手機中的一塊小型芯片，成功演示了用于 5G 的分布式數字波束成形。

據BeammWave首席執行官、隆德大學校友斯特凡·斯韋德貝格(Stefan Svedberg)稱，這項突破性技術在隆德取得并非偶然。巧合的是，他此前曾參與推動藍牙技術成為技術開發者的通用標準。

隆德在節能無線通信領域擁有深厚的傳統，其根源可以追溯到藍牙技術。這造就了一個獨特的生態系統：大型科技公司的產業專長、培養頂尖工程師的大學以及世界一流的基礎設施。即使以國際標準衡量，這也非同尋常。

三十年來始終走在無線通信前沿

藍牙技術奠定了隆德所有技術的基因：緊湊、節能、經濟。正是這種基因，使得隆德大學在過去三十年中始終處于無線通信領域的前沿：從藍牙、大規模MIMO和5G，到如今的數字波束成形。隨著研究人員將目光轉向下一個重大技術突破——6G，瑞典隆德大學也將繼續發揮重要作用。

“我們在一個非常大的組件中發現了一顆小螺絲——而這顆螺絲正是我們非常擅長的，”斯特凡·斯韋德貝格說道。

Written, researched and produced by: Amanda Lindstr?m
Photography, infographics and video: Catrin Jakobsson
Sources: Sven Mattisson, Fredrik Tufvesson, Stefan Svedberg, 'The Long Ships' by Frans G. Bengtsson (1994, translated by Michael Meyer), Lux Insights, Inc.
Archival images: Harry Hotline Society archive, Sven Mattisson private collection, Kennet Ruona, Louis Moe, Henry A. Payne
Editor: Ellen Albertsdóttir, ellen.albertsdottir@kommunikation.lu.se