无线通信的迷失和未来

浮云游子意

2025年12月，期刊RS-OJICT罕见地刊登了Viterbi, Gallager, Cooper等几位无线通信领域泰斗的文章，指出了当前无线通信研究的迷失与危机，然后探讨了未来的研究方向。借助AI，本文对五篇论文进行了总结，力求对原文的准确解读。原文：https://rs-ojict.pubpub.org/issue-17。

引言在当今数字化时代，无线通信技术是我们日常生活不可或缺的一部分，从5G网络到即将到来的6G时代，它支撑着智能手机、物联网和智能城市的发展。然而，五位无线通信领域的泰斗们最近在同一期刊专刊中发表了一系列批判性论文，他们一致认为现代无线研究正面临一场“危机”：过度追求边际改进，而忽略了基础突破。这不仅仅是技术问题，更是哲学层面的反思。这些学者包括高通创始人之一，Viterbi算法发明者Andrew J. Viterbi[1]、Shannon的弟子，MIT的Robert G. Gallager[2]、美国科学院院士，多天线技术发明人A. J. Paulraj[3]、Motorola创始人之一，蜂窝电话发明者Martin Cooper[4]，以及美国科学院院士，宽带DSL发明人John M. Cioffi[5]。他们的观点形成了一个“集体宣言”，呼吁研究社区回归通信根本，探索新的范式。本文将科普这些共识观点，并展望未来研究方向，帮助读者理解无线通信的潜在变革。

共识一：对增量主义和复杂度陷阱的共同批评

这些专家们一致指出，当代无线研究已陷入“增量主义”的泥潭。简单来说，增量主义是指研究者们热衷于在现有框架内追求小幅优化，比如通过大规模MIMO（多输入多输出）天线阵列或复杂信号处理，仅提升系统性能的2-5%或10%。Viterbi形容这是“MIMO军备竞赛”和“10%增益的暴政”[1]；Gallager称之为“增量主义问题”[2]；Paulraj和Cioffi也批评这种方法接近物理和经济极限，形成“容量危机”[3][5]；Cooper则直言这是“谱恋癖”，即痴迷于谱效率指标而忽略实际效用[4]。更糟糕的是，这种追求往往带来“复杂度陷阱”。现代协议和系统变得异常复杂，像一台“鲁布·戈德堡机器”（一种故意设计得过于复杂的装置），增加了验证难度、能耗和单点故障风险。专家们认为，这不仅浪费资源，还阻碍新研究者进入领域，并使研究脱离人类实际需求，比如可靠的低功耗连接而非单纯的高数据吞吐量[1-5]。

共识二：回归信息论基础原则

专家们呼吁回归Claude Shannon在1948年奠定的信息论基础，即分离本质与偶然、识别不可逾越的极限，并通过概率推理和历史教训指导创新。Shannon的理论教导我们，通信的本质是对抗噪声和不确定性，而不是盲目堆砌技术。Viterbi和Gallager特别强调概率框架的重要性，比如通过数学分析探索信道容量边界[1][2]；Cooper从蜂窝时代的历史（如频率复用和切换）中汲取教训[4]；Paulraj和Cioffi则将电磁物理（如麦克斯韦方程）融入信息论，视干扰为“盟友”而非敌人[3][5]。这种回归不是倒退，而是为了避免“智力停滞”。例如，专家们一致认为，当前研究忽略了实际约束，如有限块长、能量和延迟，导致理论与实践脱节。通过基础原则，我们可以重新审视网络作为“信息处理器”的角色，实现更高效的设计[1-5]。

共识三：联合优化通信、计算与控制

一个关键共识是，无线网络不应仅限于数据传输，而应视为分布式智能系统，将通信与计算、传感和控制深度融合。这能处理不确定性、降低复杂度，并提升整体效率。Viterbi强调联合通信-计算-推理[1]；Gallager提出“计算-通信二元性”和网络内学习[2]；Paulraj的电磁信息场（EIF）框架整合通信-传感[3]；Cioffi的波基通信使用计算电磁和环境耦合[5]；Cooper的HCIT（人类中心信息理论）则融入认知负载[4]。想象一下，未来的网络不只是管道，而是智能实体，能在边缘设备上实时计算和决策。这将支持语义导向设计，比如只传输“最小必要信息”，从而实现订单级效率提升[1-5]。

共识四：强调能量效率与可持续性

能量问题是另一个核心共识。专家们批评当前指标（如相对谱效率）掩盖了绝对能耗激增的问题，转而倡导从“比特/赫兹”转向“意义/焦耳”。Cooper最强调可持续性，提出20年电池寿命的低功耗协议[4]；Viterbi区分能量与谱效率[1]；Paulraj批评高频技术（如太赫兹）的热力学不一致[3]；Cioffi和Gallager则将能量约束融入基本极限研究[5][2]。这反映了环境关切：全球网络能耗已成为行星级问题。未来设计应优先低功耗，如亚GHz频率用于物联网，并研究超低SNR（信噪比）通信[1-5]。

共识五：新范式与跨学科研究，以及文化转变

专家们一致呼吁开发新范式，超越当前“管道式”或“离散”模型。Viterbi的分布式智能[1]、Gallager的新容量框架[2]、Paulraj的EIF[3]、Cooper的HCIT[4]、Cioffi的波基通信[5]虽各有侧重，但都强调跨学科整合（如物理、计算和控制），并以简单性为美德（通过智能实现）。此外，他们呼吁文化与教育转变：改变评价标准（如优先深度而非引用数）、奖励大胆风险、拥抱跨学科教育。研究应以人类效用和社会影响为导向，实现“可靠连接”而非“数据竞赛”[1-5]。

未来研究方向

基于这些共识，未来无线研究应聚焦以下方向：

• 基础极限探索: 带有实际约束的信息论分析，如量子极限和电磁约束，实现变革性突破[1][2][3]。
• 集成范式开发：联合通信-计算-控制-传感的新框架，如网络内计算、语义路由和全息波形调制[1-5]。
• 可持续设计：低功耗协议、分布式架构和环境感知系统，目标是1000 bps/Hz/m²效率和<100μs延迟[3][4]。
• 路线图实施：从理论基础（2024-2026）到原型演示（2027-2029）和商业化（2030-2034），强调开源模拟和跨学科合作[3]。
  

这些方向若实现，将重塑6G时代，带来更智能、更绿色的无线世界。

结论

这些泰斗的观点提醒我们，无线通信技术当前已经误入歧途，进步不应是内卷式的优化，而应回归到通信基础突破, 探索与智能、计算、控制的融合，并以人的需求为中心来研究。