摘  要：数字化彻底解决各种不方便，然而没有摆脱采样损伤导致冗余爆炸式膨胀。由于理解模式不一样，计算机跟生命体凭借算法进行对接存在难以克服的局限性。从自然智能到人工智能的缺失环节，适合选择物理学层面和生物学层面搜索答案。围绕天地人一体化实现途径，提出一种通信多维信息耗散工具变量。尝试通过描述空间与时间的转化，进一步填充电子技术和光学技术的鸿沟。

关键词：工具变量;太赫兹鸿沟;非平衡复杂性;微弱信号;洛伦兹变换

中图分类号：TN01      文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2021）18-0068-03

Abstract： Digitization completely solves various inconveniences， but it does not get rid of sampling damage， resulting in redundant explosive expansion. Because the understand pattern is different， there are insurmountable limitations in the docking of computers with organisms rely on algorithms. The missing link from natural intelligence to artificial intelligence is suitable for searching answers at the level of physics and biology. Focusing on the realization of the integration of satellite-terrestrial and human， a communication multidimensional information dissipation instrumental variable is proposed. This paper attempts to further fill the gap between electronic technology and optical technology by describing the transformation of space and time.

Keywords： instrumental variable; Terahertz gap; non-equilibrium complexity; weak signal; Lorentz transformation

0  引  言

隨着5G进一步发展[1]，信息与通信正在迎来新的机遇和新的挑战。作为通信主体，信息的定义始终没完成标准化，至少存在三种不同描述。自然信息，物理学和生物学的科学定义。数字信息，概率论与数理统计的数学定义。社会信息，既不是物质又不是能量的哲学定义。信息跟物质的关系，通信跟能量的关系，没有物理量直接描述。信息论从热力学借来熵函数表达式，二进制数字构筑通信系统模型，强化表象，弱化本质，致使从计算机引进的比特（BIT）没资格列入国际单位制（SI）。缺失物理量这个关键环节是表象，之所以东拼西凑，本质是没建立完整而充分的科学理论，做不到覆盖信息全部属性。关于信息论的质疑及争议一直延续着，跟香农一起创立信息论的韦弗认为，信息论是众多通信技术标准的其中一个。按照猜想与反驳的方法论，难以证实无法证伪，信息论甚至不属于科学范畴。控制论堪称多学科范例，揭开表象针对本质，束缚于统计学思维，没能够体现关键性特征。复杂性科学进一步丰富系统论，耗散结构理论以发展的方式致敬经典，加入时间影响因素，从封闭状态到开放过程，没有针对性诠释信息与通信的一般性定义。归根结底，数学是科学的主要工具，不是超自然的圣经，学术概念不会以数学为核心。难题拆分若干部分逐一解决，学科方向细分固化，割断技术之间相互关联。现实世界是一个整体不至于完全隔离，可以考虑把相关的物质和能量集合在一起。相信存在尚未被发现的普遍性规律，如同相对论描述物理学或进化论描述生物学一样。

1  场景说明

5G正式名称IMT-2020，也就是第五代移动通信。按照国际电信联盟无线电通信局（ITU-R）惯例，每隔十年更新一代通信技术，奇数趋于升级，偶数趋于变化。未来十年，难免超越升级模式发生颠覆性变化。5G关键技术是稀疏码多址，通过数据分层处理获得速度。新型灵活同频同时全双工，缓冲链路消耗。规模多进多出系统（MIMO）直接增加基站天线配备，相同资源提供更多服务。紧凑型天线密度间隔距离不足，信道相关性容易制造导频污染。5G使用毫米波提升带宽，存在穿透能力弱的短板，钢筋结构建筑会对信号产生屏蔽作用。建设路灯式微型基站覆盖城市每个角落是无奈之举，借助运营手段弥补技术缺陷毕竟有悖于设计初衷。激光器和光学纤维的出现，帮助光通信进入光速发展阶段。光是独特的电磁波，高频，宽带，抗干扰，具备规模容量。无线光通信被称为自由空间光通信（FSO），使用红外线、可见光、紫外线等光载波，通过非控制介质进行通信。FSO系统包括光发射机、空气信道、光接收机，光学望远镜天线完成采集、传递、接收，全双工转换光信号和电信号。FSO混合射频技术能够一定程度穿透云雾，适用于固定点之间数公里高速率。达不到深度空间环境标准，链路的稳定性或准确性走不出风沙气象影响的瓶颈。对于信息与通信，宏观的电子和微观的光学之间存在一个技术空隙，所谓太赫兹鸿沟（THzGap），如图1所示。太赫兹频段容易被水分吸收包括空气中的水分，不符合自由空间远程距离通信基本条件。适合等离子体遥感探测，穿透沙尘恶劣天气的能力强。相当数量材料对于太赫兹呈现独特吸收光谱，能够识别隐藏物体。蛋白质、核酸、多糖等体细胞的振幅和频率处于这一区间，能量及温度比较低，不会伤害生物组织。太赫兹技术跟其他频段的电信号或光信号更多有效连接，将会构筑起来宏观与微观的桥梁[2]。gzslib202204051113

2  天地人一体化

无线电波、微波、毫米波、太赫兹、可见光等任意一个电磁波频段，试图排除其他载体独立应用全部通信场景，违背自然选择结果。万物互联（IoE）推进5G与卫星通信一体化，针对这一深度融合设计一系列具体方案[3]。单纯是天和地的互联，技术框架实质屏蔽万物之灵的人，难以逾越电子技术和光学技术的断裂。概率论与数理统计的通信模型，无法彻底解决多普勒频移等干扰。朝着人工制造自然信息的方向，采集、传递、接收省去编码和译码直接连通信源、信道、信宿，介质和链路类似量子远程传态，仿佛字母“W”精简成为字母“V”。无线通信覆盖常规应用服务，有线通信保障特殊安全需求，天空、地面、人機多维一体化。天空架构，主要指高轨卫星或低轨卫星及临空设备等。地面架构，主要指宏蜂窝、微蜂窝、皮蜂窝等。人机架构，主要指能够阅读人体生物信号并且向机器传递指令的发送端和接收端等。卫星与卫星之间，选择光波和X射线。地面与卫星之间，开阔区域的地面基站之间，选择微波。地面远程，广播或导航，白天选择短波，夜间选择中波。海上或地下，选择长波。城市建筑密集区域的地面基站之间，基站与发送端和接收端之间，晴朗天气选择微波和光波，扬沙天气选择太赫兹，雨雾天气选择长波、中波、短波等无线电波。漫游距离的发送端和接收端之间，需要卫星或基站的介入，室外环境选择各种频段无线电波，室内环境包括交通工具选择毫米波和可见光。私密距离的发送端和接收端之间，不需要卫星或基站的介入，社交或支付，选择声波。人体与机器之间，智能感知纳米集成移动装置，选择太赫兹。通信过程无障碍变换，开启或关闭信息共享模式，依托天地人一体化完成B5G或6G愿景。

3  实现途径

采取纳米技术太赫兹频段无线链路的人体传感网络（BSN），低功耗、高性能、微型化，跨越传统禁忌把人类的身体纳入技术框架有一定方向性参考作用[4]。处于顶端的通信事件是人脑与电脑的信息传递，现阶段人工智能不具备真正智慧功能，唯一能够进行复杂性计算的系统是生物神经[5]。尽管特定计算集成光量子硬件加速器每秒数万亿次乘法累加，用计算速度来衡量智慧程度，就像彭罗斯描述的皇帝新脑。数量碾压不等于质量优化，机器偶尔击败人类在于迅速积累经验，不用考虑生命成本。依靠数据规模支撑准确率，跳不出统计学的局限，相关基准与现实世界存在系统性不一致[6]。若干算法遵循一种初始设定，训练和测试的数据归属同一特征空间及概率分布，这样的设定对于不少场景其实不成立。为了纠正数据中一些错误，挖掘更多包含其他错误的数据，陷入无限循环计算坑洞。自然界找不到这样不顾及成本的链条，技术应用被迫进行差异选择来缓解数据规模的压力。影响及负担伴随着社会多元需求渗透到每个角落，数据规模持续指数增加，迅速冲击基础器件，固态、磁性、光学等常规材料难以提供介质支持。使用DNA合成进行数据存储，把文字、图片、软件等成功植入DNA，生物相容性材料取代半导体趋势明显。至关重要的难点不是介质，生命体的信息具备物质和能量的自然属性，完全不同于计算机数据。由于感觉、认知、情感等理解模式不一样，输入和输出的机械连线无法避免环境随机变化导致灾难性遗忘。DNA赢得进化过程自然选择，关键是稳定性和准确性。人类使用一组DNA指令[7]，不同细胞通过不同编码DNA执行不同功能，DNA作为开关调节基因活性水平。金属有机框架（MOF）加入DNA碱基之一腺嘌呤（A），通过氢键作用捕获DNA碱基之一胸腺嘧啶（T），MOF空腔A-T碱基对模拟DNA生物功能化[8]。遵循自然选择这一准则，参照生命方式进行优化设计，模仿神经元突触互相对接，各种类型的信息主体及通信载体有机会进入同一信道。

4  多维坐标体系

从混沌到秩序触碰一个认知痛点，生命活动能量消耗违背热力学第二定律，突破熵增加原理的基本逻辑。宏观与微观的非平衡复杂性耗散结构，外部刺激与内部器官的微弱信号传感模型，这些奇妙融合通常不会来自统一的领域[9]。建立自然与人工的多维坐标体系，估算事件之间因果关系，需要一组进行量化判断的工具变量。辐射电磁波无处不在，穿越若干光年宏观尺度，微观角落同样散布着难以观测的微弱信号。量子实验结果显示，退相位和擦除信道串联，相干信息零容量阈值，多次复用信道与单次复用信道进行比较，表现一种超可加性特征[10]。从信道容量角度证明，由于难以描述的隐变量，量子信道存在超出观测条件的微弱信号。这一量子信息传递过程，多次与单次的差别是通信时间的叠加或不叠加，没有其他不确定性因素。量子不是单一粒子，不具备电子的稳定性，也不具备分子的准确性。一个电子对应一个量子，代表电子承载容量的非线性数量极限，不代表量子无法分割或属性完备。光适合真空环境不需要介质，实质是刻意设定的归纳偏置。横波振动方向不同，离不开切变弹性，要求介质密度更紧凑，仅限于固态，比纵波减少液态和气态。光是横波，被固态岩石遮挡，在液态水里受限制，反而适应稀疏松散的气态环境。重点在于这些不是光的支持介质，实际起到阻碍作用。这不说明光没有介质，只说明无法观测，需要进一步搜索光信号的真空载体及隐形链路。微波背景辐射帮助发现暗物质和暗能量，约等于宣告绝对真空不存在。宇宙起源的理论及观测，揭示现实世界三种元素，质量、空间、时间。以光信号为例，洛伦兹变换的补充释义及推导演化，如图2所示，物质和能量关联着空间与时间的转化。其中，h表示普朗克常数，c表示光速真空参数，m表示质量损失，ν表示辐射电磁波频率，Δx、Δy、Δz、Δt表示发送端和接收端的结构状态及运动过程。信息发生质量损失，反映存在静止质量和运动质量的基本属性。对于同一通信场景，忽略介质和链路调整，频率ν和信道空间三维Δx、Δy、Δz稳定不变，信息质量损失m主要影响因素“时间立方”（Δt）3，适合作为一种工具变量。这个结果碰巧解释一些现象，局域性或阶段性的信息质量损失制造特殊微弱信号，跟信道容量没有直接联系。相关其他学术成果零散分布，无法进行完整而充分的对比分析，有一些疑点需要进一步针对性实验的证实和证伪。gzslib202204051113

5  结  论

迷信或排斥不是科学的方法，正如“爱因斯坦-波多尔斯基-罗森”（E-P-R）观点，学术概念必须对应客观现实。以麦克斯韦预言电磁场波状微扰为标志性节点，超过绝对零度的事物逐一显现辐射电磁波的属性。在物质和能量的海洋里，怎样凌波微步从物理学层面或生物学层面定义信息与通信，没有明确指引。根据自然选择结果，基于洛伦兹变换的通信多维信息耗散工具变量，尝试为未来技术框架提供一个支撑点。

參考文献：

[1] DAHLMAN E，PARKVALL S，SK?LD J. 5G NR：The Next Generation Wireless Access Technology [M].Pittsburgh：Academic，2018.

[2] OHARA J F，EKIN S，CHOI W，et al. APerspectiveonTerahertz Next-GenerationWirelessCommunications[J].Technologies，2019，7（2）：43.

[3] LIOLIS K，GEURTZ A，SPERBER R，et al. Use Cases and Scenarios of 5G Integrated Satellite-Terrestrial Networks for Enhanced Mobile Broadband：The SaT5G Approach [J].International Journal of Satellite Communications and Networking，2019，37（2）：91-112.

[4] AFSANA F，ASIF-UR-RAHMAN M，AHMED M R，et al. An Energy Conserving Routing Scheme for Wireless Body Sensor Nanonetwork Communication [J].IEEE Access，2018，6：9186-9200.

[5] ULLMAN S. Using Neuroscience to Develop Artificial Intelligence [J].Science，2019，363（6428）：692-693.

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[8] ANDERSON S L，BOYD P G，GLADYSIAK A，et al. Nucleobase Pairing and Photodimerization in a Biologically Derived Metal-Organic Framework Nanoreactor [J].Nature Communications，2019，10（1）：1612.

[9] BALL P. Schr?dinger's Cat Among Biology's Pigeons：75 Years of What Is Life？ [J].Nature，2018，560（7720）：548-550.

[10] LEDITZKY F，LEUNG D，SMITH G. Dephrasure Channel and Superadditivity of Coherent Information [J/OL].Physical Review Letters，2018，121（16）：160501.[2021-06-08].https：//link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.121.160501.