無線信道上的“90后”奮斗者
——記 北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室副教授楊汨

◎ 本刊記者 翟萬江

楊汨博士期間參加學(xué)科競賽

在信息通信技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，如果有一樣?xùn)|西是人們出門必帶的物品，相信很多人不約而同都會想到它——手機。無論身處何時何地，只要擁有了手機，擁有了信號，都會讓人感覺與家人、與世界緊密相連。

從古至今，信息的獲取與傳遞都是人類與生俱來的本能。從古代“烽火臺”到近代大航海，再到今天的無線電傳輸，為了更快、更方便地傳遞信息，無數(shù)人為此奮斗.北京交通大學(xué)副教授楊汨就是其中之一。

為萬物互聯(lián)鋪路

信息的傳遞必須通過具體的媒介進(jìn)行，比如文字、語言、電碼、圖像等。在整個傳遞過程中，信息傳播的媒介即為信道。對于有線通信，信道就是電纜；而對于無線通信而言，信道就是電波傳播時所通過的物理空間。

楊汨研究的領(lǐng)域主要就是無線信道。相比起有線電來說，無線信道更復(fù)雜、難以琢磨，因為無線電波從發(fā)送端到接收端之間，并沒有一個有形的連接，它的傳播路徑也可能不止一條，整個空間中存在的物體都有可能影響無線電波信號的傳遞。因此，無線信道的研究對無線通信技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要。

“無線信號不像網(wǎng)線傳輸那樣穩(wěn)定，空氣中存在的大樓、行人，天氣的好壞等因素都會有影響。我們研究的核心就是為了看無線電波在空氣中傳播的時候到底受哪些因素影響?！睏钽杞榻B，無線信道研究的總體目標(biāo)可以概括為兩個：一是事前服務(wù)于無線通信系統(tǒng)的設(shè)計；二是事后服務(wù)于無線通信系統(tǒng)的評估。

“因為布網(wǎng)的時候不可能預(yù)先把所有的實際情況都掌握，就需要事后不斷通過設(shè)備去檢測各地?zé)o線信號到底能不能用、好不好用，如果不好用的話又是因為哪些因素。這樣就可以針對性地進(jìn)行調(diào)整，同時也為后續(xù)的布網(wǎng)吸取經(jīng)驗?！睏钽杞榻B。無線信道是整個無線通信技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的一部分，比如現(xiàn)在廣為人知的5G標(biāo)準(zhǔn)（第五代移動通信技術(shù)）中就有專門的部分涉及無線信道，任何地區(qū)、廠家想要布網(wǎng)都需要參考按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

移動通訊設(shè)施是當(dāng)前及未來世界實現(xiàn)人機物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，移動通信基本延續(xù)著每十年一代技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，從1G、2G、3G再到4G、5G，每一次代際躍遷，每一次技術(shù)進(jìn)步，都極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟社會發(fā)展。比如從1G到2G，實現(xiàn)了模擬通信到數(shù)字通信的過渡，移動通信走進(jìn)了千家萬戶；從2G到3G、4G，實現(xiàn)了語音業(yè)務(wù)到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變，傳輸速率成百倍提升，促進(jìn)了移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和繁榮。而現(xiàn)在具有更高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術(shù)——5G，更將成為支撐經(jīng)濟社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施。

楊汨副教授參加學(xué)術(shù)會議

而信道，簡單來講是一種對無線通信中發(fā)送端和接收端之間的通路的形象比喻，對于無線電波而言，信道從發(fā)送端傳送到接收端，其間通?！翱湛杖缫病?，并沒有一個有形的連接。楊汨介紹，無線信道作為移動通信領(lǐng)域的一部分，一方面既被整體移動通信技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)，另一方面也引領(lǐng)著技術(shù)的發(fā)展。“比如4G的時候，其中某些關(guān)鍵技術(shù)可能對無線信道有特殊需求；另一方面，相關(guān)研究也可以引領(lǐng)通信技術(shù)的發(fā)展，有時信道領(lǐng)域一些新的發(fā)現(xiàn)也能為特定技術(shù)的發(fā)展提供資源和思路?！?/p>

楊汨介紹，一般情況下無線信道研究要略微先于現(xiàn)在的公網(wǎng)發(fā)展?！氨热?G技術(shù)在2019年前后實現(xiàn)商用，標(biāo)準(zhǔn)化工作大概需要提前1-2年完成，而信道相關(guān)研究的開展還要更早，整個移動通信領(lǐng)域最早做的基本就是無線信道研究工作?！睆倪@方面而言，無線信道既是技術(shù)的基石又是工作的先行者。

從零開始做科研

雖然已經(jīng)在通信領(lǐng)域?qū)W習(xí)了十余年，但楊汨真正接觸科研，尤其是無線信道研究其實是從博士時期開始的。

“不像現(xiàn)在很多人本科時期就開始接觸研究工作，甚至進(jìn)實驗室跟項目；其實我剛讀研時對科研的概念比較模糊?！睏钽杞榻B，他研究工作的起點是從一個比較小的項目開始的。

“項目是跟公司合作的，經(jīng)費不太多。但是從立項、寫報告，到過程中跟合作方的反復(fù)溝通、合作，再到項目落地執(zhí)行，我全流程的參與了項目工作，包括平臺開發(fā)、測試測量以及理論分析和報告撰寫等。”在該研究中，設(shè)計了一套移動場景多天線信道測量系統(tǒng)；采集了大量實測數(shù)據(jù)并針對車聯(lián)網(wǎng)場景提出了新模型，豐富了相關(guān)電波傳播理論和信道建模研究工作。

基于這一完整的項目經(jīng)驗，楊汨也算是初步邁入了科研的大門。同一時期，他也幸運地參與了導(dǎo)師的一個重要項目——國家863計劃“第五代移動通信（5G）系統(tǒng)前期研究開發(fā)”，并參與了其中大規(guī)模天線陣列Massive MIMO（Massive multiinput, multi-output）信道測量及建模工作。

彼時5G技術(shù)還處在關(guān)鍵的研究階段，Massive MIMO被認(rèn)為是5G關(guān)鍵技術(shù)之一，其有望大幅度提高系統(tǒng)的傳輸速率、吞吐量，提升通信可靠性，借助波束賦形技術(shù)，還能夠提升能源利用效率、降低用戶間干擾。然而，關(guān)于Massive MIMO的信道測量與建模研究國際上還較少，對于Massive MIMO信道特性的深入分析還比較欠缺。Massive MIMO信道研究的目標(biāo)，就是利用大規(guī)模陣列天線及sounder系統(tǒng)，開展5G典型場景下的信道測量，獲取包含5G信道特征的測試樣本，服務(wù)于5G massive MIMO信道參數(shù)萃取及模型開發(fā)，提升對于5G傳播信道的科學(xué)認(rèn)識，最終建立服務(wù)于系統(tǒng)設(shè)計的信道模型庫。

上面兩個項目基本貫穿了楊汨整個讀博時期。盡管在項目研發(fā)過程中也遇到各種各樣的困難，但楊汨始終認(rèn)為，作為一名科研人一定要有堅定的信念才能走下去。也正是基于此獲得的大量數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，支撐起了楊汨博士畢業(yè)論文“面向智能交通的時變方向性信道測量與建模研究”，并獲得了中國電子學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文和北京市優(yōu)秀博士論文。

科研世界迎來了新一代

從本科到碩士再到博士，楊汨一直就讀于北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，先后獲得寶鋼優(yōu)秀學(xué)生特等獎、北京交通大學(xué)“五四”獎?wù)?、北京交通大學(xué)“知行”獎學(xué)金、中國研究生電子設(shè)計競賽全國一等獎、北京市優(yōu)秀畢業(yè)生等獎勵。此外發(fā)表第一作者論文十余篇。

博士畢業(yè)后，楊汨順利留校，加入了北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點實驗室，與學(xué)生時期的導(dǎo)師、前輩成為了同事。熟悉的環(huán)境良好的氛圍都給科研工作帶來了極大支持。

工作后，他也繼續(xù)朝著無線信道這一小而精的領(lǐng)域前行。近兩年先后參與了多項重點項目，與博士期間的研究一脈相承并逐步擴展，已經(jīng)涉及通信感知一體化信道、毫米波移動性信道、智能化信道建模方法等更多領(lǐng)域。尤其是智能交通背景下的信道研究，即契合國家“交通強國”和“新基建”的大背景，又是北京交通大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科領(lǐng)域，是未來開展工作的重點領(lǐng)域。遠(yuǎn)期目標(biāo)是面向當(dāng)前公路、鐵路交通運輸系統(tǒng)的智能化和信息化需求，通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)車輛與其他車輛、行人、道路基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)云平臺的全方位和高效率信息傳輸，提供更加安全高效的出行方式，致力于為智慧交通體系、交通強國戰(zhàn)略的實現(xiàn)提供突破口。同時在毫米波信道研究領(lǐng)域，也計劃開展針對性研究，以期對車聯(lián)網(wǎng)等智能交通新系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展、對公眾數(shù)字移動通信系統(tǒng)的高質(zhì)量傳輸、高效頻譜利用提供理論基礎(chǔ)。

從博士期間正式接觸科研開始，楊汨已作為主要研究人員參與了十余項與無線傳播信道相關(guān)的科研項目。在他看來，雖然其中有很多項目都極具挑戰(zhàn)性，但某些方面的具體問題一般不是最困難的地方。如今，付出的汗水也結(jié)下了許多碩果，僅在博士期間，楊汨就已發(fā)表期刊論文5篇，獲得IEEE/CIC ICCC會議最佳論文獎1次；他還曾參加中國研究生電子設(shè)計競賽，獲得全國總決賽一等獎并獲評“Top10優(yōu)秀團(tuán)隊”（大賽最高獎）以及華為網(wǎng)絡(luò)與通信賽亞軍和MathWorks專項賽二等獎；此后，楊汨還曾先后獲得“校級三好研究生”和博士研究生“國家獎學(xué)金”、寶鋼優(yōu)秀學(xué)生特等獎和北京交通大學(xué)“五四”獎?wù)?、北京交通大學(xué)“知行”（校長） 獎學(xué)金、北京市優(yōu)秀畢業(yè)生等諸多獎勵。

“如果科研目標(biāo)明確，總能找到解決辦法。最困難的其實是找不到方向的時候?！弊罾щy的時期就是剛決定讀博但還沒想好具體方向的時候，“但度過那個階段之后，困難的問題也都找到了解決辦法”。

作為科研界的新人，楊汨覺得這一屆“90后”科研工作者，與前輩科學(xué)家相比，更加有自己的想法，自主意識更強?！坝行┤擞X得這樣不太好，比如不太愛社交、太自我等，但我覺得至少對于科研這類創(chuàng)造性工作來說，還是百花齊放，各有各的特色更好。”

“尤其對于科研領(lǐng)域而言，一定要對自己研究的預(yù)期目標(biāo)和想得到的預(yù)期成果有清楚的認(rèn)知，哪怕這個認(rèn)知是不斷變化的，但當(dāng)下那個時刻一定要知道自己要的是什么。另外，思維也要更加開闊一點，不要只局限在自己的小領(lǐng)域?！睏钽枵f，他一直以來閑暇的時候都喜歡看點雜書，對各領(lǐng)域的信息都比較感興趣，這些對他擴展思路、開闊眼界以及在通信領(lǐng)域的本職研究都有幫助。

在埋頭奮進(jìn)的人生之路上，楊汨只是做了該做的事情，把職業(yè)變成了值得奮斗終生的事業(yè)。如今，像楊汨一樣極具個人特質(zhì)的新一代“90后”科研工作者，正在越來越多地涌向各個研究領(lǐng)域。就像飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)世界一樣，他們也以堅定的自信心和無窮的創(chuàng)造力，同這個世界前行，也改變著這個世界的走向。