科研為國，從3G到6G的奔跑

龐貝 喬占衛(wèi)

2023全球數(shù)字經(jīng)濟大會發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至今年5月底，95個國家（地區(qū)）的256家網(wǎng)絡(luò)運營商提供商用5G服務(wù)，全球5G人口覆蓋率約30.6%；全球5G用戶達到11.5億，中國占58%。我國已累計建成5G基站284.4萬個，移動物聯(lián)網(wǎng)終端用戶超過20.5億，在全球主要經(jīng)濟體中率先實現(xiàn)“物”連接數(shù)超過“人”連接數(shù)。

從因我國當時3G技術(shù)被鄙視而奮起直追，到研發(fā)5G技術(shù)和應(yīng)用一騎絕塵，再到加快尋求6G技術(shù)突破，“攻關(guān)行業(yè)瓶頸，服務(wù)國家戰(zhàn)略，做有情懷的通信人”，北京郵電大學“空間信息與融合通信網(wǎng)絡(luò)”研究團隊在信息與通信工程學院院長彭木根的帶領(lǐng)下一直在向前奔跑。

攻關(guān)3G，他們成功反擊了國外專家TD-SCDMA不能大規(guī)模組網(wǎng)的無稽之談；

實戰(zhàn)4G， 他們解決了基站由于密集導(dǎo)致的干擾和切換等難題，提出了網(wǎng)絡(luò)自組織系統(tǒng)解決方案，提升了密集無線組網(wǎng)的智能化水平；

突破5G，他們把云計算和邊緣計算的動態(tài)協(xié)同引入到無線網(wǎng)絡(luò)中，提出了異構(gòu)云化無線網(wǎng)絡(luò)和霧無線網(wǎng)絡(luò)，更好地支撐垂直行業(yè)應(yīng)用；

探索6G，他們瞄準國家“網(wǎng)絡(luò)強國”和“數(shù)字經(jīng)濟”的重大戰(zhàn)略需求，圍繞6G空間信息與融合通信網(wǎng)絡(luò)開展有組織的科研，積極搶占未來技術(shù)制高點。

從3G到5G，以國家需求為攻關(guān)方向

北京郵電大學“空間信息與融合通信網(wǎng)絡(luò)”研究團隊（以下簡稱“團隊”）以北郵信通院引進的國際青年人才為主，是一支平均年齡不超過35歲的年輕隊伍，是網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)全國重點實驗室的核心組成。

團隊圍繞“網(wǎng)絡(luò)強國”和“數(shù)字經(jīng)濟”下信息網(wǎng)絡(luò)寬帶化、智能化、綠色化需求，致力面向空天地海和通感算導(dǎo)融合的空間信息通信網(wǎng)絡(luò)的理論、技術(shù)與應(yīng)用研究，打造國內(nèi)外一流的科研、教學和人才培養(yǎng)平臺。

“國家需要什么，我們就去做什么，要有組織的科研”，從解決制約我國3G標準——TD-SCDMA發(fā)展的瓶頸難題，到提出4G熱點區(qū)域異構(gòu)組網(wǎng)融合方法，再到開展5G賦能垂直行業(yè)的通算融合網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究，最后到攻關(guān)6G空間信息與融合通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，彭木根身體力行，一以貫之。

2001年初，彭木根到諾基亞中國研發(fā)中心實習，進行歐洲3G技術(shù)的標準研究。一次諾基亞全球技術(shù)高管來訪，指出中國的3G TD-SCDMA只能局部輔助組網(wǎng)，語氣中滿是鄙夷和不屑，彭木根第一次感受到要為國科研。

即使我國當時在技術(shù)和理論上都一窮二白，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，彭木根作為一名博士研究生，在國內(nèi)高校率先開展TD-SCDMA組網(wǎng)理論和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)了有別于歐美3G標準的TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)容量瓶頸成因，提出了TD-SCDMA特有的多載波組網(wǎng)方案和擾碼規(guī)劃方法，為TD-SDMA大規(guī)模商用提供了理論和技術(shù)支撐。

這些研究成果成功反擊了國外專家TD-SCDMA不能大規(guī)模組網(wǎng)的無稽之談。隨后，他把相關(guān)的成果總結(jié)出版成影響我國3G一代人的技術(shù)著作《TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)》，這本開先河之作于3年內(nèi)印刷11版，發(fā)行總計26000冊，成為移動通信領(lǐng)域的暢銷書，后來的大部分TD-SCDMA從業(yè)人員，都通過該書啟蒙而快速進入移動通信產(chǎn)業(yè)，被大家尊稱為我國3G技術(shù)寶典。

2008年8月8日，北京奧運會開幕前10分鐘，鳥巢體育館氣氛達到高潮，但電話和短信都不太通暢。彭木根在現(xiàn)場感受到了觀眾興奮之情，但一張張焦慮的面龐久久縈繞于腦海——熱點區(qū)域高速無線通信難題破解迫在眉睫。

開幕式后，彭木根帶領(lǐng)團隊馬上進行熱點區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)攻關(guān)，從理論上揭示了制約熱點區(qū)域無定型無線網(wǎng)絡(luò)容量的關(guān)鍵因素，提出協(xié)同自組織關(guān)鍵技術(shù)解決方案，構(gòu)建了一體化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，解決了基站由于密集導(dǎo)致的干擾和切換等難題，實現(xiàn)了高容量、低成本和即部署即用密集無線組網(wǎng)。

難題雖然破解了，但是很多成果取得后的用處僅是陳列于書架。為了盡快將成果落地，彭木根帶領(lǐng)團隊找到了注重于做基站天線的京信通信公司，進行了大規(guī)模專利轉(zhuǎn)讓和科技項目聯(lián)合攻關(guān)，聯(lián)合研發(fā)了密集無線網(wǎng)絡(luò)靈巧小基站和無線自組網(wǎng)系列產(chǎn)品，并在巴西世界杯、索契冬奧會體育場館等國內(nèi)外實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。這也使得彭木根教授牽頭獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎、求是杰出青年成果轉(zhuǎn)化獎等。

2015年后，考慮到5G的一個重要用途是用于提升傳統(tǒng)垂直行業(yè)的信息化和智能化水平，這和傳統(tǒng)的為個人通信服務(wù)完全不同，面對人機物互聯(lián)，需要打破傳統(tǒng)只唯通信界限，需要嶄新的通信感知計算融合新組網(wǎng)理論和技術(shù)。為此，彭木根帶領(lǐng)團隊從理論源頭創(chuàng)新出發(fā)，把云計算和邊緣計算引入到無線網(wǎng)絡(luò)中，率先提出了云計算和邊緣計協(xié)同的霧無線網(wǎng)絡(luò)理論和關(guān)鍵技術(shù)解決方案，并通過專利轉(zhuǎn)化，聯(lián)合研發(fā)了通算融合的5G云小站和霧小站，應(yīng)用于國際首個礦用5G專網(wǎng)、首批省級工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用、我國首套商用5G白盒站等。這一成果獲北京市科學技術(shù)獎自然科學獎一等獎、高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎技術(shù)發(fā)明一等獎、中國專利銀獎等。

從3G到5G的持續(xù)攻關(guān)，團隊科研成果豐碩，曾獲國家自然科學獎二等獎、高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎技術(shù)發(fā)明一等獎、北京市自然科學一等獎等眾多科技獎勵。團隊負責人彭木根先后入選全國創(chuàng)新爭先獎狀、國家杰青、教育部長江學者特聘教授、萬人計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才等。

探索6G，為移動通信國際全面領(lǐng)跑提供理論和技術(shù)支撐

隨著5G的大規(guī)模商用，全球各國已經(jīng)開啟對第六代移動通信系統(tǒng)（6G）的研究和探索，全球新一輪移動通信科技競賽已拉開帷幕。我國也在“十四五”規(guī)劃和遠景目標綱要中指出，要前瞻布局6G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)儲備。彭木根帶領(lǐng)團隊瞄準國家“網(wǎng)絡(luò)強國”和“數(shù)字經(jīng)濟”的重大戰(zhàn)略需求，圍繞6G空間信息與融合通信網(wǎng)絡(luò)開展有組織的科研，積極搶占未來6G技術(shù)制高點。

針對未來6G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋、全頻譜、全應(yīng)用、全安全的四項需求，團隊下設(shè)空間信息通信組、6G無線傳輸組、6G網(wǎng)絡(luò)與算力組以及無線內(nèi)生安全組等四個研究組。

空間信息通信組圍繞6G全覆蓋需求下空天地海一體化技術(shù)展開攻關(guān)?，F(xiàn)有的5G主要還是服務(wù)于地面用戶，而6G地面蜂窩網(wǎng)將與包括衛(wèi)星、無人機、高空平臺在內(nèi)的空間網(wǎng)絡(luò)相互融合，構(gòu)建起空天地一體化三維立體網(wǎng)絡(luò)，覆蓋陸地邊遠地區(qū)、海洋、極地等傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的地區(qū)，實現(xiàn)全球廣域覆蓋；

6G無線傳輸組圍繞6G全頻譜下通感融合問題展開攻關(guān)。5G主要工作在sub-6G頻段以及毫米波低頻段，而6G將向毫米波高頻段、太赫茲、可見光、紫外光頻段擴展，這也和傳統(tǒng)的雷達感知系統(tǒng)產(chǎn)生了越來越多的頻譜重疊。突破6G通信和感知一體化技術(shù)，在相同頻譜實現(xiàn)通信與感知，避免通感干擾，提升頻譜利用率，是技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)選路徑，也為車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、元宇宙、數(shù)字孿生等通感典型應(yīng)用提供重要支撐。

6G網(wǎng)絡(luò)與算力組圍繞6G全應(yīng)用需求下通感算融合關(guān)鍵技術(shù)展開攻關(guān)。為了滿足未來網(wǎng)絡(luò)中元宇宙、數(shù)字孿生、智能制造、無人駕駛等新型應(yīng)用及其計算輕量化、動態(tài)化、智能化的需求，算力越來越重要，而6G通感網(wǎng)絡(luò)和計算的融合已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢?；谕ǜ兴闳诤?，提升網(wǎng)絡(luò)的智能性，減少功耗，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化感知和編排重構(gòu)，6G將實現(xiàn)從萬物互連到萬物智聯(lián)的跨越，服務(wù)智慧化的生產(chǎn)和生活。

無線內(nèi)生安全組針對6G全安全需求下的新型安全信任模型展開攻關(guān)。6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將更趨于分布式，支持以用戶為中心的多種新型通感應(yīng)用，傳統(tǒng)中心式安全架構(gòu)難以滿足6G安全需求，亟需探索新的安全信任模型，實現(xiàn)應(yīng)用和隱私可保護，網(wǎng)絡(luò)和通信可信，信息保密數(shù)據(jù)防篡改。

數(shù)字轉(zhuǎn)型、萬物互聯(lián)是大勢所趨，6G作為網(wǎng)絡(luò)通信的下一代技術(shù)標準，必將賦能更多行業(yè)。我國5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及率占世界首位，在6G方面的技術(shù)儲備也走在最前沿，據(jù)統(tǒng)計，截止2023年7月底，我國6G相關(guān)的專利占比35%，位居世界第一。

“服務(wù)國家戰(zhàn)略，解決卡脖子問題”的科研信念已經(jīng)滲透到團隊每個成員的血脈之中。搶占未來通信技術(shù)制高點，中國科研人當仁不讓。

人才為核，培養(yǎng)“有情懷的”科研人

育才造士，為國之本。實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，教育的地位和作用不可忽視。團隊始終秉承“教學為基”的理念，致力于打造高新標桿課程，服務(wù)立德樹人，開設(shè)了諸如《網(wǎng)絡(luò)空間安全與區(qū)塊鏈技術(shù)》《星基航空信息網(wǎng)》《空間通信感知理論與信息處理》《無線光通信技術(shù)》等高新課程，不斷科研成果和研究體會融進課堂教學中，實現(xiàn)學研互動。同時，為了讓學生在課堂上收獲最純正的知識“干貨”，還邀請無線通信領(lǐng)域一線科研工作者，講授最新學術(shù)研究進展、行業(yè)發(fā)展情況、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢等，極大拓展了學生視野和知識結(jié)構(gòu)。

此外，團隊還以潤物無聲的方式將正確的價值追求、理想信念和家國情懷有效地傳遞給學生。彭木根組織團隊成員編寫了包括《通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)》《物聯(lián)網(wǎng)理論與基礎(chǔ)》《6G移動通信系統(tǒng)》等在內(nèi)的十余本通信領(lǐng)域教材和專著，其中《寬帶移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)自組織（SON）技術(shù)》獲中華優(yōu)秀出版物獎圖書獎。彭木根希望借助一本本專著，春風化雨般傳承通信領(lǐng)域的紅色基因，服務(wù)立德樹人，為行業(yè)培養(yǎng)更多“有情懷的”高精尖人才?！皠?chuàng)新之道，唯在得人。得人之要，必廣其途以儲之”。除積極培養(yǎng)、精心育人外，團隊還積極引進各研究領(lǐng)域優(yōu)秀的國際青年人才，致力于打造學科交叉融合創(chuàng)新團隊。

引進的人才中，有的在空間信息通信領(lǐng)域具有豐富的研究經(jīng)驗，有的深耕于6G無線傳輸?shù)耐ǜ腥诤湘溌芳夹g(shù)，有的致力于6G網(wǎng)絡(luò)與算力中的通感融合系統(tǒng)級技術(shù)研究；也有的在無線內(nèi)生安全領(lǐng)域取得了突出的研究成果……引進的人才如一汪活水，豐富的研究背景為實現(xiàn)通信感知計算導(dǎo)航融合和一體化，空間信息感知、處理、傳輸組網(wǎng)，空間信息感知、處理、傳輸組網(wǎng)，6G空間融合信息理論與技術(shù)等多維度融合提供了良好的基礎(chǔ)。

為了讓引進人才入職后快速克服水土不服，補齊短板，團隊采用“科研導(dǎo)師+教學導(dǎo)師”聯(lián)合傳幫帶模式，努力為青年教師的成長“擺凳子”、“搭臺子”，幫助青年教師在教學科研上穩(wěn)扎穩(wěn)打地成長發(fā)展起來。彭木根教授作為科研導(dǎo)師，甘為人梯，堅持學術(shù)傳承大于個人得失，積極為青年教師提供包括科研方向把關(guān)、職業(yè)發(fā)展規(guī)劃、合作交流平臺等多方位的幫助。同時，團隊通過教學導(dǎo)師隨堂助課、國家級教學名師講座、課堂試講等多種形式，提升青年教師的教學能力。

目前從團隊畢業(yè)的碩士生、博士生已經(jīng)有近200人，為國家輸出了一大批學術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的領(lǐng)軍學生。畢業(yè)生中有的任職于華為、中興、移動等通信運營商和設(shè)備廠商；有的任職于軍科院、中國航天、國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室、國家電網(wǎng)、中電科等政府機關(guān)和單位；有的任職于騰訊、字節(jié)跳動、阿里巴巴、百度等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)；有的任職于中國工商銀行、中國銀行、北京證券交易所等金融機構(gòu)；也有的學生在上海交大、電子科大等國內(nèi)外知名高校任教。

桃李滿天下，團隊始終堅持為通信行業(yè)培養(yǎng)“有情懷的”高精尖人才，傳承通信人的堅守與熱愛?！盀辄h育人，為國育才，做有情懷的通信人”的理念已經(jīng)深深植入團隊每位成員的內(nèi)心。他們心中有熱愛，眼中有目標，正在向著6G和更遠的前方出發(fā)……