“云中常有錦書來”

當(dāng)前，新一代信息技術(shù)正在迅速蝶變，產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型不斷加速。在包羅萬象的信息海洋中，每一條數(shù)據(jù)似乎都在找尋著自己的“歸宿”。然而，在滿布電磁波的宇宙里，信號(hào)的傳播過程往往充滿了挑戰(zhàn)與不確定性，無線信號(hào)就如同孤獨(dú)的旅者，極易受到衰落和噪聲的影響，導(dǎo)致信息的損失或延遲。由此，多天線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并已經(jīng)走向臺(tái)前。

多天線技術(shù)的誕生，源自對(duì)無線通信領(lǐng)域中一道古老難題的求解過程——如何在復(fù)雜多變的環(huán)境中，讓信號(hào)既能抵御干擾，又能實(shí)現(xiàn)高效傳輸？想象一下，當(dāng)多天線系統(tǒng)完整地部署于基站與終端設(shè)備時(shí)，便如同在空中織就了一張無形的信息網(wǎng)。這張網(wǎng)不僅能夠捕捉信號(hào)的蛛絲馬跡，還能通過智能算法等先進(jìn)技術(shù)的加持，有效避免障礙物的阻擋，減少信號(hào)的衰減。而更進(jìn)一步，多天線技術(shù)還可順勢(shì)開啟空間復(fù)用的大門，允許多個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流在相同的頻譜資源上同時(shí)傳輸。“打個(gè)比方來說，這就好像在繁忙的高速公路上開辟多條并行車道，從而容納更為龐大的信息洪流，以滿足人們對(duì)高速、高容量通信的迫切需求?！北本┙煌ù髮W(xué)（簡(jiǎn)稱“北交大”）電子信息工程學(xué)院教授章嘉懿一針見血，生動(dòng)而形象地將自己十?dāng)?shù)年如一日的研究目標(biāo)解析得入木三分。

接連獲得國家級(jí)青年人才計(jì)劃入選者、德國洪堡學(xué)者、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）通信學(xué)會(huì)亞太地區(qū)杰出青年學(xué)者、愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”及全球前2%頂尖科學(xué)家榮譽(yù)稱號(hào)，主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等十余項(xiàng)，以第一/通訊作者發(fā)表IEEE期刊論文100余篇，其中包括高被引論文7篇，并被先后授權(quán)美國發(fā)明專利1項(xiàng)、中國發(fā)明專利10項(xiàng)，研究成果更相繼獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國電子學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、高等教育科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、IEEE國際通信會(huì)議（ICC）2023年國際會(huì)議最佳論文獎(jiǎng)……諸如此類的學(xué)術(shù)光環(huán)不勝枚舉，但章嘉懿卻始終頭腦清醒：“如果科研是一場(chǎng)馬拉松，那么獎(jiǎng)項(xiàng)、榮譽(yù)就是其中的‘加油站’——它們激勵(lì)著每一個(gè)心中有夢(mèng)的人不斷向前，但其本身屬于過去，是對(duì)過往工作的褒獎(jiǎng)?！币虼怂冀K忙碌、始終停不下腳步，在6G時(shí)代下，手握多天線傳輸理論的“天梭”，穿梭于星羅棋布的天線陣列之間，嘗試編織一張覆蓋全球的通信之網(wǎng)，“無論是繁華都市還是偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村，甚至是飛翔于藍(lán)天的無人機(jī)、潛行于深海的探測(cè)器或是風(fēng)馳電掣的高速列車，我希望它們都能被成功納入信號(hào)穩(wěn)定傳輸之列，讓人們無論何時(shí)何地都能感受到‘云中常有錦書來’般的自然流暢”。

將“冷板凳”坐熱

若追溯起多天線技術(shù)的發(fā)端，或許可以聚焦于19世紀(jì)末德國卡爾斯魯厄工學(xué)院的赫茲教授首次證實(shí)電磁波存在的時(shí)刻。在他建立第一個(gè)天線系統(tǒng)之時(shí)應(yīng)該不會(huì)想到，此學(xué)科在往后幾十年中可以衍生出如此多的分支，且發(fā)展得如此之快。.從單一的天線到各種類型的小型、.高性能天線相繼出現(xiàn)，信號(hào).能夠傳播的距離越來越遠(yuǎn)，但即便如此，也追不上人類社會(huì)的需求遞增。伴隨著這樣的發(fā)展大勢(shì)，章嘉懿從求學(xué)之初便對(duì)此類知識(shí)抱有著極大的探索熱情，直到走入北交大開啟系統(tǒng)學(xué)習(xí)，他才覺得自己叩開了通信領(lǐng)域的大門，不過彼時(shí)的他還完全沒預(yù)料到自己最后會(huì)選擇科研道路。

“其實(shí)我更像是被命運(yùn)所驅(qū)走上這條路的?！边@并不是針對(duì)優(yōu)秀成績(jī)的自夸，雖然本碩博均在北交大完成，并先后前往清華大學(xué)和德國埃爾朗根紐倫堡大學(xué)開展博士后研究的經(jīng)歷足以讓章嘉懿有底氣這么說，但他最初并沒有深造的規(guī)劃?！拔覄傞_始是真的沒想做科研”，青春意氣曾讓他無比渴望盡早走出“象牙塔”，以所學(xué)為社會(huì)力所能及地做些什么，但恩師談?wù)褫x教授的出現(xiàn)完全顛覆了這一想法?！耙簧乙皇隆薄熬媲缶薄白鍪聡?yán)謹(jǐn)”等匠人精神是談教授身上一貫的優(yōu)點(diǎn)，這位與章嘉懿相見之時(shí)便已近古稀的矍鑠老者至今仍保持著“手動(dòng)推導(dǎo)公式”的習(xí)慣，“而且無論什么時(shí)候聆聽談老師的教誨，都不會(huì)覺得那是老派守舊的，他永遠(yuǎn)以一顆與時(shí)俱進(jìn)的恒心緊隨時(shí)代發(fā)展，這是終身學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣造就的，也是我想要在談老師身邊持續(xù)學(xué)習(xí)的根本原因。他身體力行地告訴我，什么叫‘憑一己之力，把冷板凳坐熱’”。

帶著這樣的感染與熏陶，章嘉懿后來即便前往有“世界上畢業(yè)率最低”之稱的國家德國深造，心里也多了一份坦然與從容?！暗聡说拇_嚴(yán)謹(jǐn)?shù)接行┛量?，考查制度除了筆試還有占比更大的面試。臨場(chǎng)反應(yīng)騙不了人，對(duì)知識(shí)的掌握程度究竟如何，考官們大概會(huì)在兩個(gè)問題左右就能得出結(jié)論。但沒關(guān)系，努力學(xué)就好了?！?014年9月，入選德國洪堡學(xué)者恐怕是對(duì)這份不為人知的努力與無數(shù)個(gè)挑燈苦讀的夜晚的絕佳回饋。但是，在許多海外高校及公司相繼向章嘉懿拋來薪資可觀、待遇優(yōu)厚的橄欖枝時(shí)，他悄然再次出現(xiàn)在北交大的校園里。

“無論如何我也不能忘記母校十余年來對(duì)我的栽培，以及一眾老師對(duì)我的教誨，沒有他們的幫助，我大概是不會(huì)結(jié)緣科研的。所以一有機(jī)會(huì)，回到這個(gè)最熟悉的地方自然是我的首選。”而另外一個(gè)沒被宣之于口，卻被章嘉懿融入科研發(fā)展脈絡(luò)的根本原因是：作為領(lǐng)域內(nèi)的研究者，他十分清楚高效而可靠的信息傳輸是通信系統(tǒng)能夠?yàn)樾畔⒒鐣?huì)所提供的核心支撐力，而堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的底層技術(shù)體系則是通信系統(tǒng)傳輸能力與效能持續(xù)提升的重要根基。因而，當(dāng)他身懷“多天線技術(shù)理論”這一科技利器，第一個(gè)想到的便是將其運(yùn)用到建設(shè)通信強(qiáng)國的戰(zhàn)略之中。

基于此，在國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持下，章嘉懿在個(gè)人工作走上正軌之后，便開始緊鑼密鼓地籌備科研布局。緊密結(jié)合國家“人工智能”“互聯(lián)網(wǎng)+”“5G新基建”等發(fā)展戰(zhàn)略，面向“4G熱點(diǎn)高容量覆蓋→5G海量低功耗覆蓋→6G全維度智能覆蓋”的發(fā)展需求，他和團(tuán)隊(duì)始終遵循從“經(jīng)典信道到廣義信道、理想硬件到非理想硬件、蜂窩到去蜂窩”的發(fā)展路線，基于大維隨機(jī)矩陣和深度學(xué)習(xí)等理論，充分利用空間自由度，突破了傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)多小區(qū)間干擾、頻繁越區(qū)切換及基站終端能耗大等技術(shù)瓶頸，提升了系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率，并應(yīng)用于中興5G基站設(shè)備研發(fā)，為我國移動(dòng)通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

逐夢(mèng)星際驛站

成立于1994年的北交大現(xiàn)代通信研究所，是最終承接章嘉懿所有夢(mèng)想的地方。這方育才的沃土在過去的幾十年中已經(jīng)以IEEE車輛技術(shù)學(xué)會(huì)頒發(fā)的2019尼爾謝菲爾德最佳傳播論文獎(jiǎng)、IEEE國際通信會(huì)議（ICC）最佳論文獎(jiǎng)及IEEE無線通信與信號(hào)處理大會(huì)（WCSP）最佳論文獎(jiǎng)等客觀榮譽(yù)向世人證明了其在平臺(tái)建設(shè)、科學(xué)研究、國際學(xué)術(shù)交流等方面取得的長足發(fā)展，而這支如日方升的科技強(qiáng)軍在新一代鐵路無線通信、基于通信的列車控制和安全等領(lǐng)域的開創(chuàng)性研究更是不容忽視。

面向下一代系統(tǒng)，多天線技術(shù)仍將發(fā)揮重要的基礎(chǔ)性作用?！皬?G到5G，無數(shù)前輩已經(jīng)為我們探明來時(shí)路，我國已經(jīng)完成了一場(chǎng)極富特色的通信蝶變。但6G顯示出了更遠(yuǎn)的目標(biāo)點(diǎn)，即AI與整個(gè)通信系統(tǒng)的結(jié)合，特別是在無線空口完成AI的貫通是一件極具挑戰(zhàn)的工作。傳統(tǒng)的通信技術(shù)受到單模塊優(yōu)化的約束，亟須打破瓶頸，改變通信的范式?！闭录诬舱f。

2020年11月，中國移動(dòng)發(fā)布《2030+技術(shù)趨勢(shì)白皮書》，把去蜂窩大規(guī)模MIMO列為6G第一無線使能技術(shù)。而早早將目光投向此處的章嘉懿通過研究與驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)直至今日，針對(duì)這一系統(tǒng)的理論性能分析尚不完善，傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理技術(shù)無法直接沿用。由此，他積極開展去蜂窩大規(guī)模多天線系統(tǒng)的信道容量和性能分析研究，不僅揭示了分布式協(xié)同、傳播環(huán)境和系統(tǒng)配置對(duì)系統(tǒng)性能的影響機(jī)理，還設(shè)計(jì)了各種實(shí)際場(chǎng)景下高效的導(dǎo)頻分配、信道估計(jì)、功率分配、預(yù)編碼和接收機(jī)等傳輸算法。本著“夠用就好”的原則，他還反復(fù)在系統(tǒng)性能、復(fù)雜度及成本之間尋求各種折中的可能性，為6G大規(guī)模多天線系統(tǒng)積極提供新穎的解決思路和方案，同時(shí)也為我國下一代6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

“雖然很多技術(shù)已經(jīng)被前置，但6G的全覆蓋尚存諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，長路仍然迢迢，因此我們?nèi)孕枰詰?yīng)用需求為牽引，持續(xù)推進(jìn)多領(lǐng)域、多要素融合創(chuàng)新，我相信，通信領(lǐng)域的領(lǐng)航將不再只是美好的祈愿?！闭录诬舱f。