創新驅動精彩人生

宋潔

2016年6月25日，我國新型運載火箭長征七號在海南發射場順利升空，將載荷送入預定軌道，為我國的探月工程、國際空間站建設和深空探測都打下了堅實的基礎。在可以預見的未來，空間領域將逐步形成由地基通信、近地衛星、月球中繼、月球接入網、火星中繼、火星接入網等構成的深空網絡。隨著深空探測的不斷發展，深空通信數據傳輸業務將會大幅度增長，且會存在大量數據交互需求。另外，由于深空探測器的造價昂貴，使得深空信道的帶寬資源尤為重要。那么，為了充分利用有限的帶寬資源，怎樣提高深空數據傳輸效率就擺在了眾多科技工作者的面前。深圳大學信息工程學院副教授張勝利，正是一個在無線通信領域默默耕耘十余載，并不斷取得新突破的科學家。

說話簡單干練，聲音柔和，思維縝密，邏輯清晰，自嘲是IT界的資深“碼農”，這就是張勝利。從首先提出物理層網絡編碼理論，并將研究方向拓展到無線通信基礎理論、無線網絡設計與分析、無線通信系統樣機開發等領域的香港中文大學年輕才俊，到如今已在IEEE JSAC等多個國際雜志與會議發表論文20多篇，總被引用次數超過3000次，并主持“973”項目青年科學家課題、國家自然科學基金和廣東省自然科學基金等眾多項目的科學家，張勝利的人生充滿了挑戰與突破。

獨辟蹊徑自成才

作為學霸，張勝利的求學之路可謂一帆風順。1997年，他以優異的成績考入中國科學技術大學。在校期間，他始終謹記“勤奮學習，紅專并進，理實交融”的校訓，打下了扎實的計算機通信基礎。2002年本科畢業后，他沒有像其他同學一樣急于投入到工作當中，而是選擇保送攻讀中國科學技術大學的碩士。讀研時，他跟著導師做了大量關于無線通信領域物理層的工作，積累了豐富的理論和實踐經驗。碩士畢業臨近時，他原本可以憑借中國科學技術大學的金字招牌，再加上自己的理論水平不錯，編碼能力很好，到大公司里從事程序開發工作，安安心心地當個“碼農”，可以輕輕松松地過上小康生活。但他覺得這樣的生活不是自己想要追求的人生狀態。于是，他毫不猶豫地選擇了去香港中文大學攻讀博士學位。

面對陌生的環境和文化氛圍，張勝利努力調整自我，積極參加各種交流活動，很快就適應了新環境。但是，擺在他面前最大的問題是博士生導師的研究方向和他以前導師的研究內容差別太大。隔行如隔山，他在碩士期間做了大量無線通信物理層方面的工作，而博士導師做的是無線局域網，這讓他有點無所適從，不知道從哪里開始著手研究。確定不了研究課題對讀博的人來說是非常致命的，他的心里仿佛一直懸著一塊大石頭。

于是，張勝利如饑似渴地汲取無線局域網方面的知識，圖書館的書桌和宿舍的電腦都見證了他伏案苦讀的身影。不僅如此，他還選修了眾多研究生課程，其中一門叫做網絡編碼。通過深入的學習，他知道了網絡編碼是通過網絡層有限域信號疊加來實現的，而無線通信的電磁波具有疊加的屬性。于是，將網絡編碼和無線電磁波疊加屬性結合的想法涌現在他的腦海中。他基于雙向中繼信道的例子把這個想法告訴了導師，雖然導師覺得實現起來難度很大，但是非常新穎，意義也很大，因此鼓勵并支持他深入研究。他們給自己的新研究取名為物理層網絡編碼（簡稱PNC），從此也開辟了導師課題組的一個新方向。

思想的巨人，行動的矮子，注定與成功失之交臂。而張勝利卻不一樣，他是思想和行動的“雙巨人”，所以他才成就了不一樣的自我。他敢于獨辟蹊徑，并勇于將自己的想法付諸實施。最重要的是，他的研究工作得到了實踐的檢驗，也獲得了學術界的高度認可。2006年，他在無線網絡頂級會議ACM Mobicom上首次發表了論文“Physical layer Network Coding”，正式提出了物理層網絡編碼的概念。目前，該論文被引用超過1900次，物理層網絡編碼也由此成為研究熱點，吸引了國內外同行的大量跟蹤研究。

現在，物理層網絡編碼早已經成為無線領域一個新的研究方向，并引發了大量的研究熱潮。自2006年提出概念至今，IEEE Xplore檢索到文章中含有“物理層網絡編碼”的學術文章超過3000篇，已出版10本以物理層網絡編碼為主題或者章節的專著，ICC、Globecom等16個國際會議和研討會設立了物理層網絡編碼議題，包括IEEE JSAC在內的8個國際期刊將物理層網絡編碼作為專題出版。據不完全統計，2009年以來，全球至少32個關于物理層網絡編碼的公開項目獲得資助，例如工信部科技重大專項（2010ZX03003-003）、NSFC重點項目（60832001）、美國NSF（CNS-1143602）、英國EPSRC（EP/ I037423/1）、歐盟FP7（DIWINE）等。由此可見，物理層網絡編碼概念的提出，給學術界帶來了一股全新的研究勢力，也注入了極大的研究活力，張勝利可謂功不可沒。

目前，由于突出的研究成就，張勝利受邀擔任首屆牛頓論壇副主席、首屆軟件無線電系統論文副主席，并擔任IEEE TVT、WCL等多本國際權威刊物的編輯，IEEE ICC、Globecom等國際知名會議技術委員會委員。

腳踏實地求突破

取得了如此大的成就后，張勝利并沒有止步不前，而是投入了更大的研究精力，成果也如雨后春筍般層疊而出。2006年，他進行的物理層網絡編碼的初步研究僅涉及信號的調制與檢測。為了克服無線信道衰落和噪聲的影響，必須采用信道編解碼以對抗傳輸失真。傳統的信道編解碼建立在點對點通信基礎上，不適用于PNC中網絡編碼的信號。針對PNC的特殊傳輸機制，張勝利將PNC的信號檢測與信道編碼的解碼操作在算法層面進行了融合，首次提出了PNC與信道編碼的聯合解碼算法。在此基礎上，張勝利又首次實現了雙向中繼信道通信基礎理論的突破。

此外，有限域PNC雖然理論性能逼近容量限，但是需要發送節點之間完全同步，實現代價大。因此，張勝利進一步研究了僅需符號級時間同步的無線域PNC，并于2013年提出了不需要信道估計的盲已知干擾消除算法。2015年，張勝利又首次在信息論層面嚴格證明了BKIC可達的速率，逼近已知干擾信道的容量限。眾所周知，物理層網絡編碼在空中傳輸的是疊加信號，因而具有天生的安全性，能夠對抗無線媒介的信息泄露。但是相關的物理層安全算法，如果采用無線域PNC的轉發策略則性能受限，如果采用有限域PNC的轉發策略則需要理想信號同步。因此，張勝利將有限域PNC的取模操作和無線域PNC的干擾消除方法結合，提出了對疊加信號做“取模—放大”的中繼轉發方案，克服了傳統放大轉發算法在不可信中繼傳輸中的功率困境，且僅需要符號級時間同步。以上的研究成果均獲得了學術界的高度認可。

現在，張勝利教授還將他在網絡編碼、無線網絡的研究和區塊鏈技術結合起來，針對區塊鏈中的存儲技術、共識方案、通信等展開了創造性的研究。

獨辟蹊徑自成才，腳踏實地求突破，這正是張勝利學術生涯的真實寫照。未來的路還有很長，他還要進行更多更深的研究。我們期待著，他帶給我們更多的驚喜，帶給世界更多的發現。