從150多年前電報的問世,到150多年后現代電信技術的成熟,通信的發展離不開來自各界成千上萬的科學家和研究人員的辛勤勞動。如今,無線通信這一技術已經深入到人們生活和工作的各個方面,如我們日常使用的手機、無線電話,再如WLAN、UWB、藍牙、寬帶衛星系統等都是21世紀熱門的無線通信典型技術。
無線通信是一種可以僅利用電磁波信號,而不需要通過線纜就可以在自由空間中交互信息的通信方式,也是近年來信息通信領域中發展最快、應用最廣的技術之一。來自北京交通大學軌道交通控制與安全國家重點實驗室的何睿斯副教授在無線通信領域里聚焦于無線電波傳播、無線信道測量與建模以及高速鐵路移動通信等多個方向,在無線通信的發展中開辟出了一條艱苦卓絕、不辱使命的道路。
通信世界的別樣人生
說起和無線通信的結緣,還得從2009年何睿斯在北京交通大學攻讀碩士時談起,當時無線通信正以迅雷不及掩耳之勢飛速發展,寬帶移動通信更成為科研學者爭相搶奪的研究熱點。但面對無線通信領域里五花八門的研究方向,何睿斯并沒有跟風去選擇當時的熱門專業,反而選擇了就算放在現在都相對冷門的研究方向。“我之所以選擇無線電波傳播,就是看到了它的實用之處。”何睿斯表示。無線電波最早應用于航海中,可用于船只與陸地之間的信息傳遞。隨著技術的逐漸成熟,小到日常的微波爐加熱、通訊電話,大到衛星導航系統、接收宇宙天體發射的無線電波信號等,都能看到它的身影。
盡管如此實用,但最初在何睿斯的研究中,“冷門”“小眾”“無人賞識”這樣的評價,經常能聽到,但他毫不在意,反而積少成多,研究得越深入,何睿斯就越覺得當初選擇的正確性,也把科研的每一步走得更加扎實。由于何睿斯表現突出,他在碩士第2年就直接進入了博士階段的學習,這令他對接下來的科研路更加充滿信心。
如今,何睿斯再也聽不到當初反對的聲音了,就拿他和團隊格外關注的高速鐵路通信問題來講,這不僅是第五代移動通信里的難點,更是熱點。近幾年,團隊還將精力投入到了高速移動通信測量與仿真平臺的打造上。何睿斯表示,平臺的建設是在第五代移動通信的大背景下進行的,有了這樣強大的驅動力,諸如車聯網、大規模天線、毫米波這種高速移動的通信問題都將會得到解決。
鐵路安全性一直是鐵路工程的重中之重,但人們在考慮安全問題時,往往忽視了生產效率和經濟效益。一般來說,為了保證鐵路通信全方位的覆蓋,需要布設大量的通信基站,數量難以把控,也就直接導致了鐵路通信經濟效益的低下。據統計,某些鐵路線路中基礎設施投入的經濟浪費可達到40%甚至50%。由于一直缺乏系統的研究,一些不必要的通信設施投入往往不為人知,在這樣的驅動下,何睿斯團隊勇挑大梁,對鐵路的實際線路情況、通信系統測試數據以及基站覆蓋質量進行了海量調研和數據分析,最終建立了一套完整的鐵路通信覆蓋預測模型。該模型不僅有效緩解了鐵路基站過度冗余覆蓋的情況,還對一些鐵路設計院的工程設計以及鐵路通信系統的列入預算和網絡優化等問題,起到了切實的指導作用。
要知道,在影響鐵路無線通信系統性能的眾多因素中,信號覆蓋質量占了絕大比重,因此對覆蓋質量的準確預測尤為重要。何睿斯團隊所做的努力,使鐵路信號覆蓋質量與之前相比有了顯著提升。“整個鐵路通信系統的覆蓋質量、信號覆蓋預測的準確性、通信鏈路預算的可靠性,都是我們需要提升的重點。”何睿斯談到。
此外,近年來人工智能技術發展迅速,但一直以來,電波傳播理論都被認為是“古董級”的傳統學科,很難和“前沿”“時髦”扯上關系。但何睿斯偏不信,他就是想要用當前大熱的人工智能技術來解決無線通信領域中電波傳播及信道建模理論的難點問題。當前,何睿斯團隊已經率先開展了面向無線傳播信道多徑信號聚類算法的全面研究,借助人工智能技術解決了高速移動場景、多天線場景下多徑信號聚類的難題,并針對基于人工智能的信道建模理論等國際前沿問題發起沖擊。事實證明,他不僅將人工智能和電波傳播理論兩者聯系起來,更有青出于藍而勝于藍的架勢。他牽頭與英國蘭卡斯特大學的丁志國教授合作,在《機器學習在無線通信中的應用》一書中,從無線通信層面細談人工智能和機器學習在其中的應用,該書預計2019年出版。他所開展的多徑信號聚類算法研究也得到了美國國家計量院、美國5G毫米波信道科學聯盟、歐洲COST組織的關注。縱然小眾,但何睿斯迎著無線大數據飛速發展的勢頭,將研究的每一步都落在實處。
走出去也記得走回來
其實說起來,現在何睿斯回國還不到一年。碩士期間,他在導師鐘章隊的指導與推薦下,到西班牙馬德里理工大學做訪問學者,從事隧道通信的研究。結束了訪問學者的工作,何睿斯又啟程遠赴美國南加州大學,師從著名無線通信專家Andreas F.Molisch教授,聚焦于無線信道與車聯網通信技術的研究。一直對高速鐵路通信情有獨鐘的何睿斯,在南加州大學訪問期間,還不忘促進雙方的校級合作。直到今天,南加州大學還在就高速鐵路的信號測試,及物理層面的研究與何睿斯團隊保持著密切的聯系。此時,何睿斯的訪問之路還沒結束,他又馬不停蹄地趕赴比利時魯汶大學,跟隨著名MIMO技術專家ClaudeOestges教授,延續車聯網與無線信道的研究。
結束比利時訪問后,2016年,何睿斯以教師身份出訪美國佐治亞理工學院。兜兜轉轉一年后,何睿斯返回北京交通大學并繼續針對5G電波傳播理論、無線信道開展研究。在第五代移動通信的場景中,室內、室外,靜態、動態,多種多樣,各具特色。何害斯很看好高速移動場景,因此他在大數據背景下與團隊探討新穎的信道參數估計方法和建模方法,并力爭走向領域前沿。
在國外多年,何睿斯收獲了很多,但他還是義無反顧地選擇回國。究其原因,何睿斯也給出了答案。如今,國內在無線通信領域的發展勢頭良好,給了科研工作者更多施展拳腳的機會。再加上導師鐘章隊教授團隊內朝氣蓬勃的氛圍,以及先進前沿的學術思想,無一不感染著何睿斯。現在想起來,他的決定并沒有錯,同時也在步步推進著下一步的研究進程。
勇挑教學重擔
和何睿斯交談,一定就會被他身上斗志昂揚的勁頭吸引。的確如此,無論科研還是教學,他始終都干勁十足。
在對研究生的培養上,他不斷強調信心建立的重要性。他認為能夠認識到自己工作的價值與意義,并得到他人認可,才會對研究保持高度的信心和極大的熱情。為此,在培養學生的初級階段,何睿斯反而能夠欣然接受學生在工作上的不足與不成熟,他還會特別鼓勵學生繼續研究。在他看來,科研是一個循序漸進的過程,哪怕一開始只從簡單的研究入手,哪怕偶爾遭遇科研的“滑鐵盧”,何睿斯也從不輕易放棄任何一個學生。一旦度過這段低谷期,學生就會在科研上找到自身的歸屬感和成就感,這樣一來,也會化被動為主動,更好地完成自己的科研工作。除此之外,何睿斯還特別鼓勵學生“走出去”。“多一些出國參會與訪問的機會,對學生發展有百利而無一害。”何睿斯說道。
教學的重擔,對何睿斯來說,更像是一種“甜蜜的負荷”,雖然勞累,但卻充實。“敢于嘗試”,一直都是他對自己的要求,因此,他也不忘激勵學生,敢于在自我懷疑中找到科研創新的巨大價值。他提到:“盡管科研過程中常常會因為挫敗而自我否定,但不要躲在失敗背后,而是要做到改進。”
正是抱著這樣勇于挑戰、不怕失敗的信念,何睿斯一步一個腳印,用心中最初的那份篤定與赤誠,在無線通信領域的飛速發展下,時刻準備著為人生加速。