北京邮电大学信息与通信工程学院院长彭木根——br“让老百姓实现畅通互联”(科创正青春)
  发表时间:2024-07-21 02:22:06 | 作者:米乐首页 

  你有过这种体验吗?在人群密集的演唱会、体育场、商场或车站,手机网络更容易受一定的影响,最直观的感觉就是“人多的地方信号差”。

  2008年8月8日,已在北京邮电大学电信工程学院任教的彭木根,同样被这一问题困扰。那天,他幸运地在现场观看了北京奥运会开幕式,彭木根原本准备在“鸟巢”给家里打个电话,与家人一同分享这份喜悦,但电话却拨不通……

  核心区域人口密集但基站有限,通信质量很难保证。如何破解这一难题、让人流密集区域的无线高容量上网不再是奢望?

  从2000年进入移动通信领域以来,彭木根致力于人口密集区域的移动通信系统灵巧基站和智能无线G,他为中国自主研发的密集无线网络技术成为国际主流、改变世界通信格局作出了贡献。2021年,彭木根被授予北京“最美科技工作人员”荣誉称号。

  2000年,彭木根从南京邮电大学计算机科学与技术系毕业。那一年,他做了人生中至关重要的一个决定——放弃已拿到的企业高薪职位,去北京邮电大学通信工程专业继续深造。

  彼时,中国第三代移动通信(3G)标准TD-SCDMA的核心基础理论发展并不成熟,缺乏相关理论研究,严重制约产业应用。一些国外专家甚至由此断言,中国的3G只能应用于小型局部组网,不适合大规模无缝组网。

  “我不信这个邪。我觉得中国未来的移动通信行业前景广阔,这也是我跨专业考研的原因。”彭木根说。

  一个TD-SCDMA小区有多大容量、能接多少用户?多个基站同时共存时小区之间的干扰有多大?怎么样才可以实现大规模无缝组网?……来到北邮后,彭木根一头扎进这些棘手难题,率先开展了TD-SCDMA组网理论和关键技术攻关。

  经过多年刻苦钻研,彭木根通过引入多用户检测技术和波束赋形增益因子,成功构建出单小区和多小区的容量分析模型,推导得出了有别于其他3G技术的小区容量表达式。换句话说,彭木根的研究证实了中国3G的容量和覆盖性能与其他3G系统相比基本无差别,推翻了此前国外专家的武断结论。

  对不少通信专业的学生来说,《TD-SCDMA移动通信系统——增强和演进》是一本耳熟能详的行业专著,彭木根是作者之一。这本出版于2008年的图书,直到今天还被誉为“中国3G产业宝典”,其中详尽阐述了中国3G的基础理论、关键技术、标准制定、测试结果等,3年内加印了10余次。

  在3G时代,中国主导的移动通信制式TD-SCDMA、欧洲的WCDMA与美国的CDMA2000共同成为全世界三大移动通信标准,中国第一次向世界通信业发出了自己的声音。

  2013年,普林斯顿大学著名院士文森特·珀尔收到了一封言辞恳切的邮件,这封邮件来自彭木根。那年,已在国内学术圈小有名气的彭木根,决定暂别安稳的教学与科研生活,出国进修。珀尔在通信工程和信息论领域久负盛名,此前并未遇到过毫无“留洋”经验的中国学者。彭木根字里行间的真诚打动了他,让珀尔看到了这个中国青年对学术研究的执着与坚定。

  受益于十分熟悉产业高质量发展情况,彭木根在访学期间发表论文的效率与质量都很高,兼具学术性与实用性,其中多篇成为ESI高被引论文。这段时间的科研成果也奠定了他在国际学术界的地位。

  回国后,彭木根将更多精力投入到热点区域无线组网的研究中,以期解决像“鸟巢”一样的热点区域无线高容量上网的问题。

  经过一次次假想与测试,彭木根提出“即插即用”的灵巧小基站及智能组网方案。灵巧小基站安装在体育场馆等热点区域,实现了多个运营商接入设备共享,大幅节省了安装空间,有效破解了体育馆、中央商务区、大型活动等用户密集区域的无线网络高容量、低成本、自适应组网难题。

  在北京邮电大学密集无线网络实验室内,彭木根展示了“5G云小站”和“5G雾小站”的应用。“5G云小站”是一个2米多高的机柜,能将基站的干扰处理、网络管理、业务平台等集合,借助云计算和人工智能进行集中信号处理,从而抑制密集基站间的干扰,提升网络容量。

  “‘5G雾小站’则在‘5G云小站’的基础上,增加了边缘计算及智能技术,能更好适应极低时延和巨容量性能需求,保证所有网络运行数据掌握在用户自己手中。”彭木根说,通过实现本地化的数据分析和智能优化,该技术还可应用于农、林、矿等诸多场景。

  目前,彭木根正带领团队从事6G理论和技术的研究,包括4个方向:6G空间信息通信、6G无线G无线G无线内生安全。

  彭木根介绍,与现有5G主要服务于地面用户不同,6G地面蜂窝网络将与包括卫星、无人机、高空平台在内的空间网络相互融合,构建起空天地一体化三维立体网络,覆盖陆地边远地区、海洋、极地等传统无线网络难以覆盖的地区,实现全球广域覆盖。“从技术层面来看,6G比5G最直观的提升在于传输速率更高、通信时延更低。有报告数据显示,6G峰值网速最高可达100Gbps;网络延迟也可能从‘毫秒’级降到‘亚毫秒’级。”他说。

  可以大胆想象未来这样一幅场景:面向人与人的通信演进为人—机—物的智慧互联,原先在5G中使用的高清视频传输、工业互联网、车联网等功能将在6G中加强完善,全息通信、智慧车联网、智慧工业互联网等技术将逐渐成熟并进入商用……曾经在影视作品里出现的画面,正一步步变成现实。

  “以无人驾驶为例,目前智能汽车的感知要依靠本地多种传感器,包括摄像头、毫米波雷达、GPS、激光雷达等。虽然综合精度达到厘米级甚至毫米级,但仍无法充分满足无人驾驶需求。6G网络能够解决自动驾驶传感器感知范围受限、精度不足、信息传输延迟等问题,提升车辆应对突发事件的响应能力。”彭木根介绍。

  向着这个目标,彭木根带领团队又一次踏上了技术攻关之路。“在任何时间、任何地点,都能让老百姓实现畅通互联,这就是我们从始至终以来最想实现的。”彭木根说。

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