无线信道上的“90后”奋斗者——记北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室高

　　文章刊登于《中国科技产业》杂志

　　

　　在信息通信技术高度发达的今天，如果有一样东西是人们出门必带的物品，相信很多人不约而同都会想到它——手机。无论身处何时何地，只要拥有了手机，拥有了信号，都会让人感觉与家人、与世界紧密相连。

　　从古至今，信息的获取与传递都是人类与生俱来的本能。从古代“烽火台”到近代大航海，再到今天的无线电传输，为了更快、更方便地传递信息，无数人为此奋斗.北京交通大学副教授杨汨就是其中之一。

　　为万物互联铺路

　　信息的传递必须通过具体的媒介进行，比如文字、语言、电码、图像等。在整个传递过程中，信息传播的媒介即为信道。对于有线通信，信道就是电缆；而对于无线通信而言，信道就是电波传播时所通过的物理空间。

　　杨汨研究的领域主要就是无线信道。相比起有线电来说，无线信道更复杂、难以琢磨，因为无线电波从发送端到接收端之间，并没有一个有形的连接，它的传播路径也可能不只一条，整个空间中存在的物体都有可能影响无线电波信号的传递。因此，无线信道的研究对无线通信技术发展至关重要。

　　“无线信号不像网线传输那样稳定，空气中存在的大楼、行人，天气的好坏等因素都会有影响。我们研究的核心就是为了看无线电波在空气中传播的时候到底受哪些因素影响。”杨汨介绍，无线信道研究的总体目标可以概括为两个：一是事前服务于无线通信系统的设计；二是事后服务于无线通信系统的评估。

　　“因为布网的时候不可能预先把所有的实际情况都掌握，就需要事后不断通过设备去检测各地无线信号到底能不能用、好不好用，如果不好用的话又是因为哪些因素。这样就可以针对性地进行调整，同时也为后续的布网吸取经验。”杨汨介绍。无线信道是整个无线通信技术领域标准的一部分，比如现在广为人知的5G标准（第五代移动通信技术）中就有专门的部分涉及无线信道，任何地区、厂家想要布网都需要参考按照标准执行。

　　移动通讯设施是当前及未来世界实现人机物互联的网络基础设施。近年来，移动通信基本延续着每十年一代技术的发展规律，从1G、2G、3G再到4G、5G，每一次代际跃迁，每一次技术进步，都极大地促进了产业升级和经济社会发展。比如从1G到2G，实现了模拟通信到数字通信的过渡，移动通信走进了千家万户；从2G到3G、4G，实现了语音业务到数据业务的转变，传输速率成百倍提升，促进了移动互联网应用的普及和繁荣。而现在具有更高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术——5G，更将成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。

　　而信道，简单来讲是一种对无线通信中发送端和接收端之间的通路的形象比喻，对于无线电波而言，信道从发送端传送到接收端，其间通常“空空如也”，并没有一个有形的连接。杨汨介绍，无线信道作为移动通信领域的一部分，一方面既被整体移动通信技术的发展引领，另一方面也引领着技术的发展。“比如4G的时候，其中某些关键技术可能对无线信道有特殊需求；另一方面，相关研究也可以引领通信技术的发展，有时信道领域一些新的发现也能为特定技术的发展提供资源和思路。”

　　杨汨介绍，一般情况下无线信道研究要略微先于现在的公网发展。“比如5G技术在2019年前后实现商用，标准化工作大概需要提前1-2年完成，而信道相关研究的开展还要更早，整个移动通信领域最早做的基本就是无线信道研究工作。”从这方面而言，无线信道既是技术的基石又是工作的先行者。。

　　从零开始做科研

　　虽然已经在通信领域学习了十余年，但杨汨真正接触科研，尤其是无线信道研究其实是从博士时期开始的。

　　“不像现在很多人本科时期就开始接触研究工作，甚至进实验室跟项目；其实我刚读研时对科研的概念比较模糊。”杨汨介绍，他研究工作的起点是从一个比较小的项目开始的。

　　“项目是跟公司合作的，经费不太多。但是从立项、写报告，到过程中跟合作方的反复沟通、合作，再到项目落地执行，我全流程的参与了项目工作，包括平台开发、测试测量以及理论分析和报告撰写等。”在该研究中，设计了一套移动场景多天线信道测量系统；采集了大量实测数据并针对车联网场景提出了新模型，丰富了相关电波传播理论和信道建模研究工作。

　　基于这一完整的项目经验，杨汨也算是初步迈入了科研的大门。同一时期，他也幸运地参与了导师的一个重要项目——国家863计划“第五代移动通信（5G）系统前期研究开发”，并参与了其中大规模天线阵列Massive MIMO（Massive multi-input, multi-output）信道测量及建模工作。

　　彼时5G技术还处在关键的研究阶段，Massive MIMO被认为是5G关键技术之一，其有望大幅度提高系统的传输速率、吞吐量，提升通信可靠性，借助波束赋形技术，还能够提升能源利用效率、降低用户间干扰。然而，关于Massive MIMO的信道测量与建模研究国际上还较少，对于Massive MIMO信道特性的深入分析还比较欠缺。Massive MIMO信道研究的目标，就是利用大规模阵列天线及sounder系统，开展5G典型场景下的信道测量，获取包含5G信道特征的测试样本，服务于5G massive MIMO信道参数萃取及模型开发，提升对于5G传播信道的科学认识，最终建立服务于系统设计的信道模型库。

　　上面两个项目基本贯穿了杨汨整个读博时期。尽管在项目研发过程中也遇到各种各样的困难，但杨汨始终认为，作为一名科研人一定要有坚定的信念才能走下去。也正是基于此获得的大量数据和理论基础，支撑起了杨汨博士毕业论文“面向智能交通的时变方向性信道测量与建模研究”，并获得了中国电子学会优秀博士学位论文和北京市优秀博士论文。

　　科研世界迎来了新一代

　　从本科到硕士再到博士，杨汨一直就读于北京交通大学电子信息工程学院，先后获得宝钢优秀学生特等奖、北京交通大学“五四”奖章、北京交通大学“知行”奖学金、中国研究生电子设计竞赛全国一等奖、北京市优秀毕业生等奖励。此外发表第一作者论文十余篇。

　　博士毕业后，杨汨顺利留校，加入了北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，与学生时期的导师、前辈成为了同事。熟悉的环境良好的氛围都给科研工作带来了极大支持。

　　工作后，他也继续朝着无线信道这一小而精的领域前行。近两年先后参与了多项重点项目，与博士期间的研究一脉相承并逐步扩展，已经涉及到通信感知一体化信道、毫米波移动性信道、智能化信道建模方法等更多领域。尤其是智能交通背景下的信道研究，即契合国家“交通强国”和“新基建”的大背景，又是北京交通大学的优势学科领域，是未来开展工作的重点领域。远期目标是面向当前公路、铁路交通运输系统的智能化和信息化需求，通过无线通信技术实现车辆与其他车辆、行人、道路基础设施和网络云平台的全方位和高效率信息传输，提供更加安全高效的出行方式，致力于为智慧交通体系、交通强国战略的实现提供突破口。同时在毫米波信道研究领域，也计划开展针对性研究，以期对车联网等智能交通新系统的建设与发展、对公众数字移动通信系统的高质量传输、高效频谱利用提供理论基础。

　　从博士期间正式接触科研开始，杨汨已作为主要研究人员参与了十余项与无线传播信道相关的科研项目。在他看来，虽然其中有很多项目都极具挑战性，但某些方面的具体问题一般不是最困难的地方。如今，付出的汗水也结下了许多硕果，仅在博士期间，杨汨就已发表期刊论文5篇，获得IEEE/CIC ICCC会议最佳论文奖1次；他还曾参加中国研究生电子设计竞赛，获得全国总决赛一等奖并获评“Top10优秀团队”（大赛最高奖）以及华为网络与通信赛亚军和MathWorks专项赛二等奖；此后，杨汨还曾先后获得“校级三好研究生”和博士研究生“国家奖学金”、宝钢优秀学生特等奖和北京交通大学“五四”奖章、北京交通大学“知行”（校长） 奖学金、中国研究生电子设计竞赛全国一等奖、北京市优秀毕业生等诸多奖励。

　　“如果科研目标明确，总能找到解决办法。最困难的其实是找不到方向的时候。”最困难的时期就是刚决定读博但还没想好具体方向的时候，“但度过那个阶段之后，困难的问题也都找到了解决办法”。

　　作为科研界的新人，杨汨觉得这一届“90后”科研工作者，与前辈科学家相比，更加有自己的想法，自主意识更强。“有些人觉得这样不太好，比如不太爱社交、太自我等，但我觉得至少对于科研这类创造性工作来说，还是百花齐放，各有各的特色更好。”

　　“尤其对于科研领域而言，一定要对自己研究的预期目标和想得到的预期成果有清楚的认知，哪怕这个认知是不断变化的，但当下那个时刻一定要知道自己要的是什么。另外，思维也要更加开阔一点，不要只局限在自己的小领域。”杨汨说，他一直以来闲暇的时候都喜欢看点杂书，对各领域的信息都比较感兴趣，这些对他扩展思路、开阔眼界以及在通信领域的本职研究都有帮助。

　　在埋头奋进的人生之路上，杨汨只是做了该做的事情，把职业变成了值得奋斗终生的事业。如今，像杨汨一样极具个人特质的新一代“90后”科研工作者，正在越来越多地涌向各个研究领域。就像飞速发展的互联网世界一样，他们也以坚定的自信心和无穷的创造力，同这个世界前行，也改变着这个世界的走向。

　　人物简介：

　　杨汨，北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室高聘副教授。多年来主要研究方向为智能交通中的无线通信系统，他长期从事无线信道测量和建模研究工作，其目标是致力于道路交通更加安全、高效和绿色，建立一种车辆、行人、基础设施等所有交通参与者之间高效可靠的无线通信链路。

　　杨汨为北京交通大学电信学院2017级通信与信息系统专业博士研究生，师从艾渤教授。博士期间，杨汨的研究方向为宽带移动通信系统中的电波传播和信道建模理论。他的博士毕业论文《面向智能交通的时变方向性信道测量与建模研究》获得了中国电子学会优秀博士学位论文和北京市优秀博士论文。

　　近年来，杨汨先后主持参与多项国家自然科学基金国际合作与交流项目、面上项目、国家重点研发计划项目等与传播信道研究相关的科研项目，并主持研究生创新项目（Ⅱ类）1项。发表SCI期刊论文14篇，他以第一作者在IEEE Trans. on Wireless Communications、IEEE Trans. on Vehicular Technology和IEEE Trans. on Intelligent Transportation System等领域内高水平期刊上发表SCI论文4篇，其中An1一篇，An2两篇，An4一篇，EI国际会议论文19篇（其中第一作者7篇），杨汨的论文曾获得IEEE/CIC International Conference on Communications in China (ICCC 2018)最佳论文奖，专著章节1章，申请专利3项；提交国内外标准和学术组织（IMT-2030、IMT-2020、COST 等）提案多项。他还曾获得中国研究生电子设计竞赛全国总决赛一等奖并获评“Top10优秀团队”（大赛最高奖）以及华为网络与通信赛亚军和MathWorks专项赛二等奖。并获得宝钢优秀学生特等奖、北京交通大学“五四”奖章等多项荣誉。