觸摸通信科技尖峰
——記西安交通大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授李昂

劉 旭

“科研工作最吸引人的地方在于其不重復(fù)性，我非常享受帶著興趣不斷探索科學(xué)未知邊界的過(guò)程。以科研創(chuàng)新為基礎(chǔ)，為我國(guó)通信技術(shù)領(lǐng)域的突破和發(fā)展貢獻(xiàn)一分力量，是我一直以來(lái)的追求。”剛剛而立之年的西安交通大學(xué)信息與通信工程學(xué)院李昂教授快人快語(yǔ)，眼神中帶著西北人的豪爽與熱情。

2020年3月，李昂從澳大利亞悉尼大學(xué)完成博士后研究工作，通過(guò)“青年拔尖人才計(jì)劃”正式入職西安交通大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，并鎖定5G和未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中物理層的關(guān)鍵技術(shù)，致力于多天線（MIMO）通信系統(tǒng)、毫米波通信、符號(hào)級(jí)預(yù)編碼、波束成形、有益干擾、高能效通信、波束追蹤等多個(gè)方向的研究，承擔(dān)起陜西省科學(xué)技術(shù)廳重點(diǎn)項(xiàng)目“下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多用戶上下行安全傳輸技術(shù)研究”等多個(gè)重量級(jí)科研項(xiàng)目，志在攻克我國(guó)通信技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，彰顯中國(guó)科技的硬核實(shí)力。

毅然回國(guó)，以創(chuàng)新發(fā)力通信科研

“學(xué)成之后，回到祖國(guó)，一直在我的計(jì)劃之中?！崩畎赫f(shuō)。盡管已在國(guó)外獲得專業(yè)領(lǐng)域的高度認(rèn)可，但李昂回國(guó)的決心始終沒(méi)有動(dòng)搖過(guò)。2011年本科畢業(yè)于西安交通大學(xué)信息工程專業(yè)錢學(xué)森實(shí)驗(yàn)班，他的身上傳承著交大人踏實(shí)、認(rèn)真的傳統(tǒng)。正是這種扎扎實(shí)實(shí)的作風(fēng)，以及鎖定目標(biāo)就勇往直前的精神，讓他的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)之路看起來(lái)比別人更順?biāo)煲恍?/p>

本科畢業(yè)后，他保送西安交通大學(xué)信息與通信工程專業(yè)的碩士研究生，并以優(yōu)異的成績(jī)于2014年獲得碩士學(xué)位。為了拓寬學(xué)術(shù)視野，他又考取了英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院電子電氣工程專業(yè)博士研究生，并于2018年獲得哲學(xué)博士學(xué)位。2018年5月至2020年2月，他以博士后研究員身份在澳大利亞悉尼大學(xué)電子與信息工程學(xué)院從事研究工作。

但問(wèn)耕耘，莫問(wèn)收獲，全身心投入研究工作中的李昂，卻以自己的創(chuàng)造性工作不斷收獲著累累碩果。近年來(lái)，他在無(wú)線通信領(lǐng)域I E E E知名刊物和會(huì)議累計(jì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文46篇，其中I E E E期刊文章22篇，其中通訊作者15篇，第一作者11篇，包括無(wú)線通信領(lǐng)域頂級(jí)期刊I E E ECommunications Surveys&Tutorials文章1 篇（第一作者兼通訊作者），IEEE Transactions on Wireless Communications、IEEE Transactions on Signal Processing、IEEE Transactions on Communications等IEEE匯刊文章17篇。在IEEE ICC、IEEE GlobeCom、IEEE ICASSP、IEEE SPAWC等IEEE國(guó)際權(quán)威會(huì)議上共計(jì)發(fā)表會(huì)議文章24篇，其中第一作者17篇，邀稿3篇。他長(zhǎng)期擔(dān)任I E E E多個(gè)期刊和國(guó)際會(huì)議的論文評(píng)審人，2017年和2019年分別被評(píng)為IEEE Communications Letters和IEEE Transactions on Communications模范審稿人（Exemplary Reviwer）。尤其是在澳大利亞悉尼大學(xué)期間，他曾作為組織者和分會(huì)主席，在IEEE信號(hào)處理協(xié)會(huì)旗艦會(huì)議IEEE ICASSP2020上組織了一項(xiàng)特別會(huì)議，其在國(guó)際通信技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響不斷擴(kuò)大。

李昂

談到作為一位學(xué)者的成長(zhǎng)與蛻變，李昂更多的是把困難當(dāng)作成長(zhǎng)的契機(jī)。“其實(shí)，我的成長(zhǎng)路上也有所謂的‘空瓶期’。比如我剛到英國(guó)讀博時(shí)，第一次投稿的論文就一下子收到二三十條修改意見(jiàn)。當(dāng)時(shí)對(duì)我打擊很大。正是從那時(shí)開(kāi)始，我明白了只有那些符合實(shí)際通信場(chǎng)景的方案才能夠真正推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。”也是從那時(shí)開(kāi)始，李昂提高了對(duì)自己的要求，并逐漸完成了從一個(gè)學(xué)生到研究者的轉(zhuǎn)變。在他看來(lái)，只有不斷提高對(duì)自身的要求，勇敢地突破，才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的通信技術(shù)研究領(lǐng)域做出不凡的成果。

鎖定關(guān)鍵技術(shù)，勇攀通信尖峰

“隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境的需求，已經(jīng)不亞于對(duì)現(xiàn)實(shí)安全環(huán)境的需求。”李昂說(shuō)。

5G時(shí)代，信息安全已成為通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。萬(wàn)物互聯(lián)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，人們會(huì)把更多的隱私、秘密、權(quán)限放在網(wǎng)絡(luò)上，或者在網(wǎng)絡(luò)上使用，而這些信息必然會(huì)被存儲(chǔ)和記錄，由此帶來(lái)的信息安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之加深。未來(lái)，隨著車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的建立和應(yīng)用，信息安全的戰(zhàn)略意義將更為凸顯。如何走在科技發(fā)展的前列，做好通信技術(shù)儲(chǔ)備，作為通信技術(shù)專家，李昂發(fā)揮自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，做了一系列工作。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）課題組合影

“大數(shù)據(jù)時(shí)代，除了在通信協(xié)議層實(shí)現(xiàn)信息安全，通過(guò)預(yù)編碼的無(wú)線通信方式加入人工噪聲干擾，進(jìn)而在物理層實(shí)現(xiàn)通信安全，在技術(shù)上將更為可靠和安全。因此，如何實(shí)現(xiàn)通信的物理層安全成為當(dāng)前通信技術(shù)領(lǐng)域急需突破的難點(diǎn)，也成為各個(gè)國(guó)家技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的重要方面?！崩畎航榻B說(shuō)。

由于5G技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，全球5G競(jìng)賽升溫速度也比預(yù)期來(lái)得要快。多個(gè)國(guó)家都在圍繞5G展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，力爭(zhēng)在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先成果?；谖靼步煌ù髮W(xué)信息與通信工程專業(yè)的有力支持，李昂承擔(dān)起陜西省科學(xué)技術(shù)廳重點(diǎn)項(xiàng)目“下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多用戶上下行安全傳輸技術(shù)研究”，并擔(dān)任合作方負(fù)責(zé)人。

據(jù)李昂介紹，隨著無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴(kuò)大，無(wú)線通信技術(shù)需要滿足行業(yè)急速增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量。而眾多無(wú)線通信技術(shù)中，多天線無(wú)線通信系統(tǒng)及其相應(yīng)的預(yù)編碼方案設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能無(wú)線通信系統(tǒng)的物理層關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，多天線無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸中存在的信息流間干擾和用戶間干擾是制約無(wú)線傳輸性能的一個(gè)主要因素，因此如何處理多天線傳輸中的干擾始終是多天線通信系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵所在。從傳統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)看，干擾被認(rèn)為是限制無(wú)線通信系統(tǒng)性能的一種有害因素，因此傳統(tǒng)的幀級(jí)別預(yù)編碼設(shè)計(jì)方案盡量減少、消除或避免無(wú)線傳輸中的干擾。和傳統(tǒng)方案相比，近年來(lái)提出的基于有益干擾（Constructive Interference）的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼（Symbol-Level Precoding）方案能極大提升多天線無(wú)線通信系統(tǒng)的性能。因此，基于有益干擾的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

“在多天線無(wú)線通信系統(tǒng)的下行傳輸中，通過(guò)利用額外的數(shù)據(jù)符號(hào)信息，基于有益干擾的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案能將原先對(duì)無(wú)線傳輸有害的干擾信號(hào)轉(zhuǎn)化為有益的有用信號(hào)功率，從根本上解決了多天線通信系統(tǒng)下行傳輸中的信息流間干擾或用戶間干擾問(wèn)題，將進(jìn)一步提升多天線系統(tǒng)的無(wú)線傳輸性能。這正是我們這一項(xiàng)目的目標(biāo)所在?！崩畎盒判臐M滿地說(shuō)?；谶@一項(xiàng)目，他還將有益干擾定義為使接收數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)一步遠(yuǎn)離檢測(cè)門限的干擾信號(hào)，而有益干擾區(qū)域則為使數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)一步遠(yuǎn)離星座圖解調(diào)門限的區(qū)域。

李昂的信心源于扎實(shí)的前期積累。據(jù)了解，李昂的博士導(dǎo)師Christos Masouros教授即是有益干擾概念的提出者之一，李昂自博士期間開(kāi)始一直從事有益干擾及符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的相關(guān)研究工作，對(duì)基于有益干擾的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的問(wèn)題分析、數(shù)學(xué)描述、實(shí)際應(yīng)用背景和需求有深刻的理解，并發(fā)表多篇 IEEE期刊文章。他2018年發(fā)表在IEEETransactions on Wireless Communications期刊上的文章首次揭示了符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的最優(yōu)預(yù)編碼結(jié)構(gòu)，同時(shí)進(jìn)一步提出的低復(fù)雜度算法避免了對(duì)復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題的直接求解，在不損失性能的前提下極大降低了符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的計(jì)算復(fù)雜度，得到了多位領(lǐng)域內(nèi)知名專家的肯定和認(rèn)可。

李昂介紹，目前針對(duì)符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的研究仍然有很多科學(xué)問(wèn)題亟待解決，其中關(guān)于如何應(yīng)用到實(shí)際通信系統(tǒng)這一方面的問(wèn)題尤為突出。為解決這些問(wèn)題，未來(lái)他將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)迎難而上，努力在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破，包括針對(duì)多調(diào)制共存場(chǎng)景的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案研究、滿足低峰均比傳輸?shù)姆?hào)級(jí)預(yù)編碼方案研究以及不同數(shù)據(jù)符號(hào)組合對(duì)符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案的影響研究等，著力建立普適性的有益干擾條件數(shù)學(xué)表達(dá)式，設(shè)計(jì)低峰均比約束下的符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案，揭示不同數(shù)據(jù)符號(hào)組合對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼矩陣之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而切實(shí)解決當(dāng)前通信場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用需求。

在英國(guó)倫敦海德公園

“緊密聯(lián)系實(shí)際的科研工作，讓人深深沉醉。”李昂說(shuō)。雖然今年科研項(xiàng)目的進(jìn)展在一定程度上受到疫情的影響，但是現(xiàn)在他和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)恢復(fù)工作，正處在緊鑼密鼓的科研攻堅(jiān)之中。

除了上述項(xiàng)目，由李昂承擔(dān)的“陜西省人才計(jì)劃”青年項(xiàng)目、陜西省科學(xué)技術(shù)廳項(xiàng)目“面向5G的高能效毫米波傳輸方案研究”等也在持續(xù)推進(jìn)中。

顛覆創(chuàng)新，昂首奮進(jìn)再出發(fā)

隨著全球科技競(jìng)爭(zhēng)的加劇，我國(guó)的基礎(chǔ)研究呼喚顛覆式創(chuàng)新。以創(chuàng)新性技術(shù)驅(qū)動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，成為真正增強(qiáng)我國(guó)通信技術(shù)實(shí)力的必由之路。李昂深知這一點(diǎn)。在母校的支持下，他將再接再厲，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)勇攀通信技術(shù)巔峰。

據(jù)李昂介紹，西安交通大學(xué)信息與通信工程專業(yè)是我國(guó)原“211工程”和原“985工程”中學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)的學(xué)科，入選了首批“雙一流”學(xué)科建設(shè)名單。近年來(lái)，學(xué)校承擔(dān)和參與了重大專項(xiàng)、原“973”計(jì)劃、“支撐”計(jì)劃、原“863”計(jì)劃、自然科學(xué)基金項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)課題及重大橫向合作課題80余項(xiàng)，充裕的運(yùn)作空間和舒適的科研環(huán)境，進(jìn)一步提升了在職科研人員的科研能力。在學(xué)校的支持下，他在全力開(kāi)展研究工作的同時(shí)，也在積極構(gòu)建學(xué)生培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)方案。未來(lái)，他將著手建立一個(gè)以年輕教師為主，對(duì)于符號(hào)級(jí)預(yù)編碼方案設(shè)計(jì)及未來(lái)多天線無(wú)線通信系統(tǒng)物理層技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性研究的科研團(tuán)隊(duì)，為我國(guó)通信技術(shù)領(lǐng)域做好人才儲(chǔ)備。

他山之石可以攻玉，李昂非常重視國(guó)際交流與合作。多年的海外留學(xué)及研究工作經(jīng)歷，使他和無(wú)線通信領(lǐng)域多位外國(guó)知名專家保持著良好的合作關(guān)系，包括英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院Christos Masouros教授（IEEE Senior Member，英國(guó)Royal Academy of Engineering Research Fellowship特別資助學(xué)者），盧森堡大學(xué)Bj?rn Ottersten教授（IEEE Fellow），美國(guó)加州大學(xué)歐文分校A. Lee Swindlehurst院士（IEEE Fellow，瑞典皇家工程科學(xué)院外籍院士），澳大利亞悉尼大學(xué)Yonghui Li教授（IEEE Fellow）和澳大利亞悉尼大學(xué)Branka Vucetic院士（IEEE Life Fellow，澳大利亞科學(xué)院、工程院兩院院士）。未來(lái)，他將以此為契機(jī)，與英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院、澳大利亞悉尼大學(xué)、盧森堡大學(xué)等國(guó)際著名學(xué)府建立更為緊密的長(zhǎng)期合作關(guān)系，通過(guò)定期的相互交流訪問(wèn)、學(xué)術(shù)研討會(huì)、推薦研究生和博士生等形式，共同進(jìn)行高水平的學(xué)術(shù)研究，服務(wù)我國(guó)通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

作為青年拔尖人才回到母校，李昂說(shuō)：“這是一種壓力，也是一種動(dòng)力?！?/p>

他將以此為嶄新的起點(diǎn)，揚(yáng)帆再出發(fā)，用更高的標(biāo)準(zhǔn)要求自己，做無(wú)愧于時(shí)代的奮進(jìn)青年，為我國(guó)通信技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。