敢立潮頭唱大風(fēng)

高妍+毛艷玲

張平，中國移動通信領(lǐng)域?qū)W科帶頭人，國家973項目首席科學(xué)家，國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體帶頭人，主持完成多項國家重大科研項目?，F(xiàn)任北京郵電大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室主任。

在研發(fā)4G技術(shù)方面取得了創(chuàng)新成果和顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益：率先提出TDD-OFDM-MIMO寬帶無線傳輸系統(tǒng)技術(shù)，為我國無線通信寬帶化和移動化提供了理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)技術(shù)支撐；在全球率先研制出4G TDD原型系統(tǒng)，實現(xiàn)多小區(qū)、多天線、多用戶協(xié)作無線組網(wǎng)，形成示范效應(yīng)；解決多模終端測試測量技術(shù)難題，成功研制出全球首臺TDD移動終端商用測試儀器，促進(jìn)了我國TDD終端的成熟。榮獲北京市優(yōu)秀教師、北京市先進(jìn)工作者、全國優(yōu)秀科技工作者稱號。

1897年，意大利人M.G. 馬可尼在固定站與一艘拖船之間完成了史上首次無線通信試驗，是為人類移動通信發(fā)展的起點。

1987年，我國引入TACS標(biāo)準(zhǔn)的第一代蜂窩移動通信技術(shù)，在廣東建成并投入商用，拉開中國移動通信發(fā)展的序幕。

2000年，我國提交的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)草案TD-SCDMA（時分同步碼分多址）正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)我國移動通信標(biāo)準(zhǔn)零的突破，打破了歐美等國的技術(shù)壟斷。

2012年，我國自主創(chuàng)新的TD-LTE-A標(biāo)準(zhǔn)被國際電信聯(lián)盟（ITU）確定為第四代移動通信（4G）國際標(biāo)準(zhǔn)，成為兩大4G國際標(biāo)準(zhǔn)之一，實現(xiàn)了我國移動通信發(fā)展從追趕到引領(lǐng)的跨越。

與一百多年的世界移動通信發(fā)展史相比，我國的移動通信僅有不到30年的演進(jìn)歷程。在如此短暫的時間內(nèi)，我國實現(xiàn)了移動通信從無到有、從弱到強(qiáng)、從跟隨到引領(lǐng)的飛躍，走出了一條引進(jìn)、吸收、改造、創(chuàng)新的向上之路。在這個充滿挑戰(zhàn)的艱辛歷程中，涌現(xiàn)出眾多優(yōu)秀的科技人員和團(tuán)隊，北京郵電大學(xué)張平教授所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，就是其中的杰出代表。

該團(tuán)隊自上世紀(jì)90年代起，一直活躍在移動通信領(lǐng)域前沿，長期致力于移動通信先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)和國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。歷經(jīng)二十余載的科研探索，積淀了深厚的研發(fā)基礎(chǔ)，為我國移動通信技術(shù)的自主創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，特別是TDD技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

占領(lǐng)高地，得標(biāo)準(zhǔn)者得天下

國際標(biāo)準(zhǔn)是移動通信技術(shù)競爭的“圣杯”。

移動通信對網(wǎng)絡(luò)前后的一致性和設(shè)備間切換的便捷性要求極為苛刻，要求運(yùn)營商、設(shè)備商、服務(wù)提供商共同遵守統(tǒng)一的約定—國際標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f，誰占領(lǐng)了這一高地，誰就擁有了國際話語權(quán)，誰就有可能在未來的競爭中搶占技術(shù)制高點。所以，各國都致力于將自己擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心專利納入國際標(biāo)準(zhǔn)。

眾多周知，我國在2000年才擁有了第一個移動通信領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)——3G TD-SCDMA。在這之前，由于標(biāo)準(zhǔn)旁落，中國企業(yè)沒有任何主動權(quán)，無法獲得核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓，必須支付高額專利使用費(fèi)。

長期受制于人的痛苦，促使我國科研人員無比渴望自主核心技術(shù)的突破。因此，在機(jī)會出現(xiàn)的時候，他們果斷出擊，迎難而上。

在3G向4G演進(jìn)的過程中，張平帶領(lǐng)團(tuán)隊率先在國內(nèi)開展4G TDD系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)研究。在后向兼容TD-SCDMA系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出了原創(chuàng)的TDD-OFDM-MIMO（時分雙工—正交頻分多址—多入多出）技術(shù)體制，發(fā)明了離散導(dǎo)頻方法，設(shè)計出滿足4G要求的TDD幀結(jié)構(gòu)，解決了無線傳輸?shù)幕靖袷絾栴}。聯(lián)合大唐等國內(nèi)企業(yè)在激烈的技術(shù)角逐中擊敗了歐美等國提案，成果被采納為4G國際標(biāo)準(zhǔn)，為我國基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新登上國際舞臺提供了范例。

團(tuán)隊進(jìn)一步針對寬帶無線通信移動化的難題，提出了群小區(qū)協(xié)作組網(wǎng)架構(gòu)，發(fā)明了滑動切換方法，解決了傳統(tǒng)小區(qū)架構(gòu)頻繁切換的問題。該成果作為4G組網(wǎng)的核心技術(shù)被納入4G TD-LTE國際標(biāo)準(zhǔn)，已應(yīng)用在中國移動的4G商用網(wǎng)絡(luò)中，并進(jìn)一步促進(jìn)了TDD制式在國際范圍內(nèi)的商用。目前全球已有多個國家和地區(qū)采用了中國主導(dǎo)的4G TD-LTE國際標(biāo)準(zhǔn)。

在理論創(chuàng)新與關(guān)鍵技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，張平帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)一步研發(fā)試驗驗證平臺。2006年在國內(nèi)首次研制出無線傳輸速率達(dá)到122Mbps的4G TDD試驗系統(tǒng)，并搭建了試驗網(wǎng)，打通了我國第一個4G電話。試驗系統(tǒng)與試驗網(wǎng)的指標(biāo)超過當(dāng)時4G規(guī)定的100Mbps無線傳輸能力，有力地打破了西方國家對TDD不能獨立組網(wǎng)的偏見。鑒定委員會認(rèn)為，該系統(tǒng)“達(dá)到國際領(lǐng)先水平”，彰顯了TDD技術(shù)的國際競爭力，也為TD-SCDMA從3G向4G的平滑演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

2009年12月，張平教授團(tuán)隊再次實現(xiàn)突破。在122Mbps 4G試驗系統(tǒng)基礎(chǔ)上，解決了1Gbps無線通信系統(tǒng)設(shè)計、全鏈路關(guān)鍵技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等諸多難題，完成了世界首個點對多點速率達(dá)1Gbps的TDD無線傳輸系統(tǒng)及試驗網(wǎng)，達(dá)到ITU對4G系統(tǒng)的最高傳輸速率需求，標(biāo)志著我國在此領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)實力位列世界前茅。

這些源頭創(chuàng)新成果為解決我國移動通信系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸性難題奠定了基礎(chǔ)，引領(lǐng)了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的TDD系列關(guān)鍵技術(shù)的研究、原型系統(tǒng)開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)制定工作。在取得國際競爭制高點、提升國際話語權(quán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步夯實了我國在寬帶信息領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。

重抓基礎(chǔ)，自有源頭活水來

移動通信系統(tǒng)研發(fā)的基本挑戰(zhàn)之一來自電波傳播的復(fù)雜性和多樣性，掌握這種傳播特性，是開展新型移動通信技術(shù)研發(fā)和實驗的前提。

如同建筑施工前的地質(zhì)特點與結(jié)構(gòu)探測，對電波信號的測量和傳播建模，是移動通信系統(tǒng)研發(fā)的重要基礎(chǔ)性科學(xué)問題。歐美日的通信企業(yè)正是憑借在此領(lǐng)域的深厚積累，奠定了在移動通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和研發(fā)上的領(lǐng)先地位。

張平針對此領(lǐng)域的研究始于本世紀(jì)初。自2004年起，ITU開始推進(jìn)以MIMO技術(shù)為基礎(chǔ)的4G系統(tǒng)研究和標(biāo)準(zhǔn)化。各標(biāo)準(zhǔn)化組織迫切需要一個適用于不同頻段、帶寬可變的MIMO信道模型，以刻畫4G系統(tǒng)在空間、時間和頻率域上的特性，以支撐新技術(shù)的研究、系統(tǒng)性能的評估以及產(chǎn)品的開發(fā)、測試與應(yīng)用等。

瞄準(zhǔn)該基礎(chǔ)性問題，張平帶領(lǐng)團(tuán)隊開展了寬帶多天線系統(tǒng)的信道傳播特性的測量和建模工作。結(jié)合實驗驗證系統(tǒng)，搭建了可靠的測量平臺，可支持高采樣率（200M樣本/秒）、多天線間靈活切換、發(fā)送和接收機(jī)精確同步等先進(jìn)功能。該平臺的成功研制使我國成為世界上少數(shù)擁有此水平測量平臺的國家之一。

團(tuán)隊還完成了針對典型部署（2GHz-6GHz）頻段和高頻段（6GHz-15GHz）的多種場景（包括室內(nèi)/室外、局部熱點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、中繼通信、分布式天線通信等），以及上百條路線的電波傳播特性的測量實驗，形成了寶貴的海量實測數(shù)據(jù)庫。這是世界上最權(quán)威、最豐富的測試數(shù)據(jù)庫之一。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種高精度的信道特征估計算法，發(fā)明了基于“多徑包”的時延域參數(shù)估計方法，將多徑的估計數(shù)目從傳統(tǒng)算法的十余條提高到二十余條，并實現(xiàn)了7維信道特征（即延時、幅度、水平、俯仰到達(dá)、離開角及多普勒頻偏）的精確估計，顯著提高了信道建模的精度，增強(qiáng)了對無線傳播環(huán)境認(rèn)知的能力。據(jù)此完成的商業(yè)級信道測量分析軟件被新西蘭電信等國際同行采購使用。

團(tuán)隊進(jìn)一步合理折衷復(fù)雜度和精確度，建立了五種典型應(yīng)用場景的空—時—頻多維信道模型。上述成果提交至標(biāo)準(zhǔn)化組織后，獲得了國際同行的一致認(rèn)可，實現(xiàn)了我國在此領(lǐng)域零的突破，扭轉(zhuǎn)了我國基于外國信道模型研發(fā)新技術(shù)的被動局面。相應(yīng)成果也已在業(yè)界廣泛應(yīng)用，成為4G技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)信道模型。

在信道測量與建模的基礎(chǔ)上，張平教授團(tuán)隊進(jìn)一步研制了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)試驗系面，取得了一系列原創(chuàng)性成果。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合、頻譜資源短缺等是制約寬帶移動通信發(fā)展的瓶頸問題。張平將認(rèn)知科學(xué)與通信網(wǎng)理論融合，以建立具有“學(xué)習(xí)”能力的“智能化無線通信系統(tǒng)”為出發(fā)點，領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊突破了原有無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思想，率先提出了“認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)（CWN）”的概念。

團(tuán)隊逐漸突破了認(rèn)知流傳輸理論及方法、認(rèn)知流模型、新型認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，并于2011年成功研制了國際上首個基于TD-LTE的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)將認(rèn)知功能無縫融入已經(jīng)成為國際4G標(biāo)準(zhǔn)的TD-LTE系統(tǒng)中，使其具備了智能、自適應(yīng)的特性。并且，該系統(tǒng)的頻譜檢測和頻譜切換等技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，相比美國FCC的技術(shù)指標(biāo)，試驗驗證頻譜利用效率提升了30%以上。

目前，張平教授團(tuán)隊在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已申請國家發(fā)明專利64項，國際PCT專利11項，獲授權(quán)專利36項。在此基礎(chǔ)上，被ITU、IEEE等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織接納提案36篇，形成ITU-R M. 2225、ITU-R M. 2242及IEEE DySPAN-SC P1900. 6a等3項國際標(biāo)準(zhǔn)，以及ITU RA-12第58號決議，WRC-12 第205號、第224號和第749號決議。這些工作“有力維護(hù)和擴(kuò)大了我國在相關(guān)領(lǐng)域的權(quán)益”，“推動了中國無線網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，使中國在此領(lǐng)域的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作基本與國際同步，還有所超前”。

發(fā)力測試，厚積薄發(fā)正可期

如今，3G、4G手機(jī)廣泛普及，而在這些移動通信終端產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；谋澈?，存在著自主核心技術(shù)的激烈爭奪，焦點之一即為無線終端測試儀器儀表設(shè)備。

測試設(shè)備是支撐芯片、終端研發(fā)、生產(chǎn)、認(rèn)證測試的關(guān)鍵工具。我國在無線終端測試儀器儀表，尤其是高端、關(guān)鍵性產(chǎn)品的研發(fā)領(lǐng)域起步較晚，長期受到國外廠商的技術(shù)壟斷。

隨著移動通信系統(tǒng)的更新?lián)Q代、大量無線新技術(shù)的應(yīng)用，迫切需要研發(fā)新的終端測試方法和裝置。這給我國科研人員和企業(yè)帶來了機(jī)遇，但更多是挑戰(zhàn)。

張平緊抓機(jī)遇，率領(lǐng)團(tuán)隊迎難而上，在此領(lǐng)域展開了關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化的一系列工作。

團(tuán)隊提出了2G/3G/4G/WIFI多模動態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型，可實現(xiàn)對真實無線網(wǎng)絡(luò)的模擬。進(jìn)一步發(fā)明了用于工程實現(xiàn)的創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)了可重構(gòu)的通信測試儀器平臺，為多模終端的測試提供了基礎(chǔ)。提出了高效、精確的測試方法，解決了大動態(tài)、高速信號測試與測量難題，可滿足多模手機(jī)各種無線性能指標(biāo)的測試需求。解決了多網(wǎng)絡(luò)、高速移動環(huán)境下終端用戶行為測試分析的難題，實現(xiàn)了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下終端互聯(lián)、互通、互操作的測試和量化分析。

基于上述平臺和技術(shù)，張平教授團(tuán)隊獲得了累累碩果—

2005年，推出世界首臺TD-SCDMA制式的終端綜合測試儀—SP6010，幾乎所有的芯片、終端廠商都采用了該儀表。

2008年，推出業(yè)內(nèi)首個TD-SCDMA終端無線資源管理（RRM）一致性測試系統(tǒng)—SP6200，與中國移動合作推出了TD-SCDMA聯(lián)合檢測測試系統(tǒng)—TS6100。這些系統(tǒng)填補(bǔ)了認(rèn)證部門及運(yùn)營商在TD-SCDMA入網(wǎng)、入庫檢測等方面的空白，有效保障了TD-SCDMA終端產(chǎn)品的質(zhì)量及與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通性。

2011年，推出支持LTE（TD/FDD）RRM一致性測試系統(tǒng)—SP8200。目前，該系統(tǒng)已被泰爾、無委、蘇州質(zhì)檢、高通、三星、聯(lián)芯、展訊、海思等多家LTE終端入網(wǎng)認(rèn)證監(jiān)測機(jī)構(gòu)及芯片終端研發(fā)公司采用。

2012年，推出GSM/WCDMA/TDSCDMA/LTE多模協(xié)議分析儀—SP8300C，已應(yīng)用于高通、三星等多家芯片及終端研發(fā)企業(yè)。

這些創(chuàng)新成果被專家鑒定為“我國在無線通信高端測試技術(shù)及儀器儀表領(lǐng)域的重大突破”、“填補(bǔ)了國家的空白”。據(jù)不完全統(tǒng)計，相關(guān)成果帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益已超過8億元，推動終端產(chǎn)值超過千億元，為我國在手機(jī)測試儀器及系統(tǒng)趕超世界領(lǐng)先水平作出了突出貢獻(xiàn)。

如今，團(tuán)隊正開展基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的云測試平臺研發(fā)。針對終端測試領(lǐng)域存在的測試成本高、測試效率低等問題，提出了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的終端云測試平臺解決方案。該平臺的建立，將為芯片、終端的研發(fā)和測試提供緊密結(jié)合的交互平臺，加速從設(shè)計到生產(chǎn)的全過程，有效提升整個產(chǎn)業(yè)水平。同時，也能建立終端測試的大數(shù)據(jù)庫，為未來終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展積累數(shù)據(jù)依據(jù)，為深入分析、預(yù)測終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

未雨綢繆，無限風(fēng)光在險峰

4G商用之后，5G還會遠(yuǎn)嗎？事實上，針對5G的前瞻性研究早已啟動，在這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭中，占得先機(jī)意味著提前吹響勝利的號角。張平教授團(tuán)隊也早已行動起來。

早在2013年，他們就已憑借前瞻性的“信息密度非均勻下的異構(gòu)無線組網(wǎng)新技術(shù)”研究，獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎（該年度最高等級）。這是我國5G領(lǐng)域首個國家級獎項。

如今，他們沒有絲毫懈怠。張平正帶領(lǐng)團(tuán)隊，以二十余年的研究基礎(chǔ)和技術(shù)積累為后盾，以網(wǎng)絡(luò)交換與技術(shù)國家重點實驗室等為依托，以多項國家級項目和課題為支撐，積極開展面向5G的移動通信技術(shù)研究，開發(fā)5G高性能試驗驗證系統(tǒng)，以期形成完整的5G技術(shù)體系構(gòu)架，實現(xiàn)未來移動通信基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程實踐的重要突破，搶占5G國際標(biāo)準(zhǔn)化制高點，推動我國5G技術(shù)研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平，促使我國成為5G國際技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)力量之一。

眾人皆知無限風(fēng)光在險峰，張平教授卻更懂得“欲覽極目美景，必先登高自強(qiáng)”的道理。正如他所說，要有自己的絕活，要讓絕活有用武之地。只要投入，收獲是毋庸置疑的。