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彭木根:学无止境研为国,做好当下勤补拙

来源:中国高新科技    时间:2020-01-16    

  彭木根,出生于1978年9月,长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、万人计划科技创新领军人才、IEEE Fellow。现任网络与交换技术国家重点实验室副主任、网络技术研究院副院长、中国通信学会青工委主任、中国电子学会青年科学家俱乐部轮值主席、北京市人才研究会副理事长。主要从事智能化无线组网理论与关键技术研究,通过授权发明专利转让和科研项目合作联合研发了异构小基站和网络自组织系列产品,有效解决了热点区域高容量无线自组网难题。累计发表IEEE(美国电气电子工程师学会)期刊论文100余篇,其中ESI高被引用论文累计19篇,谷歌学术引用9000余次。获国家授权技术发明专利80余项,美国授权发明专利5项。以第一完成人身份获国家技术发明奖二等奖(2018)、北京市科学技术奖一等奖(2017)、中国通信学会科学技术奖一等奖(2015)、求是杰出青年成果转化奖(2018)等。担任IEEE IoT-J、IEEE Com. Mag.、IEEE Access等期刊的指导委员会委员或编委等。被评为科睿唯安2019年度ESI全球高被引科学家和2019年首都科技盛典科技人物,获IEEE通信学会海因里希·赫兹奖、IEEE通信学会亚太区杰出青年学者奖等。

  从2005年博士毕业留校至今,“网络与交换技术”国家重点实验室副主任、北京邮电大学网络技术研究院副院长彭木根教授一直致力于热点区域高容量无线组网研究,以“网络强国”为己任,时刻谨遵习近平总书记“科研要提升原始创新能力”的重要指示,坐得住、钻得进、研得深,顽强拼搏,矢志攻关,取得了一系列基础性创新研究成果。他用青春和智慧诠释了勇于创新的科研教学精神、艰苦奋斗的钻研拼搏品质和研以致用的社会服务能力,在建立无线网络协同通信理论、解决热点区域密集无线组网高容量和自组织关键技术难题等方面做出了突出贡献。

  以国家需求为己任,矢志科研报国,实现3G突破、4G并跑

  彭木根常说自己非常幸运,读博期间有机会做TD-SCDMA组网这一国家战略科研方向。2002年以来,忧虑于我国第三代移动通信(3G)标准TD-SCDMA的核心基础理论不成熟,严重制约其产业应用,彭木根放弃4G基础理论研究方向,在技术和理论一穷二白的基础上,组建了国内高校第一个TD-SCDMA组网理论和关键技术攻坚团队,发现了有别于欧美3G标准的核心理论瓶颈,提出了TD-SCDMA特有的多载波组网理论和扰码规划方法。为了在实际中检验和完善技术方案性能,他参加了中国最早的TD-SCDMA试验网性能测试。为了不影响群众的通信需求和通信质量,组网试验只能在凌晨进行,他和中国电信以及设备厂商的工程师们同吃同住,经历了3个多月的不眠之夜,针对实验过程中出现的各种问题,不断完善针对该技术所提出的理论和方案,最终形成了一整套TD-SCDMA特有的N载频组网创新方案。不断改进我国3G网络的性能,确保了大规模的成功商用,成功反击了国外专家TD-SCDMA只能局部组网的罔言。彭木根将相关研究成果结合产业的实际需求,出版了影响我国3G一代人的标志性技术专著《TD-SCDMA移动通信系统》,该专著3年内连续3次改版,总印刷10次,很多人员都是通过该书进入移动通信产业,被业内人士评价为我国3G产业宝典。

  为了使我国移动通信产业能长足快速发展,他呼吁国家尽快实现向后3G网络的演进,首次提出了与国外4G平滑演进兼容的我国后3G演进策略,给出了4G异构组网融合方法。他打破国家863项目的历史,以讲师身份,联合中国移动通信集团公司,牵头组织了国内第一个多网异构协同的863项目,研究后3G网络的协作机理,提出了我国特有的TD-SCDMA/TD-LTE/GSM/WiFi四网协同组网方案,打破了国外厂商在3G方面对我们的技术封锁,成功研发了国际首个异构网络无线资源管理平台,显著提升了四网协同性能,产生了极大的经济效益。基于该863项目研究成果,提交国外和国内技术标准文稿总计55篇,其中36篇标准技术提案写入了我国4G白皮书,部分提案提交到了国际电联ITU-R及区域性标准组织3GPP。我国移动通信产业也以此为契机,培养了大批人才,在理论、技术、产业制造和组网应用等方面成功跻身世界移动通信强国之列,我国移动通信组网理论和技术在4G及后4G国际竞争中弯道超车,实现并跑的宏伟目标。

  聚焦热点区域高容量无线组网,领跑5G超密集无线自组网

  2008年8月8日晚7时35分,彭木根在北京奥运会开幕现场准备和父母联系,但无论是电话还是短信都不成功。时至今日,在鸟巢体育馆热情激动的现场观众发现彭木根没法打电话和发短信的焦急面孔历历在目。参加完开幕式后,彭木根马上投入到热点区域无线组网难题中,矢志实现热点区域高容量、低成本、便捷智能无线组网,期望自己的努力,能够让体育馆等热点区域无线高容量上网不再是奢望。

  针对热点区域无线网络拓扑结构无定型不规则特征,彭木根从源头创新出发,构建了基于点泊松的协同组网模型,从理论上揭示出了热点区域网络容量与节点密度及分布、信道模型、功率配置等的内在尺度规律,揭示了异构协同组网容量增益成因关系。然后,针对热点区域无线网络容量低、空时动态适配性差等挑战,彭木根提出了一整套分层异构协同和网络自组织关键技术解决方案,构建了功能自适应分解的一体化协同自组织体系结构,提出了基于虚拟小区和时延感知的干扰自控制方法,解决了4G/5G微基站的干扰控制和移动性管理等关键技术难题,实现了异构无线网络的自配置、自优化、自治愈。同时,他积极进行科研成果转化,对核心知识产权进行了转让,联合企业研发了异构微基站和无线网络自组织系列产品,将微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的共享,大量节省了安装空间,且能够绿色部署和即装即用,产生了显著的经济和社会效益,高效支撑“宽带中国”和“提速降费”战略的实施。

  为解决4G/5G无线网络异构协同融和后参数变量多、规划优化复杂、成本高等挑战,彭木根走在异构无线自组网研究的国际前沿,提出了基于增强自主控制环的异构无线通信系统的网络自组织方法,构建了异构无线网络自配置、自优化和自治愈整套技术解决方案。相关成果在本领域重要IEEE期刊上新发表论文20余篇,接收标准技术提案17篇,授权技术发明专利20余项。作为项目领军者,他与中国移动、大唐移动、工信部电信研究院、清华大学等合作单位的科研人员圆满完成国家科技重大专项课题“IMT-Advanced自组网(SON)关键技术研发”,以第一作者身份出版了技术著作《宽带移动通信系统的网络自组织(SON)技术》,该著作获第五届中华优秀出版物奖,这是该奖项首次颁发给移动通信专著。

  科研国际视野和国际自信,领衔后5G云/雾无线组网

  2012年,彭木根获得了国家自然科学基金首届优秀青年基金项目的资助,也被评为北邮历史上最年轻的教授之一。常年养成的科研前瞻精神,使他意识到我国移动通信未来将进入创新的深水区,需要有国际视野和国际资源,才能实现5G和后5G国际领跑这一宏伟目标。为此,他向国际上最著名的学者团队学习,按照最高最严标准,向美国三院院士、普林斯顿大学工学院院长H.Vincent Poor教授发信申请到他的团队进行学术访问,Poor教授12小时内回信很高兴接受此邀请。后来才得知,Poor教授在征求了多名美国著名华裔学者意见后,虽然觉得彭木根以往的学习和工作经历都在国内,论文成果一般,但被其拟要从事的异构云无线组网研究所吸引,预测其研究未来将大有可为,彭木根再次非常幸运地成为了Poor教授团队第一位国内博士毕业的访问学者。

  在美国学术访问期间,彭木根被普林斯顿大学的深厚学术积累所吸引,疯狂地恶补以前缺乏的知识,每天过着简单的两点一线的苦行僧生活。世界各地来访的著名学者主动来普林斯顿大学做学术报告,让他大开眼界,每天都有新收获。基于自己已有的知识结构,以及对未来技术演进的预测,彭木根陆续提出了云计算和雾计算协同的异构无线组网机理,从理论上揭示了组网容量成因规律,对相应的协议和关键技术进行了突破,发表了10余篇本领域顶级学术期刊论文,其中超一半的论文一经发表,马上成为ESI高被引论文,引领了相关学术领域的发展。

  一年的学术访问转眼即逝,Poor教授被彭木根一年多来的丰硕学术成果所震惊,对这位首次来自中国的访问学者刮目相看,希望他能延长访问时间,但彭木根的心早就飞回了祖国,他希望尽快把这段时间取得的科研成果和国内工程及标准结合,推进我国5G及后5G理论和关键技术的发展。与彭木根道别交流时,Poor教授感触道:“你是我团队接收的第一个在中国培养的博士,但是你这一年的刻苦拼搏和成果是近10年所有访问博士或学者中让我印象最深刻的”。彭木根在Poor教授团队访问期间取得的丰硕成果,让Poor教授改变了对没有海外求学经历的国内访问学者的看法。彭木根回国后,连续5年春节期间,都收到来自Poor教授的春节问候。2019年春节期间,Poor教授鼓励彭木根申请IEEE Fellow,并作为主推荐专家。2019年11月底两个好消息接踵而至,彭木根第一次被推荐就当选为IEEE Fellow,同时获评科睿唯安年度ESI高被引学者,这是北邮历史上第一次也是年度唯一一次获此殊荣。

  科研反哺教学,以人为本,与学生亦师亦友

  彭木根醉心学术科研,更十分重视对学生的培养。在他培养的20余名博士生和80余名硕士生中,10余人次获国际学术会议最佳学生论文奖、全国博士生学术年会优秀论文奖。他积极带领本科毕业设计学生进行理论探索和科研创新,他指导的3名本科生以第一作者在本领域最顶级国际学术会议IEEE Globecom上发表学术论文。他还积极投入留学生培养工作,在他耐心的指导下,每年都有一名海外留学生发表多篇高水平SCI论文,顺利获得博士学位。

  与此同时,彭木根还承担了大量的本科教学任务,积极进行教学改革和创新,把理论创新成果和学生分享,激发学生从事科学研究的兴趣。他十多年如一日,坚持以本科教学为第一要务,践行教授给本科生上专业基础课的要求,一直承担本科生课程《通信网理论基础》《通信原理》《移动通信概论》《通信导论》等,同时还承担硕士和博士研究生课程《无线网络规划、优化与管理》,教学工作量十分繁重。在学生们眼中他讲课幽默风趣、认真负责,对于所授课程有自己独到的见解,传道授业解惑,收获巨大。

  为了适应理论和技术的快速发展,他不断进行教案修改创新,陆续出版本科生专业基础教材《无线通信导论》和研究生专业基础教材《无线网络规划与优化导论》,已经有多所高校在教学中使用。考虑到无线物联网具有很强的前沿性、交叉性、综合性,面临一系列包括如何建立科学合理的专业课程体系、如何组建高水平教学团队进行专业建设与施教、如何找到适合无线物联网专业特点的先进人才培养模式等挑战,彭木根于2019年建设并主讲了《无线物联网基础与应用》本科生课程,这是北邮首批“高新标杆课程”。此外,基于科研反哺教学,以国际一流的无线物联网专业建设为目标,为了解决无线物联网课程国内外缺乏,且相应的育人任务重要且紧迫这一突出问题,主持了北京市高等教育本科教学改革创新项目“无线物联网高新标杆课程体系研究与实践”,围绕课程体系、团队建设、人才培养等核心问题,探索科学研究与专业建设有机融合的新体系、新方法、新模式。

  彭木根十分关心学生的健康成长,当得知他指导的一名硕士研究生不幸患上淋巴癌且家庭经济困难时,立刻奔走相告,多方筹集资金,组织校内外捐助。在学生住院治疗期间,为了转移患病学生压力,组织同学们每日探望交流,在繁重的科研教学工作中,挤出时间周期性地隔着玻璃窗和学生谈心,到病房指导学生完成科研工作。该生患病3年多,住院治疗近一年半,在他的鼓励和帮助下,奇迹般地完成了研究生学习和硕士毕业论文,只比同级学生晚一年毕业。奈何病魔还是在一年后再次来临,很快卷走了花季的生命,此事成为彭木根永远的痛。为此,他常告诫学生科研学习劳逸结合,自掏腰包支持学生每周进行2次体育锻炼,每两周给实验室同学过生日或者每月搞一次团建活动,让同学们体验学习的快乐。

  成果服务社会,勇攀世界高峰

  彭木根在10余年的科研工作中,以第一发明人身份获得了100余项国内授权技术发明专利,5项美国授权发明专利。这些授权专利具有重要的产业应用价值,迄今有28项授权专利进行了转让,京信通信公司成功研发了异构小基站和室内智能组网解决方案。异构小基站获国家战略性创新产品认定,已经广泛应用于国内多120家运营商的网络中;室内智能组网解决方案大规模应用于80多个国家的多个著名热点区域,包括国家体育馆、上海世茂大厦、巴西世界杯足球场馆、索契冬奥会场馆、莫斯科机场、休斯敦圣伊丽莎白医院等典型热点区域,打破了国外公司在热点区域智能组网方面的垄断,产生直接经济效益10亿余元。鉴于在产学研用方面的重要贡献,彭木根获2018年度“求是杰出青年成果转化奖”。

  彭木根编制了网络自组织国家行标1项,接收标准技术文稿37篇,其中7篇写入我国4G技术白皮书的网络架构和干扰管控相关章节,SON和干扰管控等成果写入4个3GPP国际标准。搭建了热点区域基于小小区基站的异构无线协同组网硬件平台,进行了协同组网性能和典型SON用例演示,并在南京江宁4G实验网外场测试验证。工信部委托的第三方权威测试表明,小区基站配置时间从数小时缩短为数分钟,且即装即用;异构无线网络SON模块能实现邻区关系自配置自优化,完成了相关干扰协同管控方法的性能增益测试。

  彭木根长期从事具有自主知识产权的3G、4G、5G和6G无线组网理论和技术研究,攻克了大量的理论瓶颈和技术难题,以第一完成人身份先后获得国家技术发明奖二等奖、北京市科学技术奖(技术发明类)一等奖、中国通信学会科学技术奖(技术发明类)一等奖等。在5G和后5G基础理论突破方面,先后获得IEEE通信学会海因里希·赫兹奖、IEEE通信学会亚太区杰出青年研究学者奖、JCN最佳期刊论文奖等。彭木根31岁时破格评为博士生导师,这是北京邮电大学有史以来最年轻的博士生导师;33岁时破格特聘为岗位教授,34岁入选首届国家自然科学基金优秀青年基金,37岁入选首届长江学者青年学者,41岁获评长江学者特聘教授和获国家自然科学基金杰出青年项目资助。

  尽管硕果累累,彭木根却依旧保持着自己一贯的作风,心中永远牢记他最喜欢的一句座右铭:学无止境研为国,做好当下勤补拙。他仍像博士刚刚毕业时一样,矢志为我国智能无线组网理论和关键技术领航国际而努力钻研,对科研新方向新研究内容有着敏锐的嗅觉,讨论学术问题时博采众长,对学生亦师亦友。目前,6G研究开始启动,彭木根期望能在6G深水区创新中做出自己的贡献,他正带领团队加速攻关6G组网理论、多址接入和智简组网等关键技术,勇攀理论和技术高峰,为未来我国在6G理论、技术、标准、应用等方面领先国际,竭尽全力,再创辉煌。(作者:润屿)

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