全球高被引科学家梁应敞:为移动通信装上“智慧大脑”

——记国家“千人计划”入选者、通信抗干扰技术国家级重点实验室梁应敞教授

文:杨丽可 学生记者团 何吕 / 来源:学生记者团 / 2016-12-12 / 点击量:3623

  当“入选汤森路透(Thomson Reuters)的全球2016高被引科学家名单”的消息传来时,梁应敞教授正和学生在办公室的白板上推公式。他声音洪亮,说到激动处,面孔泛红。但“入选高被引”的好消息却让梁应敞很平静。他说:“这是对之前工作的认可,说明这些成果在学术界发挥着重要的影响力,吸引着一大批人在这一方向持续研究。”

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  梁应敞已是连续第三次入选汤森路透全球高被引科学家名单了。这一名单“含金量”极高,和诺贝尔奖一样,是衡量大学学术影响力的重要指标。在中国高被引论文进步势头迅猛,基础科学研究的国际影响力不断提升的大背景下,梁应敞正是紧追学术前沿、推动祖国科技创新的典范。

  “要在祖国大地上做出新的突出的成果!”梁应敞说。这位在认知无线电及网络、智慧互联网等领域做出杰出贡献的科学家自从2015年全职回到国内,积极推动研究无线网络的“智慧大脑”,为中国在这一领域达到世界领先水平做贡献。

奋斗:25岁获得博士学位,向学术界和产业界进发

  8年,实现从本科到博士的三级跳。梁应敞传奇的学术经历从“北国春城”长春开始。1985年,他来到吉林工业大学(现吉林大学)求学,四年后,以优异的成绩保送读研。1993年,25岁的梁应敞获得电子工程系博士学位。

  以不可思议的速度读完学位,对梁应敞来说,不仅意味着荣誉;更重要的是,他掌握了学术研究的“秘密”,为未来的辉煌打下了最坚实的学术基础。

  “秘密”是什么呢?梁应敞说:“一定要找到有价值的新方向!”

  上世纪八九十年代的研究条件不太好,大家读的都是纸质版的文献。梁应敞每天就泡在图书馆里,查资料,看文献。为了找到一个好的研究方向,他仔仔细细地读了几百篇论文。由于国际期刊总是要晚半年才会寄到国内,年轻的梁应敞每次热切地盼望着期刊的到来。捧着每一本泛着墨香的期刊,他都会认真地看着、思考着、寻找着。

  这一阶段艰苦的研究工作让梁应敞练就了“火眼金睛”。他说:“我找题、进入题目比别人快,不会那么犹豫。”学科的延展如同表面平静的海域,而常常深潜其中的梁应敞知道哪里是未开发的资源宝藏,哪里是已被人类过度利用的滩涂。这样的敏锐眼光,让他能够一次次勇敢地向前沿方向发起冲锋,并在博士阶段在国际期刊IEEE Transactions on Information Theory和IEEE Transactions on Signal Processing上发表了2篇高水平文章。

  事实上,当时读博只需要瞄准国内的一级学术杂志,发表一两篇论文即可毕业。但是,梁应敞的理想很明确,他要走向世界的学术舞台,要在那里发出中国人的声音!为着这个梦想,梁应敞一直努力着。

  在长春,梁应敞遇到了很好的导师。“大胆地去尝试!”“你做得非常好,继续努力!”戴逸松教授、王树勋教授总是以鼓励的方式支持学生的学术成长。梁应敞在这样的氛围中,自由地发挥学术潜力。多年后,梁应敞仍然非常感谢恩师的指导。即使功成名就后,他每年也会回国去看望老师。老师去世后,梁应敞也经常去看望他们的家人,继续师生缘分。

  天高任鸟飞。离开吉大后,梁应敞开始在更广阔的世界翱翔。他先后在清华大学、新加坡南洋理工大学、美国马里兰大学做博士后研究,又在美国斯坦福大学做访问学者。

  学术界和产业界如同两个咬合的齿轮,相互影响着,推动着。在学术界持续发挥影响力的梁应敞也在产业界一展身手。他在硅谷的英诺华技术有限公司担任首席科学家,关于WiFi的一个项目吸引他去深入研究。

  “WiFi在室内总会受到一些阻挡,比如金属、墙,我们该如何提高它的覆盖范围呢?”说起科研项目,梁应敞显得兴致勃勃。经过一年多的研究,他的团队在提高WiFi输率方面做出了出色的工作。这也让梁应敞很受启发,“学术研究要稳稳地踏在应用的土地上。”他与学生讨论时,也经常提醒他们,“每个数学公式都要有其物理意义,做研究时,一定要想到它的应用前景。”

传奇:连续三年当选全球高被引科学家

  在梁应敞的学术经历中,发生了一件有趣的事。有同行建议他再读一个国外名校的博士,可以在学术圈获得更多的机会。梁应敞对此不以为然,他认为,文凭只是敲门砖,重要的还是真正做出成果。“我认为自己在博士阶段已经获得了应有的学术能力,我完全有信心以此为基础,向世界一流进发!”

  梁应敞在新加坡科技局资讯通信研究院任高级/首席科学家时,敏锐地发现了一个前瞻性问题。“就像发展工业离不开矿产资源一样,任何无线电业务的开展,都需要以无线电频谱资源为载体。”他说,“而无线电资源却日趋紧张甚至枯竭,这是经济社会发展面临的一个重大问题。”这是2005年,网络还在爆发般增长的前夜,梁应敞抓住了“认知无线电”这一全新的方向,他说:“要解决无线电资源问题,一个重要的方法就是对现有的频谱管理方法进行智能改进。”

  梁应敞设想,让无线电拥有一定的认知能力,对频谱进行动态管理。目前的频谱资源时而十分拥堵,时而又会出现放空的“频谱空穴”。如果让无线电变得“聪明”起来,有效地利用频谱空穴,就会大大地提高频谱资源的利用率。

  在“认知无线电”这样一个极具价值的学科方向上,梁应敞带领团队展开了深入研究,发表了一系列具有世界级影响的科研成果。如发表在IEEE Trans on Wireless Communications (TWC)上的论文“Sensing-throughput tradeoff for cognitive radio networks”揭示了认知无线电系统中频谱感知与通信吞吐量之间的折中机理,解决了在充分保护主系统通信用户的前提下,最大化次级系统通信用户吞吐量的系统设计问题。该论文探索了认知无线电系统的基本理论性能,并给出了能够最大化频谱利用效率的“智慧”感知方案,目前已成为该领域最经典的成果之一,被SCI他引1101次,被引次数在IEEE TWC期刊至今发表的6544篇论文中排名第2。以该论文为代表的多项科研成果不仅实现了重大科技创新,还持续为移动通信相关产业的发展注入了活力。

  在前沿方向开掘,如同手持火炬引领科研之路。梁应敞的学术成就受到国际学术界的广泛认可和追踪,他在2014至2016年连续三年入选Thomson Reuters“全球高被引用科学家(Highly Cited Researchers)”,Google Scholar引用次数超过1万8千余次。

  他在顶级国际期刊和会议上发表学术论文350篇,其中SCI收录130篇,荣获7项国际最佳论文奖(包括2014 IEEE Jack Neubauer Memorial Award),出版著作3本,申请国际发明专利25项……这一连串熠熠生辉的成果无声地述说着世界一流的科研实力。

  不仅要建立“认知无线电”方向上具有世界领先水平的团队,同时还要通过学术活动吸引更多的科研工作者在这一领域做出杰出的成果,这是梁应敞的目标。梁应敞在2010年底当选为IEEE Fellow, 2011年至2014年担任IEEE JSAC认知无线电专刊(Cognitive Radio Series)主编,并创建了新的国际学术期刊,英文名为《IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking》。他为通信领域追梦的学者提供了成果展示和学术交流的多样化平台。在世界的学术舞台上,梁应敞为移动通信事业发展贡献着重要力量。

报国:为无线网络构建“智慧的大脑”

  “看,互联网的大佬们都在谈人工智能与互联网的结合,这正是我们关注的点。”梁应敞说。11月第三届世界互联网大会举行期间,他全程关注,并印证了自己的研究思路与国家发展的重要领域同频共振,这让梁应敞非常兴奋。

  从2015年初回国,梁应敞就在思考着,以认知无线电为基础,构建智能网络。他强烈地意识到,与人类发展息息相关的网络越来越拥堵不堪,不仅是频谱还有更多的网络资源需要精准配置。

  “我回国后的一个重要目标就是为无线网络构建‘智慧的大脑’。”梁应敞雄心勃勃地开始了新的奋斗。他总是这样不知疲倦地思考着,不断拓宽和升华着研究领域。梁应敞构想以认知无线电和网络功能虚拟化的成果为基础,利用大数据技术、机器学习等人工智能构建这样一个“智慧网络”。它能预测网络和用户需求,精准配置资源,并显著提高网络接入能力和用户服务体验。

  看着窗外银杏染金的校园里,梁应敞给学生们举了一个例子。“假如,咱们电子科大要做一个银杏节的活动。在这个时间段里,网络如果承载不了这么多人的需求。怎么办呢?”他的解决方案是,无线大数据收集信息,智慧网络预测网络资源需求,提前多设置几个网络,满足需求。

  在美丽的电子科大,梁应敞才工作一年多,但他很喜欢这个生机勃勃的学校。梁应敞曾经与电子科大的李少谦教授团队有多年合作,于2009年成功申报了“动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络开发”国家836计划重点项目。深怀科技报国梦的梁应敞乐意在这所学校开创更广阔的事业。

  今年8月,梁应敞团队初战告捷。他们的“基于大数据的复杂异构网络智能无线接入理论与技术研究”获得国家自然基金重点项目资助。该项目的研究旨在通过挖掘大数据潜能来提高网络的接入能力和利用率。这也是梁应敞构建“智慧网络”的关键一步。

  在准备这一项目的过程中,梁应敞经常晚上一两点才回去。平时,他也至少工作到十一二点才回去。他说,科研中需要idea,也需要坚持和努力。

梦想:率领高被引科学家团队推进智能化社会

  “在计算机领域中,做通信领域研究的全球高被引科学家大约三十人。而我们的团队初步计划达到三位,占总数的十分之一。”

  梁应敞归国后就致力于建设高被引科学家团队。一位高被引学者都已十分难得,要建立一个高被引科学家团队几乎是通信领域的首开先河之作。梁应敞胸有成竹,张瑞博士在他的指导下,经过刻苦努力成为新加坡国立大学副教授,2015、2016年的全球高被引学者。目前张瑞继续通过联合项目与梁应敞开展合作研究。梁应敞与伦敦国王学院的Arumugam Nallanathan教授一直保持密切合作,共同培养了国家“青年千人”项目入选者康鑫。这位英国学者也进入全球高被引科学家行列。

  “我们不仅要吸纳高被引学者,还要在国内的团队中培养出新的高被引学者。”梁应敞看着杨刚副教授等团队成员,满含期许。他为自己设计了更具有挑战性的目标,并为此付出了许多努力。杨刚颇有感触地回忆说“梁教授非常关心团队成员的成长,指导青年老师选择有价值的研究方向,并亲自参与具体问题的探讨,力求做出有国际影响力的研究成果”。在2016年国际通信旗舰会议“全球通信大会(GLOBECOMM)”上,梁应敞指导杨刚发表了“Backscatter Communications Over Ambient OFDM Signals: Transceiver Design and Performance Analysis”一文,并获得TAOS技术委员会的最佳论文奖。

  梁应敞指导的两名本科生黄雨迪、谭俊杰也在今年国际通信旗舰会议GLOBECOMM上,分别发表了论文“A Fuzzy Support Vector Machine Algorithm for Cooperative Spectrum Sensing with Noise Uncertainty”和“On-Demand Resource Allocation For OFDMA Small Cells Overlaying CDMA System”。虽然是本科生初出茅庐之作,但梁应敞仍然非常重视。据黄雨迪回忆,每周梁老师都会用一个小时来和学生讨论,从第一稿到最后提交共改了17个版本。收到修改意见后,还改了2个版本。

  “我大多数时间都和团队的老师同学泡在实验室里。我非常喜欢学术,有学术问题也闲不住,和大家一起推公式、反复讨论。”梁应敞说,“我在团队里一直身体力行倡导着好的文化氛围。我常说,我们做科学研究,必须很严谨,容不得半点马虎,对就对,不对就是不对。”

  “领路和放手。”梁应敞总结自己在人才培养中的法宝,他在领路阶段会和学生做深入的沟通和指导,面对面讨论很细的问题,培养学生的研究能力。之后,梁应敞就会放手让学生大胆地去自己做研究,发挥自身潜力。他也经常让学生们在一起“头脑风暴”,产生学术的新灵感。

  打开Google学术,梁应敞欣慰地看着学生们和过去团队成员的许多高水平论文。“张瑞、康鑫、高飞飞……他们都做出了很多好的学术成果。”梁应敞说。他的目光落在“Zhang Lan”这个名字上,声音有些低沉地说:“张兰也做得很好,还是电子科大毕业的。很可惜,他因为意外离开了。”对学生的哀思让梁应敞沉默了一会儿。

  在学生们心目中,梁应敞是严谨的“大牛”学者,同时也是很有爱心的老师。谭俊杰说:“梁老师给我们很多的鼓励,又很关心我们的生活,还经常一起吃饭,询问情况。”

  团队的老师和同学们凝心聚力,团队初具规模,梁应敞说,我们要把目标定得更高远。

  从“认知无线电”到“智慧网络”,接下来,梁应敞把新目标延展到“智慧互联网”。他解释说,“智慧互联网”比“智慧网络”的外延更大,“我们要利用智慧计算、人工智能、机器学习,把内容、服务和通信连接起来,形成一个交叉点,而不只是做通信和网络。”

  “未来的社会一定是一个智能化的社会,”梁应敞信心十足地说,“现在,人工智能在通信行业的运用大有可为,我将致力于智慧互联网的研究与建设,为我深爱的祖国做出应有的贡献!”


编辑:罗莎  / 审核:林坤  / 发布者:林坤