你有過這種體驗嗎？在人群密集的演唱會、體育場、商場或車站，手機網(wǎng)絡(luò)更容易受到影響，最直觀的感覺就是“人多的地方信號差”。

2008年8月8日，已在北京郵電大學(xué)電信工程學(xué)院任教的彭木根，同樣被這一問題困擾。那天，他幸運地在現(xiàn)場觀看了北京奧運會開幕式，彭木根原本準(zhǔn)備在“鳥巢”給家里打個電話，與家人一同分享這份喜悅，但電話卻撥不通……

核心區(qū)域人口密集但基站有限，通信質(zhì)量難以保證。如何破解這一難題、讓人流密集區(qū)域的無線高容量上網(wǎng)不再是奢望？

從2000年進入移動通信領(lǐng)域以來，彭木根致力于人口密集區(qū)域的移動通信系統(tǒng)靈巧基站和智能無線組網(wǎng)研究。從3G到5G，他為中國自主研發(fā)的密集無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為國際主流、改變世界通信格局作出了貢獻。2021年，彭木根被授予北京“最美科技工作者”榮譽稱號。

“我不信這個邪”

2000年，彭木根從南京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)。那一年，他做了人生中至關(guān)重要的一個決定——放棄已拿到的企業(yè)高薪職位，去北京郵電大學(xué)通信工程專業(yè)繼續(xù)深造。

彼時，中國第三代移動通信（3G）標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的核心基礎(chǔ)理論發(fā)展并不成熟，缺乏相關(guān)理論研究，嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。一些國外專家甚至由此斷言，中國的3G只能應(yīng)用于小型局部組網(wǎng)，不適合大規(guī)模無縫組網(wǎng)。

“我不信這個邪。我覺得中國未來的移動通信行業(yè)前景廣闊，這也是我跨專業(yè)考研的原因。”彭木根說。

一個TD-SCDMA小區(qū)有多大容量、能接多少用戶？多個基站同時共存時小區(qū)之間的干擾有多大？如何才能實現(xiàn)大規(guī)模無縫組網(wǎng)？……來到北郵后，彭木根一頭扎進這些棘手難題，率先開展了TD-SCDMA組網(wǎng)理論和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

經(jīng)過多年刻苦鉆研，彭木根通過引入多用戶檢測技術(shù)和波束賦形增益因子，成功構(gòu)建出單小區(qū)和多小區(qū)的容量分析模型，推導(dǎo)得出了有別于其他3G技術(shù)的小區(qū)容量表達(dá)式。換句話說，彭木根的研究證實了中國3G的容量和覆蓋性能與其他3G系統(tǒng)相比基本無差別，推翻了此前國外專家的武斷結(jié)論。

對不少通信專業(yè)的學(xué)生來說，《TD-SCDMA移動通信系統(tǒng)——增強和演進》是一本耳熟能詳?shù)男袠I(yè)專著，彭木根是作者之一。這本出版于2008年的圖書，直到今天還被譽為“中國3G產(chǎn)業(yè)寶典”，其中詳盡闡述了中國3G的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)制定、測試結(jié)果等，3年內(nèi)加印了10余次。

在3G時代，中國主導(dǎo)的移動通信制式TD-SCDMA、歐洲的WCDMA與美國的CDMA2000共同成為全球三大移動通信標(biāo)準(zhǔn)，中國第一次向世界通信業(yè)發(fā)出了自己的聲音。

小基站破解大難題

2013年，普林斯頓大學(xué)著名院士文森特·珀爾收到了一封言辭懇切的郵件，這封郵件來自彭木根。那年，已在國內(nèi)學(xué)術(shù)圈小有名氣的彭木根，決定暫別安穩(wěn)的教學(xué)與科研生活，出國進修。珀爾在通信工程和信息論領(lǐng)域久負(fù)盛名，此前并未遇到過毫無“留洋”經(jīng)驗的中國學(xué)者。彭木根字里行間的真誠打動了他，讓珀爾看到了這個中國青年對學(xué)術(shù)研究的執(zhí)著與堅定。

“后來我才意識到，那封郵件其實有不少語法錯誤。”彭木根笑著說。

受益于十分熟悉產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，彭木根在訪學(xué)期間發(fā)表論文的效率與質(zhì)量都很高，兼具學(xué)術(shù)性與實用性，其中多篇成為ESI高被引論文。這段時間的科研成果也奠定了他在國際學(xué)術(shù)界的地位。

回國后，彭木根將更多精力投入到熱點區(qū)域無線組網(wǎng)的研究中，以期解決像“鳥巢”一樣的熱點區(qū)域無線高容量上網(wǎng)的問題。

經(jīng)過一次次假想與測試，彭木根提出“即插即用”的靈巧小基站及智能組網(wǎng)方案。靈巧小基站安裝在體育場館等熱點區(qū)域，實現(xiàn)了多個運營商接入設(shè)備共享，大幅節(jié)省了安裝空間，有效破解了體育館、中央商務(wù)區(qū)、大型活動等用戶密集區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)高容量、低成本、自適應(yīng)組網(wǎng)難題。

在北京郵電大學(xué)密集無線網(wǎng)絡(luò)實驗室內(nèi)，彭木根展示了“5G云小站”和“5G霧小站”的應(yīng)用。“5G云小站”是一個2米多高的機柜，能將基站的干擾處理、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)平臺等集合，借助云計算和人工智能進行集中信號處理，從而抑制密集基站間的干擾，提升網(wǎng)絡(luò)容量。

“‘5G霧小站’則在‘5G云小站’的基礎(chǔ)上，增加了邊緣計算及智能技術(shù)，可以更好適應(yīng)極低時延和巨容量性能需求，保證所有網(wǎng)絡(luò)運行數(shù)據(jù)掌握在用戶自己手中。”彭木根說，通過實現(xiàn)本地化的數(shù)據(jù)分析和智能優(yōu)化，該技術(shù)還可應(yīng)用于農(nóng)、林、礦等諸多場景。

開啟6G美好生活

“業(yè)內(nèi)有一句話：3G改變習(xí)慣，4G改變生活，5G改變社會，6G改變世界。這句話是大家對6G的極高期望，6G的確能帶給我們無限遐想。”彭木根說。

目前，彭木根正帶領(lǐng)團隊從事6G理論和技術(shù)的研究，包括4個方向：6G空間信息通信、6G無線傳輸、6G無線組網(wǎng)與無線算力和6G無線內(nèi)生安全。

彭木根介紹，與現(xiàn)有5G主要服務(wù)于地面用戶不同，6G地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)將與包括衛(wèi)星、無人機、高空平臺在內(nèi)的空間網(wǎng)絡(luò)相互融合，構(gòu)建起空天地一體化三維立體網(wǎng)絡(luò)，覆蓋陸地邊遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、極地等傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的地區(qū)，實現(xiàn)全球廣域覆蓋。“從技術(shù)層面來看，6G比5G最直觀的提升在于傳輸速率更高、通信時延更低。有報告顯示，6G峰值網(wǎng)速最高可達(dá)100Gbps；網(wǎng)絡(luò)延遲也可能從‘毫秒’級降到‘亞毫秒’級。”他說。

可以大膽想象未來這樣一幅場景：面向人與人的通信演進為人—機—物的智慧互聯(lián)，原先在5G中使用的高清視頻傳輸、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等功能將在6G中進一步完善，全息通信、智慧車聯(lián)網(wǎng)、智慧工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將逐漸成熟并進入商用……曾經(jīng)在影視作品里出現(xiàn)的畫面，正一步步變成現(xiàn)實。

“以自動駕駛為例，目前智能汽車的感知能力主要依靠本地多種傳感器，包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、GPS、激光雷達(dá)等。雖然綜合精度達(dá)到厘米級甚至毫米級，但仍無法充分滿足自動駕駛需求。6G網(wǎng)絡(luò)能夠解決自動駕駛傳感器感知范圍受限、精度不足、信息傳輸延遲等問題，提升車輛應(yīng)對突發(fā)事件的響應(yīng)能力。”彭木根介紹。

向著這個目標(biāo)，彭木根帶領(lǐng)團隊又一次踏上了技術(shù)攻關(guān)之路。“在任何時間、任何地點，都能讓老百姓實現(xiàn)暢通互聯(lián)，這就是我們一直以來最想實現(xiàn)的。”彭木根說。

中國科協(xié)科學(xué)技術(shù)傳播中心與本報合作推出

原標(biāo)題：

北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院院長彭木根——

“讓老百姓實現(xiàn)暢通互聯(lián)”（科創(chuàng)正青春）