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作者：方 方 杜月娇 发布时间：2020-09-30
导读： 在盛敏眼中，5G不是单纯某一个技术上的突破，而是一场从网络整体架构到资源管控等关键技术的全新变革。一旦5G技术全部融入到工业互联网、车联网、智慧城市中，人和人之间的信息鸿沟被抹平，物理世界与信息世界联通，信息按照人的需求在人与人、人与物、物与物之间准确、高效地传递和分发。“信息随心至，万物触手及”，那才是5G的世界。
2019年5月25日，北京延庆举行的世界园艺博览会上，一位中年男性游客突然发病，被送往北医三院延庆医院。几乎同时，他的相关数据通过5G网络传送到医院。随后，在5G会诊系统的支持下，一个完善的手术方案被制订出来。从他走进世博园医疗救助点到成功脱险，总时长仅有1小时38分钟。生死时速面前，5G跑赢了。
“从去年到今年，我听到好几则医生为病人进行远程手术的新闻，这就是5G应用的典型场景。在手术过程中需要传输高清晰度的音视频，高可靠、低时延的控制信息和反馈信息，5G网络提供的通信能力是保障手术安全准确进行的基础。”西安电子科技大学通信工程学院教授、综合业务网理论与关键技术国家重点实验室主任盛敏说。
在盛敏眼中，5G不是单纯某一个技术上的突破，而是一场从网络整体架构到资源管控等关键技术的全新变革。“对普通人来说，3G到4G的过渡可能更直观，而5G真正普及还需要外围技术都能落地，这对整个社会发展来说意义深远。”一旦5G技术全部融入工业互联网、车联网、智慧城市中，人和人之间的信息鸿沟被抹平，物理世界与信息世界联通，让信息按照人的需求在人与人、人与物、物与物之间准确、高效地传递和分发。“信息随心至，万物触手及”，那才是5G的世界。
从“好奇心”到“我愿意”
盛敏第一次看到的“无线电话”，是“大哥大”。那年，她18岁，不明白没有电话线，一块长得跟砖头一样的东西怎么就能通话了。因为这点好奇心，她在保送时选择了西安电子科技大学通信工程学院。
“大哥大为什么能通话？”
这个问题其实不难回答。几十年前，有一个跟盛敏同样好奇的年轻人——马丁·库帕，他在《星际迷航》中看到考克船长居然在使用一部无线电话，立刻意识到这就是他想要发明的东西。但直到1973年，美国电报电话公司的一个发明才给了他灵感，使他得以研发出了世界上第一台手机Dyna TAC，也就是“大哥大”。令他得到灵感的新概念叫作“蜂窝通信”，就是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在移动中可相互通信。
答案似乎找到了，但盛敏觉得自己好像推开了一扇门，门里的世界更加吸引她。“‘大哥大’只能进行语音通话，但它的出现却传递出一个信息：人是可以摆脱线缆进行通信的，而移动通信将成为整个通信领域内技术发展最为迅速，市场前景也最为广阔的方向之一。”
诚如其言，从20世纪90年代开始，移动通信技术迅速发展到第五代，手机功能也在不断提升。从打电话、发短信、发彩信，一直到各种APP霸屏，手机几乎成了一个“微电脑”，需求驱动着移动通信行业的发展。但即使5G网络拥有了大容量、巨连接、低时延的特点，依然没有到达移动通信的上限。“人类移动通信的远景目标，是任何人能够在任何时间、任何地点，与任何其他人或物，进行任何形式的通信。”盛敏觉得越是深入了解，越是发现在这个行业里，“有很多很好玩的事情，值得去研究”。“我不认为我找到了答案，我只是找到了一个我可以毕生探索的目标而已。”她说。
本科毕业设计时，盛敏收到了导师李建东教授的“厚礼”——一本上万行的代码。她有些忐忑，在这之前，她写过的最长的程序代码也不过千行。“如果觉得有困难，也可以换个简单的题目。”也许看出了她的不安，导师建议道。但盛敏却犹豫了。西安电子科技大学是一所有着红色基因的学校，抗战时期，曾经架设了红军第一个无线电台，后来还研发了我军通信装备史上第一部“塞绳电报互换机”、第一台毫米波通讯机等系统。在部队大院长大的盛敏对这种红色传统有着天然的亲近，对通信系统和网络关键技术的突破是西电“通信人”的使命，她不想因畏难做一个“逃兵”。经过一下午的思考，盛敏决定接受挑战。
盛敏的出色再次为她赢得了保送机会。硕士、博士期间，在李建东教授的支持下，她得以深入参与多项重大科研项目。“在这些科研工作中，我不仅获得学术能力的提升，而且总能让我不断思考如何把科研工作做得更加深入和有持续性。李老师总教导我们：问题背后还有问题，不要回避它。”盛敏认为，只要人类的需求在进步，对网络的研究就不会有止境。“我上小学的时候，小灵通都算‘未来’。这么多年过来，当初想象的‘未来’正在变成现实。等到5G全面落地了，我们的通话体验可能更具沉浸式，比如我滑动手机，想要通话的人就能被全息投影到我身边，甚至我们还能握下手。这种沉浸感对网络质量的要求特别高，而一旦真的到了深海、太空还想要保持通信，里面的问题可就更多了。”
这么多年过去，盛敏的好奇心未曾消减过。在她看来，这些极具未来感的想法是能够被实现的。“首先要有想法，其次看你愿不愿意为想法付出努力。”显然，她的答案只有一个：“我愿意”！
把“两张网”做成“一张网”
2001年，由于提出了解决分组无线电网络中“路由闭环”难题的组网方法，年仅26岁的盛敏获得了其科研生涯的第一个奖励——国防技术进步奖。“如果本科毕设时，导师没有把那上万行代码给我，我接触不到这么重要的系统级的工作，就不可能知道里面有这么多问题值得去解决，换而言之，可能走上的是另外一条道路。”即便是刚获奖时，盛敏也保持了冷静和清醒。“这些工作不是某一个人可以全部做出来的。正因为是在一个非常好的平台上，让我得以在好奇心最强的时候得到系统科学的指导和帮助，纯粹地享受科研的快乐，反倒更容易出成果”。她补充道：“我觉得我能走到今天是站在了巨人的肩膀上”。
“网络是传递信息的重要基础设施，其精髓就是让信息传递摆脱物理空间的束缚”，沿着团队的传统，盛敏一开始就是从自组织网络入手去钻研无线网。跟依赖基站管理的蜂窝系统不同，自组织下的无线网最重要的特点就是不需要基站，用户通过设定的通信协议可以直接进行通信。“为什么鱼群遇到危险可以避开？为什么蜂群可以有组织地行动？究其原因就是一个个体非常简单的动作触发了群体智能。在网络世界里，尤其当网络越做越大的时候，怎么通过局部个体的决策，达到网络整体性能最优，就是自组织的要义。”盛敏将他们的工作定位在“指挥控制”上，“三五个人做操，即使没有指挥也能整齐，但是成千上万人做操，想要做整齐就需要控制”。
同样的，当网络节点增长至几百上千个之后，如何让每个节点都良好运行，也是重中之重。盛敏觉得，当网络规模化之后，单一无线网络的承载能力有限，如何打破异构网络之间的边界，实现有限网络资源能力的融合和精准管控，从而能够使无线网络承载海量业务才是真的破局之战。从2004年起，她开始琢磨能不能把自组织的无线网络与有基站的蜂窝网融合起来，说不定能带来真正的惊喜。4年后，她和团队正式展开了异构融合项目。
既然要融合，就得把两张网都吃透。盛敏团队面临的最大问题就是异构融合无线网络资源利用率低。他们希望能像一个“交通警”，让拥堵路段顺畅，实现高效的信息传递。为了做到这一点，他们建立了异构自组织资源管理架构，从空、时、频、网、业务5个维度实现了资源能力的融合和精准管控；设计了逼近理论时延界的无乱序多网分流并传结构和方法，从理论上揭示了业务特征、业务速率与并发传输网络数量、网络状态之间的关系；实现了大规模无线网络多维异构资源的自组织分配，使网络资源的利用率提升一倍，突破了有限网络资源承载大容量业务的难题。
融合之后会怎样？盛敏举例，在他们的技术体系下，可以解决无线局域网的网络移动性问题，以一部手机作为热点，就能让周围的设备都连接到网络中来，满足了用户随时随地的接入需求，使网络可以随身而行。“用户不会也不必关心是WiFi还是蜂窝、公网还是专网在支撑应用，只要能用就好。我们的工作就是为无线局域网插上隐形的翅膀。”盛敏并不在意这份工作“被忽视”，在她看来能让网络像水和空气一样融入社会生产生活中，他们的收获已经足够大。
“网络随身行，用户随心连”，盛敏成功实现了这一构想。随后，项目成果应用于多款移动无线局域网接入点产品中，同时还应用到智能安防、智能交通、智慧城市等国家重点行业，取得了良好的社会和经济效益。在导师李建东教授带领下，这项研究获得2014年度国家技术发明奖二等奖。
按需流动，畅通无阻
盛敏办公室的墙上有一张照片，拍摄地是西电远望谷体育馆——第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛主会场。1600名学生坐成一个方阵，每个人都在上传或者下载视频。这是在测试网络信息传输极限能力，收到“畅通无阻”的反馈时，盛敏很开心。
这是他们联合中国移动和华为，构建的全球首个“繁星”超密集无线通信网络演示系统。有多密集？在2800m2的主馆场内，他们部署了22个4G的LTE接入点，部署密度达1400个/km2，连接度达到1.7个/m2。而这相当于用4G的传输送率做到了5G的连接密度，因为按照标准，5G的部署密度是1000个/km2，连接度为1.0个/m2。与此同时，他们还将流量密度保持在5Mbps/m2之上，峰值速率可以达到2Gbps。
“当时5G其实已经开始研究了，有一种说法在流传：在网络越来越密集的情况下，容量随着基站数目增长而一定会增长。”盛敏说，他们就是想研究一下这个说法的正确性。他们发现，随着密集化发展，无线通信从传统的远距离通信过渡到近距离通信的范畴，致使无线信号传播特性发生本质变化。“在将来，对其他设备来说，你的手机甚至也可以是一个小基站。”盛敏认为，远/近距离传播共存会导致网络干扰强度急剧增强，呈现干扰相关性强、差异性弱等一系列的新特征。
在随后的研究中，他们构建了有界路径损耗模型，发现了有用信号和干扰信号随网络连接量级变化的“等阶性”规律是制约无线网络容量的本质内涵。该成果被认为是“消除了传统路损模型对网络容量评估的不准确性，能够准确刻画网络容量随连接密度变化的渐近规律”。
从2015年开始架构的“繁星”系统就是这一模型的充分体现。他们验证了密集布设之后，通过网络自组织能力可以使网络性能进一步提升。“一场精彩非常的篮球赛，篮筐后面的位置拍照效果没有别的位置好，坐在这个位置区域的人‘晒比赛’的需求也就没有别的区域高。一个场馆如果绝对均匀分布资源，其实篮筐后面区域就有点浪费。”盛敏举着例子，他们发明了多维网络资源主动认知分配方法、区域资源联动的高密集用户接入方法、跨域资源协同的网络化干扰转移方法，从而借助“繁星”系统进行自动感知，对场馆的网络资源进行实时的、动态的调整。“我们要做的不是把路面拓宽，而是在既定的路上去考虑，从哪里开个路口，哪里布设个红绿灯，怎么管理车流……通过协调指挥，让每辆车都开得更顺畅。”
一句话，“按需流动”。“这一点很重要，能够满足体育馆、火车站等密集区域的网络需求”，盛敏又补充了一句，“因为咱们国家是人口密集型国家，这种需求相当大”。
如今，基于相关成果，陕西移动已经完成全省10个地市，4000+个小区的规模部署，涵盖了高层密集小区、居民区、商业中心、城中村、校园等各种场景。“密集无线通信系统的网络化资源管控技术”也获得2017年度国家技术发明奖。
5G已来，敢想敢做
“中国超过60%的国土上没有移动通信信号的覆盖。”盛敏觉得这是“通信人”的责任。
2020年4月30日下午，中国移动在珠穆朗玛峰海拔6500米前进营地的5G基站投入使用，这是目前全球海拔最高的5G基站。加上此前已在海拔5300米、5800米建成的基站，5G信号已实现对珠峰北坡登山路线及峰顶的覆盖。
这一消息传来，盛敏心中激荡。对“通信人”来说，这是一种鼓舞。“没有比人更高的山”，令她坚信终有一天是能够实现中国通信全覆盖的。“国外由于人口分布等原因，网络覆盖情况其实并不太好，但在我们这样人口密集的大国，人们觉得有信号的地方，会更有安全感。”她近年来一直在考虑相关问题，以“新基建”卫星互联网络发展为指引，她的工作重点放在了卫星，或者说天空地一体化上。
此前，第二届丝路商业航天大会期间，盛敏带领的综合业务网理论及关键技术国家重点实验室与未来宇航签订战略合作协议，共同发布了“丝路天图”卫星星座计划，致力于服务“一带一路”沿线国家及区域的农林牧渔、国土资源、生态环保、智慧城市等应用需求。他们的第一颗星“秦岭西电一号”将于2021年年初完成首发射。
“美国SpaceX目标是发射4万多颗星上天。频率和轨位都是有限资源，出于战略安全考虑，我们也要占频保轨。另外，我国已经将卫星互联网纳入信息新基建范畴，是提高我国通信信号覆盖的重要保障。”盛敏表示，放到具体研究上，下一步将重点打造卫星互联网的“地面数字孪生系统”——探索从模型定义卫星、模型定义载荷，到模型定义协议算法等关键技术，目标是实现“所想即所得”的全流程卫星网络。
“10个人和100个人相比，后者肯定比前者力量大，但100个人中的每个人未必有10个人中的每个人发挥出来的作用多。那我们就要探索一下，从几十颗星到上万颗星，限制和约束或者说影响网络能力提升的关键要素是什么？这对卫星互联网的基础非常重要，因为不可能我们想发多少颗星就发多少，是有规划的。”盛敏解释道。除此之外，他们还要研究高动态大时空尺度下的组网技术，以及卫星星座能力的仿真测试和评估。按照盛敏的说法，所谓地面数字孪生系统，其实是在做仿真模拟和风险评估，在地面验证好了再发射，降低成本。
在“丝路天图”卫星星座计划中有24颗星。当地面数字孪生系统建好后，盛敏团队将先行模拟出一个“空中运行的卫星网络”，它和空中的星座计划互为孪生，模拟中的网络世界，在空中将真实运转；反过来，空中运转情况，也可以在孪生系统中得以显示。
盛敏幻想一个人站在空旷的数字世界，眼前飘浮着类似全息投影出来的“卫星组件”，她想要把星座构建成什么样子，就点相应的组件，像“拼乐高”一样把它们搭建起来。
“听起来像科幻电影，但是没准若干年后，真的已经存在了呢。”说到这里，盛敏眼睛中有光芒绽放，多年过去，她心里还是住着从前那个对世界充满好奇、敢想敢做的少女。
顺其自然，乐在其中
“在科研过程中要敏于发现细小疑点，过程中勿念结果、顺其自然，品尝攻克课题的酸甜苦辣，享受克服挑战带来的成就感，内心纯粹地去做科研，乐在其中。”盛敏这样描述她对于科研的“本能”。她的乐观在于，品尝过酸甜苦辣，但最终只记得甜。
复盘一下她的科研生涯，会发现，这是一个成长速度极快的学者：2000年硕士毕业留校任教，2004年博士毕业晋升为副教授，2006年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2007年破格晋升为教授，2008年晋博导并获霍英东教育基金会高等院校青年教师奖，2009年获聘通信与信息系统学术带头人，2010年获聘陕西省“三秦学者”，2016年获聘教育部长江学者特聘教授……
“本来就是站在巨人的肩膀上”，盛敏觉得这一路上，她的成长离不开平台的支持。“自从我留校，恰好学校出台了很多政策来帮扶青年学者。我的导师李建东教授，实验室首位主任刘增基教授，都给了我很大的帮助。现在，刘增基教授80多岁了，还和我们一起讨论问题，他们的勤勉就让我不会有偷懒的念头”。
2016年起，西安电子科技大学连续3年每年统筹2亿元左右开展一流项目建设，打破学院、学科等限制，号召“揭榜挂帅”，支持面向世界科技前沿、国家重大需求、国民经济主战场的具有战略性、前瞻性、潜在突破性的项目，旨在通过解决重大问题汇聚人才形成团队，潜心攻关；同时又产出高显示度的标志性成果，锻炼和成长一批学术带头人，提升学科影响力，反哺本科专业建设和创新人才培养，推动教育教学改革，进而建成“电子信息学科特色鲜明的一流大学”。
这让盛敏更具斗志。在导师的鼓励下，接过综合业务网理论及关键技术国家重点实验室主任的担子，她其实很忐忑，生怕这块金字招牌砸在自己手里。但既然挑起了这个担子，就算咬紧牙关，她也想要做好。“我们是国家队”，她自信，并将这股自信传递给身边的每个人。她认为，在共同目标的指引下，要允许团队成员做差异化的工作，鼓励成员之间的不同观点和研究方法。她会给骨干成员压担子，鼓励和支持他们开展前沿课题的研究，通过“在大江大河中游泳”来提升学术能力。
这几年，她思考更多的就是怎么把实验室的“好钢”用到刀刃上，集中力量办大事。在她眼中，团队建设与个人发展应该是一致的。她把每个成员都视作珍珠，“实验室会尽力给每个人提供发展机会，让他们的才能发挥得淋漓尽致，同时他们也能促进实验室的成长”。“把珍珠镶到王冠上”，她如此比喻实验室和成员的关系。
在工作中严格，在生活里可亲，盛敏的形象有着看似矛盾的协调感。但在学生们眼里，她都是“女神”。
“我有一个信息要传递给最后一排的同学，但由于距离的限制，我只能先传给我周围的同学，再由他们向后传递。在这个信息传递的过程中，就存在了信息来源于谁、最终要传给谁、下一个帮忙的同学是谁以及该同学要把信息再传给谁等问题。在网络中，一个数据分组要进行端到端的传递，其实也是类似的过程。”课堂上，盛敏的语言总是生动形象的。她不允许自己站在讲台上应付学生，希望每一堂课，都是在激发学生的兴趣。为了做到这一点，她把当前通信与信息领域出现的各种新系统和新技术体现在教学当中，把团队在科研中的经验和教训都当作案例讲出来，使学生在科研过程中深化对经典知识的理解，在前沿的科研问题中体会知识的应用，在巧妙的科研解决方案中学习创新的途径，从而培养学生的独立思考、创新实践等能力，使学生不仅“知其理，而且知其所用”。
2019年6月的一天，盛敏收到多条微信，内容清一色在“祝贺”。短暂懵圈之后，她才知道，她讲授的“通信网络基础”课被学习强国放到了首页推荐上。这样的事情，她经历了两次。
“学习能力的培养，比具体知识的掌握更为重要。”盛敏习惯以学生为中心，她带领团队开发了始终在线、随时学习的“EduLink-爱通联”互动教学体系，开启了“移动互联网+”教学，通过学生学习反馈，对教学进行动态调整。在这套体系中，学生们可以通过小视频等方式，看到更形象化的科研成果、科学理论等，提升学生的科学素养，培养他们的自主学习能力。
“要有发现问题的能力、面对问题的勇气和解决问题的方法。”盛敏一直对学生这么说：“在这个领域，我们是需求的提出者，也是技术的设计者。网络其实是我们智慧的延伸，把自己的智慧变成机器可以理解的语言，那么这个网络才能实现你的想法。”“有想法，找办法”，这是盛敏的成长法则，也是她对学生的期望。
盛敏常说，一个人的记忆是有限的，苦装得多了，甜就无处安放。她认为负面情绪解决不了问题，人生总要积极面对。即使在疫情期间，她依然乐观。“网络教学、远程办公，以及各种APP的应用，都证明我们国家的网络已经很好了。”盛敏诚恳道。对“通信人”而言，5G是当下，6G是未来。她不确定未来的6G时代会发展成什么样子，但她相信，在未来，信息将像水、空气、电力一样，成为个人生活、企业生产、国家和社会管理的必需品。“信息网络和电网一样，是一个社会的重要基础设施。它必须具有更高的智能性，支持信息高效流动；也要有足够的安全性，必须能够在恶意的攻击下保证正常的运转。”这样一来，值得他们研究的东西就更多了。对盛敏来说，这比什么都重要。
2020年，不管是疫情的突袭，还是我国5G等高新科技遭遇打击，都不是什么好事。“希望我们的后辈在若干年后谈起2020年，不仅仅记得病毒被我们战胜，而且记得从这一年开始，无论有多少艰险挑战，都不能阻止我们自强和攀登巅峰的步伐！”在一篇文章中，盛敏认真写道。
专家简介
盛敏，西安电子科技大学综合业务网理论与关键技术国家重点实验室主任。担任科技部“智能无线通信系统”重点领域创新团队负责人、国家精品在线开放课程“通信网络基础”负责人。教育部长江学者特聘教授、国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才。目前主要研究方向为B5G/6G移动通信系统、天空地一体异构网络融合理论与关键技术、密集无线网络组网理论与关键技术以及自组织网络组网理论与方法等。研究成果获国家技术发明奖二等奖2项、省部级科学技术奖一等奖3项。
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