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纵深推进移动通信 触摸前沿通达天地

来源:  发布时间:2023-07-18

——记中国科学院上海微系统与信息技术研究所总工程师卜智勇

 王 辉

 

20233月,工业和信息化部部长金壮龙表示,我国将继续全面快速推进6G技术研发。在各类新兴领域,云计算、大数据、区块链、人工智能等新技术与通信技术不断融合并亟须6G技术为其提供支持的现实背景下,我国大力推动6G技术研发和应用可谓正当其时。按照移动通信产业使用一代,建设一代,研发一代的发展节奏,6G这一新一代移动通信技术将构架一个地面无线通信与卫星通信融合的全连接世界,以达到整个地球无缝全覆盖的目标,从社会生产、人类生活、数据安全,以及终端智能化等多层面为使用者带来多元立体的新体验。

从最初筚路蓝缕、穷则思变,到如今优势明显、探索前沿,中国移动通信技术研发及相关产业取得的成果并非一蹴而就,而是走过了一条“1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步、5G引领的艰难长路。作为这一路的亲历者和建设者,中国科学院上海微系统与信息技术研究所总工程师卜智勇感慨颇深:我国移动通信领域几乎是从零开始,发展到如今研发水平和产业规模的双高,与之相伴的是我国相关人才培养规模和水平的持续增长、领域内资本和企业建设的稳步累积,以及我国在这一领域内国际地位和话语权的提升,这些都是我国在移动通信领域走出一条新路的力证。”如今,站在新一代移动通信技术即将“扬帆起航”的历史节点,他仍保留着当初的坚定和平和,面向经济主战场和国家重大需求,全面推进空天地一体的网络架构等6G核心技术的研发和落地,并借此构建我国在相关领域的先发优势和国际影响力,是他既定不变的奋斗方向。


迭代创新跨越技术鸿沟


2008年,汶川大地震让灾区通信一度中断,抗震救灾难度随之剧增。面对在这一特殊环境中如何恢复即时通信的难题,卜智勇第一时间带领团队奔赴北川,搭建起打破信息孤岛的宽带无线应急通信系统。借由这一系统,救灾现场视频得以迅速传送到相关指挥部,参加救援的卫生检疫、武警、军队、消防等单位也借助这一系统实现了及时响应。让灾区情况看得见,让各级指令听得到,卜智勇有关4G技术的研究成果也因这一系统得以首次亮相

早在2002年回国进入中国科学院上海微系统与信息技术研究所之日起,卜智勇即瞄准移动通信前沿,先后参与并开展了第三代移动通信标准(3G)的开发、中国第一款CDMA2000手机的研制和国家“863计划等多项重大课题的研究,率先在国内开发出了拥有自主知识产权、兼容国际标准的宽带无线接入系统。在参与汶川地震抗震工作后,卜智勇更是对宽带无线应急通信系统进行了一系列升级改造,使之能够适应复杂恶劣环境,并在实际应用中凸显系统覆盖范围更广、传输效率更高、使用场景更多等优势。

此后10年,卜智勇投身特种专用技术探索,同时也始终关注行业发展动态并积极探索通信技术前沿。2016年,随着全球5G通信系统研发和应用的热潮,卜智勇选择调转方向,就新一代移动通信技术及全套系统展开攻关工作。

5G技术不仅要解决人与人通信,更要解决人与物、物与物通信问题,满足物联网应用需求,并最终渗透到经济社会的各行业各领域,成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。伴随着中国5G通信市场的崛起,市场对基站的需求量激增;从建设和应用成本出发,基站建设也从最初的以宏基站建设为主逐渐转向以小基站建设为主,这也对卜智勇及其团队提出了新的要求。初期5G基站的成本和功耗都很高,不少运营商甚至在非忙时关闭基站以节约成本,这无疑与5G技术应用推广的实际需求相违背。而小基站的优势在于,它能以性价比更高’的形式按需提供5G网络服务,并能更好地服务于垂直应用领域的个性化需求。因此,卜智勇团队决心以白盒5G小基站为抓手发起攻关,并极具前瞻性地将科研目光投向了实现5G小基站的核心处理部件——5G系统芯片。

“当时,国际市场严格的技术封锁,以及国内芯片产品在功能和性能上与实际应用需求间的差距,时刻鞭策着我们在5G小基站核心系统芯片的技术突破和国产化方面持续发力。聚焦小基站5G系统芯片、模组和系统解决方案的研发、应用与推广,卜智勇以及团队基于软件定义硬件技术理念设计了融合任务调度处理器和基带/中频核心数字信号处理加速器在内的芯片架构,承载了其自主设计的多场景高性能基带/中频算法,并解决了诸多工程化开发与制造工艺适配难题,打造了高规格、低功耗、低成本、自主可控的SOC芯片。此外,他们还设计了基于自研5G系统芯片的模组产品,使其充分适配芯片功能应用,并在板级设计中最大化发挥芯片规格、功耗等方面的特性优势。最终,在自研芯片与模组的基础上,针对不同市场与应用,卜智勇团队以芯片为核心、模组为主体,针对运营商网络、行业网络与特种领域等不同系统级设备和解决方案形态与要求,提供完整的协议栈、接口、运维等全套软硬件解决方案,场景化的组网方案,支持上层业务与特性层面的功能拓展,实现最终的“交钥匙”交付。“从底层的物理层代码到协议栈,每一行代码都是我们自己写的。”以充分自研的5G系统芯片、基于芯片的模组及软硬件系统解决方案的整套产品,卜智勇团队为5G小基站企业顺利运营、确保特种通信市场优势份额奠定了坚实基础,提供了强大助力。

时针拨转到我国5G技术已实现规模化建设和商业化应用的当下,通过与互联网通信等技术的有效融合6G技术有望帮助我国真正实现空天地一体化的全球无缝覆盖。而此时,如何将卫星控制与地面控制协同起来,成了6G技术推广应用将要面临的一大挑战。

依托中国科学院先导专项项目,卜智勇团队在航空业精准探测、智能感知和电磁域管理方向迈出了勇敢而坚实的第一步。在通用波形协议技术、信号级协同探测技术、基于深度学习的交互信号类型识别、基于对抗生成网络的交互信号抑制技术、基于强化学习的探测波形捷变技术和CPU+GPU通用架构等技术领域理论和工程化创新的基础上,团队融合智能探测、组网探测、智能交互、交互评估等一系列综合技术,引进先进AI技术,初步形成了智能电磁探测技术簇;牵头研制了多通道数字收发板、半实物探测模拟器、组网探测融合中心、智能交互设备、任务规划软件等一系列新技术原型样机;并借助原型样机开展外场试验,在实际环境下验证了新技术原理和性能。此后,在“SP突发信号采集与处理技术项目中,卜智勇团队实现了空中多节点信号协同收发、地空协同动态任务调整、电磁频谱实时监测与可视化、交互信号精准布放、三维可视化动态推演等多个领域的技术突破,研制了分布式协同收发与交互原理样机,并在外场复杂电磁环境下进行了实测,已初步验证了原理可行性和系统实用性。

“从求学到工作,行业的广阔发展前景让我信心百倍;与此同时,我在心中也埋下了一颗‘不服输’的种子——为什么我们不能研发属于自己的移动通信系统?”此去经年,这颗种子已然在卜智勇及其团队不懈努力和坚持下长成硕果累累的大树,而他对行业高质量发展的思考和探索也由此走向纵深。


破解科技产业“两张皮”难题


纸上得来终觉浅,在素来重视实践和应用的移动通信技术领域更是如此。怀揣着“打造属于中国的移动通信系统”的梦想,在技术领域取得一系列突破性成果的同时,卜智勇也坚定探索让技术落地和产业发展的有效方法。

提到技术与产业的关系,卜智勇认为高新科技不能只停留于实验室和理论的“象牙塔”中,推动相关产业发展才是其健康发展的必由之路。“我们做出来的科研成果,必须得有人用、有人为它买单,进而将其转换成生产力,这样的高科技产业才称得上是具有实质性贡献的产业。”对于如何克服科技产业“两张皮”的难题,将研究成果最大限度地应用于实践,他也有自己的思考——“一方面,我们的前沿技术研究在‘选题’的过程中,要瞄准产业的真实需求,而不是做‘天马行空’式的泛泛研究;另一方面,研究的顺利开展,需要尖端人才和资金支持构成合力,这是产业得以持续发展的一体两面。”

紧握“国家需要、产业需求”的主线索,卜智勇及其团队坚定地行走在“有的放矢”的科研转化道路上,并诞生了众多具有创新意义的技术和制度化成果。以分配机制为例,卜智勇开创性地设立了“持股”制度,让团队成员在获得科研成功成就感的同时,也能取得更为丰厚的报酬——“我们内部采用的是433分配制。当一项成果实现成功转化,其中40%收益是团队的直接利润;另外30%是团队的可持续发展基金,将用于团队的长期发展和科研补贴;最后30%则是投资方的分红。这样分配的好处在于,成果转化将不只是与产业发展、技术更新、项目进度有关,更是与团队中所有人的利益切实相关。将科研事业与个人利益统一起来,在有效保障团队福利的同时,也会激励他们不断进取、锐意创新。正所谓‘不用扬鞭自奋蹄’,团队中的每位成员都不仅是在为团队工作,更在为自己工作,这种制度对于提升团队硬核科研积极性效果非常明显。”与此同时,他还强调了通过合作调用资本杠杆的重要性,“首先,多种类型的合作都属于‘命题作文’,研究方向和目标都很明确,这和我们‘做用得到科研’的初衷不谋而合;其次,合作过程中社会资源、市场资源的投注也是相关研究得以顺利进行的重要保障力量;最后,合作最终的成果评估要求我们在规定时间内完成符合预期的成果,这对我和我的团队是监督也是鞭策,是促使我们将成果做到‘可用、好用’的动力来源。”

上海瀚讯信息技术股份有限公司、白盒子(上海)微电子科技有限公司、成都中科微信息技术研究院有限公司……都是卜智勇在践行人才梯队建设和产学研转化过程中先后成立的。其中,上海瀚讯信息技术股份有限公司已于2019年正式上市,这也成为他走通科技成果原始积累成果产业化工程落地应用资本化证券化完整链条的实践明证。在始终谨记责任、胸怀报国情怀的卜智勇看来,明确的目标、高效的团队、灵活的合作方式,是他求解科技产业两张皮难题过程中取得的有效解决方案,而这些由他创办的企业,不仅是他践行产学研转化的前沿阵地,更是他家国情怀的具体投射。例如上海瀚讯信息技术股份有限公司是在新一代宽带移动通信领域长期研究积累的基础上,聚焦国家4G/5G长期技术发展,以向行业客户提供行业宽带移动通信系统的整体解决方案为锚点,目前已连续参与多次重要活动,相关产品也已成为航空航天及重大活动的有效通信保障。基于高算力、高能效、高速动态可重构等特性,同时具有时间和空间计算能力的软件定义硬件(SDH)处理器被视为大数据时代颇有价值和潜力的处理器微体系结构,有望成为新一代高密度数据处理芯片。作为国内这一技术领域的头部企业,白盒子(上海)微电子科技有限公司长期致力于SDH先进芯片设计技术研究,在大力承担国家重大项目研究的同时,积极推动相关技术在5G/6GAI、安全等领域的落地。成都中科微信息技术研究院有限公司则是面向低轨卫星通信、智能无人系统等领域,组建了超过300人的高端人才队伍,目前已研制出国产一体化5G基站、全球多媒体卫星通信系统等创新产品,成功实现了当年研制、当年首台套、当年销售应用的产业转化目标……

一肩挑起科技创新和产业落地的两头,卜智勇坚定不移地行走在时代和行业的潮头。回望这条漫长而又收获满满的践行之路,他不仅看到了技术优势为行业发展提供的强大动力,更意识到在越来越多的国际合作交流中,稳打稳扎的技术积淀将成为“创新中国”的一张亮眼名片。而他,也将继续投身于此,不知疲倦、且行且歌。


以技术优势打造“中国方案”


“能力和国力的综合提升”,是卜智勇对我国移动通信技术发展历程的总结。“2000年我在诺基亚工作时,国际领先的技术、专利、设备大多掌握在这样的大型企业手中;而如今,我们在相关领域奋起直追,实现了从白手起家到引领全球6G技术研发的跨越式发展。在此过程中诞生的标志性产品、行业标准和解决方案,也正成为我国综合实力的一部分,并通过国际合作等形式不断扩大着我国的国际影响力。基于这一情况,卜智勇在积极推动技术创新和产品出海的同时,也在思考一种全新的技术模式——“目前,我国在移动通信领域的技术优势,主要以产品出口的形式体现。这种形式往往只创造了经济利益,对进口国的相关产业并没有直接的促进和带动作用。同时,产业发展不健全也将限制市场规模的扩大,从而使国际合作停留在较为浅表的层面。如果采用‘授人以鱼不如授人以渔’的办法,以我国业已成熟的全套5G技术,特别是以自主芯片为依托,通过技术援助的方式展开国际合作,在进口国培训生产工人、扶持自有厂商、构建完整产业生态,将进一步推动国际交流合作走向多元化,从而实现经济效益和产业效益的双赢,在技术层面践行国家共建一带一路合作、构建人类命运共同体的政策。走过以产品换收益的时代,我们更期待通过‘以技术换市场’这一当今国际政治经济环境下的新型国际科技合作模式,让移动通信领域的‘中国方案’惠及更多国家和地区,扩大相关技术的应用范围,进而为提升我国国际影响力、打破技术垄断困局、全面推动5G产业的全球化布局提供助力。

以这一思路为出发点,卜智勇着重强调了学习能力和自我提升能力的重要性。“由于移动通信领域是一个快速迭代、竞争激烈的领域,想要跟上时代,就要不断自学、实时更新知识库,并能够将其吸收转化,成为创新的原材料之一。在此基础上,创新是我们不变的方向。无论是科研或是产业,我们的目光始终朝向那些没有人干过的或者鲜有人干的事情。在技术竞争日趋白热化的当下,唯有在路径上、方向上选择一些别人还没有触及或是很少人触及的,而且自己踮脚尖能够得着的领域,才能弯道超车,并一步步形成‘人无我有、人有我精’的优势成果。”

他是这么想的,也是这么做的。从研多年,卜智勇累计在国内外学术期刊上发表论文70余篇、授权发明专利30余项,主持完成国家部委级3000万元以上重大项目十余项,先后荣获国防科学技术进步奖一等奖、上海市科学技术进步奖二等奖等奖项及国务院颁发的政府特殊津贴、上海市首批领军人才、上海市劳模等荣誉称号。面对荣誉和成绩,他显得十分淡然:荣誉是一种肯定,有时候也是一种负担。对卜智勇来说,扎根移动通信领域,做一些自己喜欢做的事,做一些对国家和民族有益的事,才是令他最快乐、最有成就感的人生选择。

如今身兼科研工作者、教育者、企业家等多重身份,卜智勇的每一天都过得忙碌而充实。谈及未来的发展,他有条不紊地说道:“放在第一优先级的,一定是国家的大型科研计划和攻关工程。开发一款国家刚需的、在多个重要行业发挥支撑作用的软件定义硬件芯片,以及保持科研思维、技术层次的领先水平,将是我和团队下一阶段工作的重中之重。与此同时,在产业转化层面同样不能放松。我们的思路始终是‘专业人做专业事’,由我把控主攻方向,开展多层面资源调动和合作,在此基础上,团队聘请产业界经验丰富的执业人员来开展产品、市场、推广等具体工作,进一步提升产业转化的效率和成功率。”蓄力创新、高位推动、培育人才、共话发展,如今的卜智勇初心不改,朝着让移动通信技术发挥更大功效的方向,他依旧在自己选择的道路上践行致远。

(责编:唐慧乔)


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2024年10月

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