北京邮电大学教授牛凯:探索极化码理论新高度(2)
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【摘要】前瞻,构建6G 四元空间 与4G 相比,5G 在峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、时延及连接密度等多方面实现全方位提升。从移动通信技术整体演进历
前瞻,构建6G 四元空间
与4G 相比,5G 在峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、时延及连接密度等多方面实现全方位提升。从移动通信技术整体演进历程分析,满足用户通信需求依旧是每代系统革新的首要目标,而新的通信技术为系统演进提供驱动力量。
5G 可以归纳为三大应用场景。第一类为增强移动宽带业务,即在现有移动宽带业务场景基础上,追求人与人之间极致的通信体验;第二类场景为海量机器类通信,即大规模物联网,是人与物之间的海量信息及时交互;第三类场景为高可靠超低时延通信,主要体现物与物之间的通信需求,典型场景是车联网,如自动驾驶,不依赖于人而是车与车之间自动进行信息交互。因此,5G主要涉及人类社会、信息空间、物理世界(人、机、物)这三个核心元素。
牛凯认为,在未来第六代移动通信系统中,网络与用户将被看作一个统一整体,用户的智能需求将被进一步挖掘和实现,并以此为基准进行技术规划与演进布局。人工智能在6G 的应用是大势所趋,以人工智能、边缘计算和物联网为基础,实现智能应用与网络的深度融合,实现虚拟现实、虚拟用户以及智能网络等功能。在人工智能、新兴材料和集成天线相关技术驱动下,6G 的长期演进将产生新的生产方式及商业模式,甚至构建目前无法想象的新世界。
因此,基于5G 人、机、物的基础上,结合现有人工智能技术,展望未来10 ~20年,牛凯及其团队提出了6G时代的第四个核心元素——灵。灵存在于虚拟世界,基于实时采集的大量数据和高效机器学习技术,不需要人工参与即可实现通信和决策制定。灵可以作为 6G 用户的人工智能助理,提供强大的代理功能。由于不受智能终端具体物理形态的限制,灵具有个性化、沉浸式、自主代理真实用户的能力。牛凯举例说,家中有老人生病了需要子女陪伴时,可以派一个虚拟空间代理,灵完全模拟子女的思维,可以与老人顺畅交流,代替人做事情。牛凯预测,未来6G 时代,通信对象将十倍百倍乃至千倍地增长,并极大满足人类精神世界需求。
为了满足人类对智能通信的更深层次需求,6G 将实现从真实世界到虚拟世界的延拓。虚拟世界源于对真实世界的采样、传输、分析和重构。与每一代移动通信系统升级并无不同,6G 仍然需要在信息理论、传输和组网等方面实现理论和关键技术突破。其中,在信息理论方面,6G 将大大拓展传统信息理论,设计基于语义信息的传输方案和通信网络;在传输关键技术方面,6G 将进一步挖掘通信基础理论,在极化编译码、极化编码传输、大规模MIMO、深度学习信号处理等方面取得突破,实现传输能力的飞跃;在组网技术方面,6G 将采用人—机—物—灵的全新网络架构,满足认知增强与决策推演的智能定义网络需求,保证安全可靠的网络传输,实现意念驱动网络。
合作,转化理论为应用
牛凯认为,通信本质上是一门应用型学科,构建完备理论体系的终极目的在于产业应用。因此,牛凯主动与国内外各类通信企业合作,将高校理论研究优势与企业市场应用相结合,实现科研创新理论与企业实际应用不断融合。
华为是牛凯合作时间最久且合作领域最广泛的公司。华为在通信领域的地位无需赘言,近些年来,牛凯和华为在移动通信、终端、微波、光纤、人工智能等领域深度合作,形成了良性互补机制。牛凯向企业提供最核心的论文、标准点与专利等成果,这些前瞻性研究对华为研发工作起到了推动作用,同时,华为也将工程问题反馈给牛凯,在获得了工业界最丰富的“营养”后,牛凯再完善其理论研究,如此循环,形成双赢的良好局面。
前文提到的极化码理论成果公布后,就在工业界引发广泛重视,牛凯和华为强强合作,将基础研究和工程应用紧密结合,有力地推动了5G 国际标准的形成。
当然,牛凯合作的企业并不局限于国内,他还与国外先进企业建立了长期联系,其中,与高通公司就在纯技术层面有密切合作。通过与行业领导企业的不断交流,促进了理论研究与工程应用的紧密融合。
育人,实验室与课堂相结合
桃李不言,下自成蹊。牛凯深知,科研工作以外,自己的本职是一位老师,基本职责就是要授课、育人。他给研究生开设了《移动通信原理》课程,所用教材由他与导师吴伟陵教授合著。该教材曾获得全国电子信息类优秀教材一等奖。目前,他正在撰写第三版,希望将移动通信的前沿成果及时介绍给学生。
文章来源:《北京邮电大学学报》 网址: http://www.bjyddxxb.cn/qikandaodu/2021/0212/531.html