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李赞:倾心高安全高可靠通信研究

中华英才 作者:齐殿斌 2017-01-17 12:57

核心提示: 专访第十二届中国青年女科学家奖获得者、西安电子科技大学通信工程学院教授李赞。

第十二届中国青年女科学家奖颁奖词中如此评价李赞:“她研制出了我国独立自主的新一代流星余迹通信系统,出版了国内该领域第一本专著。”李赞如是说:“我最感兴趣的,就是高安全、高可靠通信基础理论、关键技术研究和系统研制。”

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李赞:“我最感兴趣的就是高安全、高可靠通信基础理论、关键技术研究和系统研制”

随着通信在经济建设、国防安全、尖端科技等领域乃至人们的日常生活中越来越重要,对其安全性、可靠性的要求也越来越高。如何保证构建高安全、高可靠的通信理论,打造高安全、高可靠的通信技术?成为通信领域科学家不断追逐的梦想。

有这样一位青年女科学家,她带领科研团队,针对国家实际应用需求,解决了高安全、高可靠通信中的一个又一个难题,先后研制出我国独立自主的新一代应急通信系统、认知抗干扰跳频芯片、频谱感知传感器网络……因此荣获第十二届中国青年女科学家奖,她就是西安电子科技大学通信工程学院教授李赞。

近日,本刊记者在北京科技会堂采访了这位青年女科学家。一身朴素随意的装束,一双没有掩饰的大眼睛,一副青春靓丽的面容,热情而朴实,快乐而睿智,洒脱而率真……记者面前的李赞,很难让人把她与科学家的名字联系在一起,更像是一位邻家的阳光女孩。然而,这位“阳光女孩”身上却环绕着“中国青年女科学家奖”、“中国青年科技奖”、“中青年科技创新领军人才”、中国科协九大代表、中国青联委员等诸多殊荣。

坚持:功夫不负有心人

“我最感兴趣的,就是高安全、高可靠通信基础理论、关键技术研究和系统研制。”这是李赞的兴趣所在,更是她多年坚持刻苦攻关的方向。

从1998年硕士研究生开始,李赞就跟随导师金力军教授从事通信领域科研工作。1999年李赞参与了一个国家级的科研项目——流星余迹通信,“导师退休后,就把这个项目交给了我”。

2001年,研究生毕业的李赞留校任教。作为一名青年教师,当时她做科研可谓“压力山大”——没有项目、没有经费、没有场地、没有学生,“典型的一无所有”。“我给学校承诺,一定能把这个项目接下来。”李赞说。

学校借给了李赞项目经费和一间教室做为实验室,“为了节约经费,搬来别人淘汰下来的乒乓球桌,上面铺一块布当实验台用……当时我向学校借了30万,所幸项目立项后把钱还上了。”

2004年李赞晋升为副教授,有了自己的第一批学生,“他们选我做导师,我说,只要你们相信我,一定能把你们带好。”李赞逐步有了学生和科研团队,就放开手脚做起了科研。

为了能让项目顺利完成,李赞经常和学生加班到深夜,“我们办公楼门一般在夜12点关门,楼里面我们经常是最后一批走。那时候从早到晚做的都是同一件事情。”李赞说,对于年轻教师来说,刚开始做科研往往比较困难。“但坚持就有成功的希望”。

流星余迹通信是李赞留校任教后进行的第一个科研项目。“这个项目是我做科研项目的起点,从刘增基、金力军教授等老一辈专家手里接过流星余迹,一定要把他们做的工作继续做下去、传下去。”

功夫不负有心人。经过刻苦攻关,李赞及其团队研制出了我国独立自主的新一代流星余迹通信系统,并赴野外开展了600至1500公里的远距离通信试验,她以第一作者编著了《流星余迹通信理论与应用》一书。这一科研成就受到了第十二届中国青年女科学家奖评审专家的高度认可,颁奖词中如此评价李赞:“她研制出了我国独立自主的新一代流星余迹通信系统,出版了国内该领域第一本专著。”

“流星余迹通信只是高安全、高可靠通信方式之一。就是利用流星划过天际时产生的柱状电离气体,作为通信信道进行信息传输。”李赞解释道。流星余迹这种信道的建立,是一种自然现象,在复杂恶劣的通信信道下实现高性能的信息传输,即高安全、高可靠通信。

在流星余迹通信研究领域取得的成就,让李赞体会到了坚持的力量,也坚定了她继续做科学研究的信心。

突破:走在同行的前列

“跳频通信”是通信中一个很特殊但却非常重要的研究方向和领域,是一种最常用的扩展频谱无线通信方式。

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李赞和她的科研团队成员一起做实验

在科研中李赞发现,国内外系统所普遍采用的跳频序列设计大都基于有限域理论。针对日益复杂的无线电磁环境导致跳频通信性能逐步下降的现状,是否存在更优秀的跳频序列使得系统抗干扰性能有效提升呢?李赞带领团队开展了一系列创新性研究,在跳频通信领域的相关创新技术和理论成果走在了同行前列,实现了三方面的重要突破。

第一个突破是将密码学的加密机制,引入到了跳频序列族的设计之中,首次提出并证明了密码学加密和跳频序列设计的等价性原理,创建了基于加密思想的智能跳频序列族。

“我们提出的基于加密原理的序列族产生方法,生成的序列具有优异的综合性能指标。”李赞介绍说。

目前国内外所能查阅到的跳频序列一般最多可以满足均匀性、随机性、周期性、线性复杂性等几项性能,而且还经常“顾此失彼”,即一旦某一项性能指标受到破坏,其他的几项性能也会被影响。同时,按照已有理论生成的跳频序列部分性能存在一定局限,比如周期性,也就是说在高速跳频通信时其周期性规律难以抵御跟踪式干扰;或者在多用户接入和组网时,由于序列碰撞会影响网络传输能力等。

而李赞团队提出的算法,成功地将序列性能指标拓展到13项,包括多址接入特性、游程特性、敏感性、相关性、组网特性等新性能。“最为重要的是,还顺利破解了各指标之间无法兼顾的难题,实现了13项性能指标全部同时优异。”李赞表示。

第二个突破是设计出系统参数随信道特性实时变化的跳频体制,为进一步实现一体化智能通信系统提供了可能。在上述两个理论突破的基础上,首次构建了基于序列的跳频同步组网和异步组网模型,并得出了跳频组网性能的结论定理和理论极限,为实际的跳频组网系统设计提供了理论支撑。

2015年9月,因为这一成果在国际上的影响,李赞应邀在欧洲智能信息安全会议上作了大会报告,相关论文也在国际会议上获得了大会最佳论文奖。

如果说前两个突破只停留在理论上,那么第三个突破就是把这些理论运用到了工程实践中,设计开发出了看得见、摸得着、用得上的基于FPGA的跳频芯片。

据介绍,他们所开发的芯片具有资源占用少、运算速度快、接口灵活等显著特点。在典型的96兆赫兹时钟下,芯片可支持每秒超过140万跳的超高速跳频通信。

如今,这一芯片已用在了我国具体卫星、远洋舰船等多种产品和设备中,有效提高了通信系统的抗干扰性能。

目标:执着前行向未来

如今,随着无线互联网、下一代移动通信等无线通信方式和设备的迅速增加,无线通信环境的日益错综复杂,高安全、高可靠通信面临着更加严峻的挑战。

在跳频通信研究基础上,李赞针对目前无线通信信道更加复杂、现有通信系统对无线环境态势感知能力急待加强的现状,又将研究方向扩展到了智能化宽带电磁频谱监测领域,旨在将探测、感知和通信相结合,为实现一体化智能通信打下基础。

“我们的工作是从对于认知无线电技术的思考开始的。”李赞说,认知无线电这一技术是依据无线环境的感知信息,通过认知引擎进行系统决策,实时改变传输功率、载波频率、调制技术等系统参数以适应信道特性,从而最大限度地充分利用无线环境和信道资源以实现高性能通信。

李赞介绍说,这一技术可以这样形象化理解,传统的无线通信其实是“瞎子”通信,收、发双方并不知道实际信道质量如何、是否适合信息传输。因此,掌握和监测实际信道特性对于可靠通信至关重要。

据了解,在频谱监测领域,李赞团队利用认知的思想,已经研制出网络化宽带电磁频谱监测设备,并在陕西省长安区、江西鄱阳湖、重庆北碚区等构建了3个典型地域的示范验证网。经国家无线电监测中心测试,相关技术指标处于国内领先水平。

“我们当前的工作,就是把基于智能化宽带的电磁频谱监测,与我们的跳频通信等技术优势相结合,下一步会将感知的范围由时间域、频谱域进一步扩展到空间域等更广泛的多维域,即实现多维域的态势感知,不断提升通信传输的可靠性和稳定性。打个比方,如果说态势感知是‘眼睛’,我们就是要让可靠通信系统用上这个‘眼睛’,让它‘看得见’‘分得出’能用的信道在哪儿。”

传承:导师就是做榜样

“可以说是我的导师把我领上了科研之路,也可以说是导师改变了我的人生。”在采访中,李赞多次提到她的导师金力军教授,并充满了感激和崇敬之情。

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李赞:“导师对学生科研教育起着承上启下的作用,要能给学生榜样的力量”

李赞从高中开始,就不断被“保送”、“破格”,她常调侃自己没有体会高考和找工作的忙碌感。1998年8月,李赞被免试保送进入西安电子科技大学通信工程学院,之后又免试保送读通信与信息系统专业硕士,并荣幸地成为导师金力军教授的研究生之一。从此,金教授就带着她和另外几名弟子一起进行流星余迹通信研究。

李赞回忆,有一年冬天,导师带着他们到河北霸州进行实验,当时导师已经60多岁,“当时我们要测流星什么时候通的好,什么时候通的不好,要做36小时对比实验和72小时对比实验,不能睡觉,当时我们就跟导师说,您去睡觉我们轮流值守,导师坚持不睡,守着跟我们一起做实验。”李赞说,当时做实验用的天线是12米高的天线塔,实验过程中定时要调整天线角度,“当时塔上结冰,当我们考虑怎么样上去的时候,导师已经准备爬上去了。”

这件事给李赞留下深刻印象。金教授用行动告诉她:导师就是要做榜样。“在学生科研的道路上,导师这种榜样的力量影响非常大。”也正是当初导师对科研的执着态度,感染了李赞,从而坚定了她走上科研道路的信心。

如今的李赞也是一名博士生导师,她的研究团队有博士研究生和硕士研究生及年轻教师50余人。在引导青年人才特别是学生从事科研工作,她也有自己的见解,“导师对学生科研教育起着承上启下的作用,不仅影响决定学生的成绩,而且影响引导学生如何做人,要能给予学生榜样的力量。”

李赞认为,“导师要引导学生从高校看到市场,帮助学生选择好研究方向。同时要全力扶持学生去做,利用自己的平台,多给学生机会,让他们了解国家需求,激发他们的研究热情和创造力。”

李赞利用现有的科研平台,培养了一批优秀的硕士研究生和博士研究生,他们多次荣获“优秀毕业生”和一等奖学金等。

“要把科研意识写在学生心里,而不是写在纸上。”也正是有着对学生科研培养的独到见解,如今的李赞正带着她的学生从事着通信领域更高端的科研项目。

科普:科学家责无旁贷

2016年6月初,李赞作为陕西省最年轻的来自科研一线的代表参加了中国科协第九次全国代表大会,并当选中国科协第九届全国委员会委员。她有幸聆听了习近平总书记在“科技三会”上的重要讲话。而让她印象深刻的是,习总书记特别强调“要把科普放在与创新同等重要的位置”。

李赞认为,这是非常有战略眼光的。“创新的主体是科技人员,未来的科技人员就在硕、博士研究生,大学生,甚至中学生、小学生之中,他们直接决定着中华民族的持久创新能力和未来。因此,要使创新精神成为全民的意识形态,提升我国整体科学素质,使青少年由崇尚明星转为崇尚科学家,科普教育要从娃娃抓起,全民科普是一条必经之路。只有全民科学素质大大提高了,建设世界科技强国才会有坚实的基础。而我们的科学家做科普是责无旁贷的事。”

针对科普的议题,李赞在中国科协九大代表发言中提出建议,要打破传统科普从展板、宣传资料到讲座的一般模式,通过院士或学术大师的榜样力量和针对需求驱动的专项科普等,来实现全民科学素质的提升。“可以将院士、领军人才、知名教授、青年教师等都纳入到科普队伍中,而不应仅仅由专职科普工作人员承担科普的责任,要让我们的科学家成为真正的明星,在全社会形成学科学、爱科学,崇尚科学家的良好氛围。”

李赞获得中国青年科技奖等一些奖项后,便融入了青年科技工作者的群体中,加入了中国科协女科技工作者协会。协会定期组织活动,包括科普进校园,“让院士去给中学生、大学生做基本的科普,会安排不同学科的代表,有学医的,学海洋的,像我是学通信的,学生显示出极大的兴趣,而且去的都是比较偏远的地方。”

“我觉得走进校园、走到基层做科普很有意义,心灵上得到满足,是我以前做科研获一个奖项或者写一篇论文的成就感完全无法比拟的。”李赞说。

“一分耕耘,一分收获。执着前行,做更好的自己。”这是李赞在中国青年女科学家奖颁奖典礼上的寄语。

执着前行,李赞正带领她的团队向更高、更远的目标迈进;不断追逐梦想,做更好的自己。

李 赞

1975年生于陕西西安,西安电子科技大学教授、博士生导师、教育部长江学者特聘教授、综合业务网理论与关键技术(ISN)国家重点实验室研究中心主任。IEEE Senior Member、IET Fellow、中国科协第九届全国委员会委员、中国女科技工作者协会会员、中国电子学会会士、中国通信学会会员、第十二届中华青年联合会委员。获第十二届“中国青年女科学家奖”、第十三届“中国青年科技奖”、入选科技部“中青年科技创新领军人才”、教育部“新世纪优秀人才计划”、获全国“五一巾帼标兵”等称号、霍英东青年教师基金等资助。担任国际期刊副主编、编委等,并在多个国际会议上担任重要职务。主持国家科技重大专项、国家863计划、国家自然科学基金等课题,获省部级科技奖四项。以第一作者出版专业学术著作3部,申请国家专利47项,在国内外期刊及会议上发表论文100余篇。

(2017.01.01 第01期)