作者:秦明 张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2016/2/26 8:39:24
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李赞:执着前行,做更好的自己

李赞 

■通讯员 秦明 本报记者 张行勇

从研制出我国新一代流星余迹应急通信系统,到下决心去啃“跳频通信”这块硬骨头,再到将研究方向扩展到智能化宽带电磁频谱监测领域,这位年轻女学者正带领她的团队向更高、更远的目标迈进。

刚刚迈入2016年,西安电子科技大学通信工程学院的李赞教授便收获了一枚奖章——第十二届“中国青年女科学家奖”。

中华全国妇女联合会、中国科学技术协会、中国联合国教科文组织全国委员会等主办方为她的颁奖词是:研制出了我国独立自主的新一代流星余迹通信系统。

流星余迹通信,即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,也是高安全、高可靠的通信方式之一。多年来,李赞一直醉心和痴迷流星余迹通信的基础理论、关键技术研究和系统研制。

获此奖之前,1975年出生的西安人李赞,已是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“通信信号处理”研究中心主任,曾荣获第十三届中国青年科技奖和全国“五一巾帼标兵”等称号。

坚持不懈

1994年初秋,在西安电子科技大学94级新生部的迎新晚会上,一个害羞女生略显稚嫩的演唱,给在座的1500余名老师和同学留下了深刻印象。正是从那一刻起,这个女生开始了在西安电子科技大学20多年的学习和工作生涯,并逐步成长为一名优秀的青年女学者。她就是李赞,那首歌就是《长大后,我就成了你》。

天生聪慧,加上勤劳努力,这使得李赞的学习之路颇为一帆风顺——高中毕业时,成绩优异的她免试保送进入西安电子科技大学通信工程学院学习;1998年取得工学学士学位后又免试保送通信与信息系统专业开始研究生阶段学习;2000年起,她又免试提前攻读通信与信息系统专业博士学位,次年转为在职博士。

作为一名学生,李赞认真、刻苦地学习基础和专业知识。直到今天,还保留着从本科一年级到博士期间学习过程中所有的学习笔记。正是因为这种坚持不懈的努力,她以优异的学习成绩,在本科、硕士和博士期间连续获得特等奖学金,为后来承担的科研和教学工作打下了坚实的基础。

作为一名青年教师,李赞认真完成自己所承担的每一项科研课题。自参加科研工作以后,她充分利用每一次理论学习和工程实践的机会,及时向前辈专家虚心请教,不断收集和积累科研经验,提高自己的工作效率,把大部分精力都投入在了科研项目上,多年来几乎没有休过寒暑假和节假日。

如今,当年那个害羞的大学生,已经成为一个步伐有力、自信干练的青年女学者。正如她自己所说,用了20多年的时间,她才真正理解了“长大后,我就成了你”这句话的深刻含义、责任和使命。

知难而上

2001年,硕士毕业的李赞留校任教。作为一名刚刚毕业的青年教师,虽然面临团队力量、经费支持均不足的艰苦困境,但却毅然选择“跳频通信”这一很特殊、难度较大,但却非常重要的研究方向,力求突破。

跳频通信,是指收发双方传输信号的频率,按照预定规律在一定的频段范围内进行随机变化。“跳频通信通过频率跳变,可带来很多良好的性能,如抗干扰、抗衰落能力强,可实现高安全、高可靠传输,多用户时还易于多址组网。”李赞向《中国科学报》记者介绍说。

在学校、通信工程学院及综合业务网理论及关键技术国家重点实验室(文中简称“ISN国家重点实验室”)的大力支持下,李赞充满信心地开始攀登这一学术险峰。

有信心,源自实力和基础。据了解,自1998年跟随导师金力军教授攻读硕士开始,李赞就在导师的点拨引领和悉心指导下,迈入了跳频通信的研究领域。这次选题、组建团队,她以研究跳频序列为起点,是逐步开展对该领域的深入研究。“在上世纪40年代,通过跳频技术能够实现抗干扰的可靠传输,跳频通信概念也被正式提出。”李赞补充解释。

三大突破

研究不断,失败不断,继续研究……螺旋式科研登山路漫漫,李赞走了15年之久。

在此期间,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传输性能有效提升呢?带着对这个问题的深入思考,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,实现了三个方面的突破。

第一个重要突破,就是首次将密码学的加密机制,引入到了跳频序列族的设计之中,提出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。

据了解,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、线性复杂性等少数几项性能,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。”李赞特别强调,“我们所提出的序列完全没有周期,且对于该体制的破解,理论上只能采用穷尽攻击法。”

第二个重要突破,就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。并基于上述两个理论突破,李赞团队又在此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,基于该成果的影响,李赞应邀在欧洲智能信息安全会议(IEEE EISIC 2015)上作了大会报告,相关论文也在国际会议上获得了BEST Paper Runner Up Award(大会最佳论文奖银奖)等奖项。

如果说前两个突破只停留在理论上,李赞及其团队的第三个重要突破,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。

据悉,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1400000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传输性能。

迈向更高

现代通信技术的发展,是道高一尺魔高一丈的螺旋上升进程,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。

在对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亟待加强的现状,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,认知无线电的概念1999年被提出,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。

李赞进一步介绍说,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。

“我们当前和下一步的工作,就是希望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,不断提升通信传输的可靠性。打个比方,如果说频谱监测是‘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’‘分辨得出’能用的信道在哪儿。”

从踏着前辈老师金力军、刘增基、李建东等教授的足迹致力于流星余迹通信研究,研制出我国新一代流星余迹应急通信系统,到下决心去啃“跳频通信”这块硬骨头,再到将研究方向扩展到智能化宽带电磁频谱监测领域……李赞,这个研究高安全、高可靠通信的年轻女学者,正带领她的团队向更高、更远的目标迈进。正如她本人在颁奖会上的寄语:“一分耕耘,一分收获。执着前行,做更好的自己。”

《中国科学报》 (2016-02-26 第2版 人物)
 
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