本刊記者 宋 潔

創(chuàng)新驅(qū)動精彩人生
——記深圳大學(xué)信息工程學(xué)院教授張勝利

本刊記者 宋 潔

張勝利

2016年6月25日，我國新型運(yùn)載火箭長征七號在海南發(fā)射場順利升空，將載荷送入預(yù)定軌道，為我國的探月工程、國際空間站建設(shè)和深空探測都打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。在可以預(yù)見的未來，空間領(lǐng)域?qū)⒅鸩叫纬捎傻鼗ㄐ?、近地衛(wèi)星、月球中繼、月球接入網(wǎng)、火星中繼、火星接入網(wǎng)等構(gòu)成的深空網(wǎng)絡(luò)。隨著深空探測的不斷發(fā)展，深空通信數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)將會大幅度增長，且會存在大量數(shù)據(jù)交互需求。另外，由于深空探測器的造價昂貴，使得深空信道的帶寬資源尤為重要。那么，為了充分利用有限的帶寬資源，怎樣提高深空數(shù)據(jù)傳輸效率就擺在了眾多科技工作者的面前。深圳大學(xué)信息工程學(xué)院副教授張勝利，正是一個在無線通信領(lǐng)域默默耕耘十余載，并不斷取得新突破的科學(xué)家。

說話簡單干練，聲音柔和，思維縝密，邏輯清晰，自嘲是IT界的資深“碼農(nóng)”，這就是張勝利。從首先提出物理層網(wǎng)絡(luò)編碼理論，并將研究方向拓展到無線通信基礎(chǔ)理論、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與分析、無線通信系統(tǒng)樣機(jī)開發(fā)等領(lǐng)域的香港中文大學(xué)年輕才俊，到如今已在IEEE JSAC等多個國際雜志與會議發(fā)表論文20多篇，總被引用次數(shù)超過3000次，并主持“973”項目青年科學(xué)家課題、國家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金等眾多項目的科學(xué)家，張勝利的人生充滿了挑戰(zhàn)與突破。

獨(dú)辟蹊徑自成才

作為學(xué)霸，張勝利的求學(xué)之路可謂一帆風(fēng)順。1997年，他以優(yōu)異的成績考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。在校期間，他始終謹(jǐn)記“勤奮學(xué)習(xí)，紅專并進(jìn)，理實(shí)交融”的校訓(xùn)，打下了扎實(shí)的計算機(jī)通信基礎(chǔ)。2002年本科畢業(yè)后，他沒有像其他同學(xué)一樣急于投入到工作當(dāng)中，而是選擇保送攻讀中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的碩士。讀研時，他跟著導(dǎo)師做了大量關(guān)于無線通信領(lǐng)域物理層的工作，積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗。碩士畢業(yè)臨近時，他原本可以憑借中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的金字招牌，再加上自己的理論水平不錯，編碼能力很好，到大公司里從事程序開發(fā)工作，安安心心地當(dāng)個“碼農(nóng)”，可以輕輕松松地過上小康生活。但他覺得這樣的生活不是自己想要追求的人生狀態(tài)。于是，他毫不猶豫地選擇了去香港中文大學(xué)攻讀博士學(xué)位。

面對陌生的環(huán)境和文化氛圍，張勝利努力調(diào)整自我，積極參加各種交流活動，很快就適應(yīng)了新環(huán)境。但是，擺在他面前最大的問題是博士生導(dǎo)師的研究方向和他以前導(dǎo)師的研究內(nèi)容差別太大。隔行如隔山，他在碩士期間做了大量無線通信物理層方面的工作，而博士導(dǎo)師做的是無線局域網(wǎng)，這讓他有點(diǎn)無所適從，不知道從哪里開始著手研究。確定不了研究課題對讀博的人來說是非常致命的，他的心里仿佛一直懸著一塊大石頭。

于是，張勝利如饑似渴地汲取無線局域網(wǎng)方面的知識，圖書館的書桌和宿舍的電腦都見證了他伏案苦讀的身影。不僅如此，他還選修了眾多研究生課程，其中一門叫做網(wǎng)絡(luò)編碼。通過深入的學(xué)習(xí)，他知道了網(wǎng)絡(luò)編碼是通過網(wǎng)絡(luò)層有限域信號疊加來實(shí)現(xiàn)的，而無線通信的電磁波具有疊加的屬性。于是，將網(wǎng)絡(luò)編碼和無線電磁波疊加屬性結(jié)合的想法涌現(xiàn)在他的腦海中。他基于雙向中繼信道的例子把這個想法告訴了導(dǎo)師，雖然導(dǎo)師覺得實(shí)現(xiàn)起來難度很大，但是非常新穎，意義也很大，因此鼓勵并支持他深入研究。他們給自己的新研究取名為物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（簡稱PNC），從此也開辟了導(dǎo)師課題組的一個新方向。

思想的巨人，行動的矮子，注定與成功失之交臂。而張勝利卻不一樣，他是思想和行動的“雙巨人”，所以他才成就了不一樣的自我。他敢于獨(dú)辟蹊徑，并勇于將自己的想法付諸實(shí)施。最重要的是，他的研究工作得到了實(shí)踐的檢驗，也獲得了學(xué)術(shù)界的高度認(rèn)可。2006年，他在無線網(wǎng)絡(luò)頂級會議ACM Mobicom上首次發(fā)表了論文“Physical layer Network Coding”，正式提出了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的概念。目前，該論文被引用超過1900次，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼也由此成為研究熱點(diǎn)，吸引了國內(nèi)外同行的大量跟蹤研究。

現(xiàn)在，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼早已經(jīng)成為無線領(lǐng)域一個新的研究方向，并引發(fā)了大量的研究熱潮。自2006年提出概念至今，IEEE Xplore檢索到文章中含有“物理層網(wǎng)絡(luò)編碼”的學(xué)術(shù)文章超過3000篇，已出版10本以物理層網(wǎng)絡(luò)編碼為主題或者章節(jié)的專著，ICC、Globecom等16個國際會議和研討會設(shè)立了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼議題，包括IEEE JSAC在內(nèi)的8個國際期刊將物理層網(wǎng)絡(luò)編碼作為專題出版。據(jù)不完全統(tǒng)計，2009年以來，全球至少32個關(guān)于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的公開項目獲得資助，例如工信部科技重大專項（2010ZX03003-003）、NSFC重點(diǎn)項目（60832001）、美國NSF（CNS-1143602）、英國EPSRC（EP/I037423/1）、歐盟FP7（DIWINE）等。由此可見，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼概念的提出，給學(xué)術(shù)界帶來了一股全新的研究勢力，也注入了極大的研究活力，張勝利可謂功不可沒。

目前，由于突出的研究成就，張勝利受邀擔(dān)任首屆牛頓論壇副主席、首屆軟件無線電系統(tǒng)論文副主席，并擔(dān)任IEEE TVT、WCL等多本國際權(quán)威刊物的編輯，IEEE ICC、Globecom等國際知名會議技術(shù)委員會委員。

腳踏實(shí)地求突破

區(qū)塊鏈項目組聚餐

取得了如此大的成就后，張勝利并沒有止步不前，而是投入了更大的研究精力，成果也如雨后春筍般層疊而出。2006年，他進(jìn)行的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的初步研究僅涉及信號的調(diào)制與檢測。為了克服無線信道衰落和噪聲的影響，必須采用信道編解碼以對抗傳輸失真。傳統(tǒng)的信道編解碼建立在點(diǎn)對點(diǎn)通信基礎(chǔ)上，不適用于PNC中網(wǎng)絡(luò)編碼的信號。針對PNC的特殊傳輸機(jī)制，張勝利將PNC的信號檢測與信道編碼的解碼操作在算法層面進(jìn)行了融合，首次提出了PNC與信道編碼的聯(lián)合解碼算法。在此基礎(chǔ)上，張勝利又首次實(shí)現(xiàn)了雙向中繼信道通信基礎(chǔ)理論的突破。

此外，有限域PNC雖然理論性能逼近容量限，但是需要發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間完全同步，實(shí)現(xiàn)代價大。因此，張勝利進(jìn)一步研究了僅需符號級時間同步的無線域PNC，并于2013年提出了不需要信道估計的盲已知干擾消除算法。2015年，張勝利又首次在信息論層面嚴(yán)格證明了BKIC可達(dá)的速率，逼近已知干擾信道的容量限。眾所周知，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在空中傳輸?shù)氖钳B加信號，因而具有天生的安全性，能夠?qū)篃o線媒介的信息泄露。但是相關(guān)的物理層安全算法，如果采用無線域PNC的轉(zhuǎn)發(fā)策略則性能受限，如果采用有限域PNC的轉(zhuǎn)發(fā)策略則需要理想信號同步。因此，張勝利將有限域PNC的取模操作和無線域PNC的干擾消除方法結(jié)合，提出了對疊加信號做“取模—放大”的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方案，克服了傳統(tǒng)放大轉(zhuǎn)發(fā)算法在不可信中繼傳輸中的功率困境，且僅需要符號級時間同步。以上的研究成果均獲得了學(xué)術(shù)界的高度認(rèn)可。

現(xiàn)在，張勝利教授還將他在網(wǎng)絡(luò)編碼、無線網(wǎng)絡(luò)的研究和區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合起來，針對區(qū)塊鏈中的存儲技術(shù)、共識方案、通信等展開了創(chuàng)造性的研究。

獨(dú)辟蹊徑自成才，腳踏實(shí)地求突破，這正是張勝利學(xué)術(shù)生涯的真實(shí)寫照。未來的路還有很長，他還要進(jìn)行更多更深的研究。我們期待著，他帶給我們更多的驚喜，帶給世界更多的發(fā)現(xiàn)。

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