在北京郵電大學(xué)新科研樓一間普通辦公室里，利用院士午休時間，記者對新晉的中國工程院院士張平做了專訪。張平教授現(xiàn)擔(dān)任北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室主任，長期從事移動通信理論研究和技術(shù)創(chuàng)新工作。
為5G做一把“尺子”
2005年，記者第一次接觸到張平教授。那時正值壯年的他正在為做出可對我國自主提出的3G技術(shù)TD-SCDMA產(chǎn)品測試的國產(chǎn)儀器而奔忙。“之前作為3G專家組成員，我們對TD-SCDMA技術(shù)做產(chǎn)品系統(tǒng)性評估，發(fā)現(xiàn)測試儀器儀表是我國通信業(yè)整個產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)中的弱點，所以當(dāng)時北郵組織力量想解決這個問題。”張平說，“我們以前在實驗室環(huán)境里，覺得這不是難事，但真正到產(chǎn)業(yè)化，發(fā)現(xiàn)里面的問題和難題很多。”
遇到過多少難題，張平教授沒有細講。但在相當(dāng)長的時間里，技術(shù)、人才、產(chǎn)業(yè)推廣乃至研發(fā)經(jīng)費等各方面都存在著巨大的挑戰(zhàn)。因為在這個領(lǐng)域中有強勁而成熟的國外企業(yè)，當(dāng)時為尖端技術(shù)提供測試儀器儀表的是安捷倫（美國企業(yè)，現(xiàn)在分拆為是德科技）、羅德與施瓦茨（德國）、安立（日本）等，它們無論在技術(shù)還是在市場上均已建立了頂端優(yōu)勢。
經(jīng)過十多年的磨礪后，國產(chǎn)通信儀器儀表迎來了機遇。在華為遭受美國禁運令后，美國某公司已經(jīng)從華為撤出，目前華為的無線通信測試儀器已經(jīng)主要從國內(nèi)企業(yè)及科研院所采購。“星河亮點、中國電科41所等國內(nèi)企業(yè)為解決我國在儀器儀表領(lǐng)域存在的‘卡脖子’問題發(fā)揮了中流砥柱的作用。”張平說，“現(xiàn)在的國產(chǎn)測試儀器不僅支持TDD技術(shù)制式，2G的GSM、3G的三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、4G的兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和5G統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)都支持，完全是高端測試產(chǎn)品。”
對目前這種狀態(tài)，張平似乎早有預(yù)判。在2016年的“5G測試技術(shù)研討會”上，張平表示，中國的5G除了有世界一流的華為、中興和大唐等制造企業(yè)，還需要有精確的第三方的尺子，這把尺子就是國內(nèi)通信測試企業(yè)；中國的5G能走多遠，這些企業(yè)就能走多遠。
5G要和各垂直行業(yè)深入?yún)f(xié)同
其實，通信測試儀器僅是張平教授曾經(jīng)從事的一項科研工作，讓他積累了推動新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗；更為關(guān)鍵的是，他在3G、4G和5G的標(biāo)準(zhǔn)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)上，對我國無線通信的發(fā)展作出了高價值貢獻。
其中，針對5G在垂直應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展路徑，張平說：“不同的行業(yè)對通信產(chǎn)生不同的需求，傳統(tǒng)模式通過單一網(wǎng)絡(luò)滿足所有的需求，這在消費互聯(lián)網(wǎng)中可以實現(xiàn)；但在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，每個行業(yè)都有自己的特點，不可能用一個通信網(wǎng)絡(luò)把所有行業(yè)網(wǎng)絡(luò)都統(tǒng)一。”談到5G賦能行業(yè)應(yīng)用，張平認(rèn)為，“我們還是要去適應(yīng)各個行業(yè)，讓各個行業(yè)說明需求。”
在行業(yè)應(yīng)用中，有對無線通信技術(shù)的需求，因為無線通信靈活、便捷、易部署，但僅僅做到這幾點并不足夠。“其中的壁壘不是簡單的通信技術(shù)的適配，而是因為很多行業(yè)在多年發(fā)展中形成了不同的通信需求。比如在鐵路通信中，不光包括信息通信部分，控制和調(diào)度這一部分功能也非常關(guān)鍵，而且責(zé)任重大。鐵路行業(yè)用一張GSM-R網(wǎng)絡(luò)解決了控制信號的傳輸問題，就非常有自己的特點。”張平說，“當(dāng)然，在5G網(wǎng)絡(luò)中，運營商也可以考慮用切片的方式滿足不同的需求。”
張平建議，可以通過再發(fā)一個頻率的方式，讓各個行業(yè)自己選擇。可以用這個專用頻率建設(shè)行業(yè)內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)，通過技術(shù)把這些網(wǎng)絡(luò)分隔開不產(chǎn)生干擾就可以。采用這種方式，垂直行業(yè)或者企業(yè)可以在自己掌握的范圍內(nèi)組成一個小的局域式網(wǎng)絡(luò)，利用邊緣計算，也能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的實時控制要求。
“運營商可以通過與行業(yè)專家深入討論，為行業(yè)做技術(shù)方案，解決行業(yè)和企業(yè)的痛點問題。”張平說，“如果不解決痛點問題，只實現(xiàn)大面積覆蓋，就難以從根本上與其他行業(yè)做協(xié)同。做協(xié)同就要和人家打成一片，解決人家的痛點，適配人家的需求。”
毫米波應(yīng)用需解決的不僅是器件
5G正式商用后，明確了未來三到五年通信業(yè)的發(fā)展路徑，總體需求是速率越來越高，網(wǎng)絡(luò)的滲透和覆蓋范圍會趨于平穩(wěn)。我國在實現(xiàn)5G大面積覆蓋的6GHz以下的頻率上已經(jīng)取得了領(lǐng)先，6GHz以上毫米波頻譜資源豐富，能支持5G的更高速率應(yīng)用，在新結(jié)束的WRC19會議上，也有大量的毫米波頻段分配給移動通信使用，但在向毫米波發(fā)展中，我國在毫米波器件水平上還與先進水平存在一定差距。
“在毫米波段，基站設(shè)備的挑戰(zhàn)還不明顯，但在手機上，因為毫米波器件更小，所以在振蕩器、濾波器、功率放大器等器件上，則是另外一個供應(yīng)鏈，這方面國際上很多企業(yè)做得比我們早、發(fā)展比我們快。”張平說，“5G到新的波段就需要新的器件來支持，我們在毫米波器件上的落后時間不會很長。只要市場有需求，我們的水平很快就會提高，這不是大問題。在技術(shù)上看，國內(nèi)不少高校和科研院所都培養(yǎng)了很多這方面的人材和技術(shù)。”
張平認(rèn)為，從毫米波方向看，雖然器件上有一定難度，但毫米波更需解決的是應(yīng)用方式。“毫米波的穿透能力、繞射能力相比6GHz都比較差，用毫米波來組網(wǎng)和過去較低頻段的組網(wǎng)方式相比，設(shè)備就變得密集起來。過去一個基站覆蓋一定范圍，不能覆蓋就做基站間的切換，現(xiàn)在頻段越來越高、覆蓋范圍越來越小，雖然像波束成形這樣的技術(shù)可以做一定的彌補，但密集的基站會讓成本增高很多。運營商提供這種服務(wù)的成本優(yōu)勢在哪里？因此利用毫米波的移動通信應(yīng)用面對的是綜合問題，不是單一的器件問題。”
6G需要理論和技術(shù)的突破
頻率升高一倍，按照電磁波衰減規(guī)律，在自由空間中，信號功率下降6dB。相同發(fā)送功率下，就是覆蓋距離下降約一半，面積為原來的1/4。張平說，很多國家提出將太赫茲（THz）做為6G主要技術(shù)之一，我想這個頻率自身屬性帶來的特性要著重考慮，尤其要考慮用于移動覆蓋時的特性。
太赫茲波是指頻率在0.1~10THz（波長為3000～30μm）范圍內(nèi)的電磁波，在長波段與毫米波相重合，在短波段與紅外光相重合，是宏觀經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，也是電子學(xué)向光子學(xué)的過渡區(qū)。
張平說，電磁波是在空間中以波動形式傳播的電磁場，具有波粒二象性，遵循著麥克斯韋方程的規(guī)律發(fā)展。頻率越高，粒子性越強；頻率越低，波動性越強。同時通信系統(tǒng)容量C依照的是香農(nóng)公式C=Blog2（1+S/N），其中B是指在某個頻段上頻率的寬帶，如果想讓頻率寬度更寬，頻段就會越來越高。從1G到5G，甚至到6G就是按這個趨勢發(fā)展的，在哪個頻段上其實由政府來決定，而且要得到全球的認(rèn)可；而一切技術(shù)工作的創(chuàng)新重點就是如何使信噪比S/N的值越來越高。
但到6G，由于頻率越來越高，通信也會發(fā)生大的變化，這就需要新的理論和技術(shù)突破。“技術(shù)和理論總是有關(guān)系的，通信機理和傳統(tǒng)的相比可能會發(fā)生變化，比如量子通信。”張平說，“有人提出未來6G的應(yīng)用場景中會有體聯(lián)網(wǎng)，這種信息量要達Tbps的速度才能傳輸，這是一種新的需求。體聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是用人腦可以控制一些設(shè)備，除了通信，人工智能、新材料、生物學(xué)等交叉學(xué)科，互相滲透會越來越多。”
談到6G研究，張平說：“6G的研發(fā)要提前十年開始，再用十年進行商業(yè)化、十年做運營?，F(xiàn)在5G剛開始用，2030年會是5G發(fā)展的最高值，之后發(fā)展速度會慢慢降下來，6G會在此時接替上，而現(xiàn)在的主要任務(wù)是要找到6G的需求和可能的技術(shù)突破是什么。”
11月22日上午，中國工程院公布2019年院士增選名單，北京郵電大學(xué)張平教授當(dāng)選中國工程院院士。
張平，男，博士，中國農(nóng)工民主黨黨員，1959年出生于陜西省漢中市。1978年考入陜西理工大學(xué)，先后在西北農(nóng)林大學(xué)、西北大學(xué)、陜西理工大學(xué)學(xué)習(xí)；1983年考入西北工業(yè)大學(xué)攻讀碩士學(xué)位；1987年考入北京郵電大學(xué)信號、電路與系統(tǒng)專業(yè)，并于1990年獲工學(xué)博士學(xué)位。此后，一直在北京郵電大學(xué)從事教學(xué)和科研工作。
現(xiàn)任北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授、網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室主任。先后擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委員會首屆國際合作咨詢委員、信息學(xué)部第三、五、六屆咨詢委員、科技部863網(wǎng)絡(luò)與通信主題專家、國家科技重大專項“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”總體組專家、IMT-Advanced 2020（5G）專家組成員、國家第六代移動通信（6G）技術(shù)研發(fā)總體專家組專家、國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體學(xué)術(shù)帶頭人、《中國郵電高校學(xué)報》（英文版）和《通信學(xué)報》主編等。
長期從事移動通信理論研究及技術(shù)創(chuàng)新工作，為我國移動通信實現(xiàn)跨越式發(fā)展并參與4G國際競爭，提出了TDD高速寬帶技術(shù)體系方案，為4G技術(shù)自主可控走出了第一步；攻克TDD多模測試技術(shù)并研發(fā)儀器儀表，填補了全球在此領(lǐng)域的“空白”。相關(guān)成果已進一步應(yīng)用于5G研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等。
主持完成的項目成果獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎特等獎1項、國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎1項、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項、國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎2項。獲首屆“全國創(chuàng)新爭先獎”獎?wù)?、光華工程科技獎、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎。2017年帶領(lǐng)的團隊入選首批“全國高校黃大年式教師團隊”，2018年當(dāng)選IEEE Fellow。