電子系陸建華教授等完成的“無(wú)線(xiàn)多媒體協(xié)同通信模型及性能優(yōu)化”項(xiàng)目獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)
暢享無(wú)線(xiàn)世界的研究樂(lè)趣
實(shí)習(xí)記者 陳歡
圖為（從左至右）張黔、朱文武、陸建華、殷柳國(guó)、陶曉明。
項(xiàng)目介紹
【項(xiàng)目名稱(chēng)】無(wú)線(xiàn)多媒體協(xié)同通信模型及性能優(yōu)化
【項(xiàng)目完成人】陸建華 朱文武 張黔殷柳國(guó) 陶曉明
【項(xiàng)目介紹】該項(xiàng)目提出了一種多媒體信息結(jié)構(gòu)化表征、以及刻畫(huà)時(shí)變無(wú)線(xiàn)信道相關(guān)特性的方法，并以此構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通信與多媒體處理聯(lián)合優(yōu)化的協(xié)同通信模型，為有效解決非平穩(wěn)信息傳輸處理難題、發(fā)展無(wú)線(xiàn)多媒體通信領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。理論成果發(fā)表于本領(lǐng)域代表性國(guó)際期刊和會(huì)議上，得到了廣泛正面評(píng)價(jià)，有關(guān)成果被國(guó)際經(jīng)典教材引用；模型方法得到了國(guó)內(nèi)外同行的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)未來(lái)無(wú)線(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
自1887年赫茲在實(shí)驗(yàn)室里成功實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)歷史上第一次無(wú)線(xiàn)信息傳送以來(lái)，人類(lèi)就開(kāi)始向往一個(gè)讓任何人在任何地方都能實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的世界。
由清華大學(xué)電子工程系教授陸建華領(lǐng)導(dǎo)的“無(wú)線(xiàn)多媒體協(xié)同通信模型及性能優(yōu)化”項(xiàng)目，對(duì)未來(lái)無(wú)線(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。他和他的研究團(tuán)隊(duì)正在為探索實(shí)現(xiàn)一個(gè)豐富多彩的無(wú)線(xiàn)通信世界貢獻(xiàn)自己的一份力量。2012年，“無(wú)線(xiàn)多媒體協(xié)同通信模型及性能優(yōu)化”項(xiàng)目獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
國(guó)家需求牽引基礎(chǔ)研究
這個(gè)項(xiàng)目研究的是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，但問(wèn)題的提出卻源自實(shí)際的應(yīng)用需求。
陸建華十分信奉“知識(shí)來(lái)源于實(shí)踐”。在他看來(lái)，從實(shí)際需求中提煉出問(wèn)題，并通過(guò)科學(xué)研究進(jìn)行探索，再在理論和技術(shù)方面解決問(wèn)題，是進(jìn)行科學(xué)研究的有效路徑。
最初，這個(gè)項(xiàng)目恰好是源自實(shí)際需要，而且是國(guó)家需求。
1989年，陸建華碩士畢業(yè)于清華大學(xué)電子系，隨后留校任教。那時(shí)候在所從事的一項(xiàng)國(guó)防科研課題中，陸建華了解到一個(gè)急需解決的問(wèn)題：如何在惡劣的無(wú)線(xiàn)通信條件下傳送高質(zhì)量的多媒體文件？
能否從更為基本的問(wèn)題入手去尋找解決方案呢？陸建華想。
由于面臨復(fù)雜性與不確定性的雙重挑戰(zhàn)，無(wú)線(xiàn)多媒體通信在上世紀(jì)90年代還是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，相關(guān)理論基礎(chǔ)研究尚處于萌芽狀態(tài)。
“既然是國(guó)家需求，就要去研究、去攻關(guān)。”陸建華暗下決心。在電子系吳佑壽、姚彥、鄭君里等老師的鼓勵(lì)下，1995年陸建華由學(xué)校公派到香港科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位，為日后的相關(guān)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
陸建華很慶幸在香港科技大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)得到了國(guó)際多媒體信號(hào)處理及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域多位知名學(xué)者的幫助，那段時(shí)間，他初步理清了研究思路，并將博士論文的研究方向確定為無(wú)線(xiàn)多媒體通信。
在攻讀博士學(xué)位期間，陸建華系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了無(wú)線(xiàn)通信及多媒體信號(hào)處理的相關(guān)基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，通過(guò)刻苦鉆研，他在無(wú)線(xiàn)多媒體通信編碼技術(shù)研究上取得了初步成果，并開(kāi)始在國(guó)際會(huì)議和國(guó)際期刊上發(fā)表論文，得到了國(guó)際同行的關(guān)注和認(rèn)可。
可以說(shuō)，從最初的國(guó)家需求出發(fā)，陸建華漸漸步入無(wú)線(xiàn)多媒體通信研究領(lǐng)域。
團(tuán)隊(duì)協(xié)作 共同面對(duì)理論難題
無(wú)線(xiàn)多媒體通信涉及無(wú)線(xiàn)通信和多媒體處理兩個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，而且面臨的應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多變，系統(tǒng)深入的理論和技術(shù)研究更是需要緊密的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。
1998年，陸建華博士畢業(yè)后放棄多個(gè)機(jī)會(huì)，回到清華任教。他一方面努力做好宇航技術(shù)研究工作，一方面開(kāi)始著手準(zhǔn)備無(wú)線(xiàn)多媒體通信的深化研究工作。后來(lái)，陸建華在微軟亞洲研究院做訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者時(shí)，出于共同的研究興趣，相識(shí)了日后與自己在該領(lǐng)域并肩作戰(zhàn)的兩位“戰(zhàn)友”———清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授朱文武和香港科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系教授張黔。
2000年和2003年，現(xiàn)任清華大學(xué)宇航中心副研究員殷柳國(guó)和現(xiàn)任清華電子系助理研究員陶曉明相繼進(jìn)入電子系攻讀博士學(xué)位。就這樣，陸建華無(wú)線(xiàn)多媒體通信基礎(chǔ)研究團(tuán)隊(duì)初步形成。
“隨著無(wú)線(xiàn)通信應(yīng)用的不斷普及，人們?cè)絹?lái)越希望能隨時(shí)隨地可以用手機(jī)等移動(dòng)終端自由快速地使用圖像和視頻等多媒體服務(wù)，無(wú)線(xiàn)多媒體通信在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、空間網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景。”陸建華指出，“另一方面，由于復(fù)雜不確定性制約，無(wú)線(xiàn)多媒體傳輸效率低，且質(zhì)量難以得到有效控制，相關(guān)研究也因此得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，并逐漸成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。”基于前期良好的研究基礎(chǔ)，陸建華團(tuán)隊(duì)先后獲得國(guó)家973計(jì)劃課題、自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目及863計(jì)劃項(xiàng)目等資助。國(guó)家項(xiàng)目為系統(tǒng)的理論和技術(shù)提供了良好平臺(tái)，也為研究團(tuán)隊(duì)的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐。
“要弄清無(wú)線(xiàn)多媒體通信的難題所在，需要研究無(wú)線(xiàn)通信與多媒體數(shù)據(jù)兩方面的統(tǒng)計(jì)特性及其相互作用機(jī)理，需要采用聯(lián)合優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想。”陸建華說(shuō)，“在無(wú)線(xiàn)多媒體通信的早期研究中，研究者通常將多媒體通信等同于常規(guī)的數(shù)據(jù)通信來(lái)處理，常常導(dǎo)致帶寬效率低下但通信性能并不能得到保證。”
“這種聯(lián)合優(yōu)化如何理解呢？”陸建華解釋說(shuō)，“舉一個(gè)比較簡(jiǎn)單的例子，如果多媒體數(shù)據(jù)可以分為重要部分和次重要部分，在無(wú)線(xiàn)通信中要根據(jù)傳輸信道的狀況設(shè)計(jì)保護(hù)策略和傳輸策略，優(yōu)先保證重要部分無(wú)差錯(cuò)傳輸，這樣可以提高無(wú)線(xiàn)多媒體的傳輸效率和接收質(zhì)量。”他補(bǔ)充說(shuō)，“簡(jiǎn)單地劃分多媒體數(shù)據(jù)為重要的和次重要的部分是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要解決無(wú)線(xiàn)多媒體通信難題，還要從基本的問(wèn)題出發(fā)，具體而言，就是要回歸到構(gòu)成無(wú)線(xiàn)通信過(guò)程的基本元素上來(lái)，如信源特性、傳播特性、信道噪聲及編碼方法等。”
為尋求突破點(diǎn)，陸建華帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)從無(wú)線(xiàn)多媒體通信區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的本質(zhì)特征入手，研究了影響多媒體處理及通信質(zhì)量的信息結(jié)構(gòu)化特性及無(wú)線(xiàn)信道特性的作用機(jī)理，提出了一種多媒體信息結(jié)構(gòu)化表征、以及刻畫(huà)時(shí)變無(wú)線(xiàn)信道相關(guān)特性的方法。在此基礎(chǔ)上建立了無(wú)線(xiàn)傳輸與多媒體處理聯(lián)合優(yōu)化的協(xié)同通信模型以及面向系統(tǒng)級(jí)全局優(yōu)化的協(xié)議優(yōu)化模型，并發(fā)展了無(wú)線(xiàn)多媒體容錯(cuò)編碼與傳輸技術(shù)、移動(dòng)環(huán)境下多徑傳播環(huán)境的糾錯(cuò)控制等一系列面向?qū)嶋H應(yīng)用的分析設(shè)計(jì)方法，為發(fā)展無(wú)線(xiàn)多媒體協(xié)同通信基礎(chǔ)理論奠定了基礎(chǔ)。
經(jīng)過(guò)十余年的潛心研究，陸建華團(tuán)隊(duì)取得了重要的理論創(chuàng)新研究成果，核心論文發(fā)表在本領(lǐng)域代表性國(guó)際期刊上，得到了廣泛好評(píng)。研究成果還通過(guò)工程應(yīng)用實(shí)踐，有效解決了重要的實(shí)際問(wèn)題。
堅(jiān)持不懈 學(xué)術(shù)創(chuàng)新與人才培養(yǎng)更上層樓
盡管取得了重要的研究成果，但陸建華依舊認(rèn)為：“我們研究的只是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中的冰山一角，目前團(tuán)隊(duì)的成果尚是探索，要想描摹出未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的完整理論體系，還需要更多研究者的努力。”
正是帶著這一份探索未知的恒心和對(duì)成就的謙遜，陸建華團(tuán)隊(duì)踏實(shí)努力地開(kāi)展每一個(gè)科研項(xiàng)目研究，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展不懈耕耘。另一方面，也正是通過(guò)項(xiàng)目研究和團(tuán)隊(duì)協(xié)作，才能不斷培養(yǎng)創(chuàng)新研究人才。
陸建華強(qiáng)調(diào)：“我們應(yīng)該非常注重基礎(chǔ)理論研究，因?yàn)橥ㄟ^(guò)扎實(shí)的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和科學(xué)研究，才能在研究方法和科學(xué)思維方面得到良好訓(xùn)練。這將使年輕學(xué)者們?cè)谖磥?lái)的發(fā)展中具備足夠的后勁，既能勝任理論研究，在技術(shù)開(kāi)發(fā)中也可以有良好的表現(xiàn)。”
“我們研究團(tuán)隊(duì)中的殷柳國(guó)老師便是典型的例子。”陸建華說(shuō)。殷柳國(guó)在進(jìn)入清華電子系攻讀工學(xué)博士后不久，就逐漸參與到相關(guān)研究中來(lái)。他先后參加了國(guó)家863項(xiàng)目“無(wú)線(xiàn)多媒體容錯(cuò)編碼與傳輸技術(shù)研究”和國(guó)家973課題“高性能多媒體通信算法及系統(tǒng)集成技術(shù)研究”，取得了很好的研究成果，曾獲得清華大學(xué)第八屆研究生“學(xué)術(shù)新秀”和微軟亞洲研究院“微軟學(xué)者”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。如今殷柳國(guó)已是宇航中心的博士生導(dǎo)師，無(wú)論基礎(chǔ)研究還是技術(shù)攻關(guān)都有良好建樹(shù)。陶曉明的發(fā)展也與之類(lèi)似，她現(xiàn)在也成為電子系的一名教師，提出的新概念探索項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和863項(xiàng)目的資助。
陸建華說(shuō)：“基礎(chǔ)研究是充滿(mǎn)樂(lè)趣的，因?yàn)槊恳淮窝芯窟M(jìn)步都記錄著‘由苦到甜’的經(jīng)歷，人生也會(huì)因此而更加精彩。”同時(shí)他還強(qiáng)調(diào)，“通過(guò)在基礎(chǔ)理論的探索，年輕的學(xué)者在學(xué)術(shù)道路上會(huì)逐漸登堂入室。我相信這些年輕人，將來(lái)會(huì)比我走得更好。”
陸建華一直對(duì)團(tuán)隊(duì)成員們強(qiáng)調(diào)說(shuō)要不斷往前看，“人類(lèi)距離實(shí)現(xiàn)任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以任何方式與任何人進(jìn)行通信的夢(mèng)想依然有很遙遠(yuǎn)的距離，我們團(tuán)隊(duì)也將繼續(xù)在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域付出自己的努力，繼續(xù)以堅(jiān)定的科學(xué)信念，面向?qū)嶋H需要，坐下來(lái)、靜下心，只為了未來(lái)那個(gè)蘊(yùn)含無(wú)限可能的無(wú)線(xiàn)世界。”
來(lái)源：新清華2013-4-19
