電子工程世界的智慧之光——記上海交通大學電子工程系教授、博士生導師陶梅霞

本刊記者　徐芳芳

電子工程世界的智慧之光——記上海交通大學電子工程系教授、博士生導師陶梅霞

本刊記者徐芳芳

如果把非邏輯思維視為形象思維，那么靈感思維就是頓悟，實際上是形象思維的特例。靈感的出現常常帶給人們渴求已久的智慧之光。

——錢學森

陶梅霞似乎一直是這樣被自己的感悟推著走，任何來到她身邊的事物她都會從中看到方向，然后付出自己全部的努力，認真做到最好，其余的便不再計較。從當初選擇電子學，到如今成為上海交通大學電子工程系教授、博士生導師；主持國家自然科學基金、國家科技重大專項……一路走來，她不斷地釋放著自己的能量。

敏而好悟確立事業方向

早年，陶梅霞考取上海復旦大學電子工程系的時候面臨著專業的選擇，微電子還是電子學？當時的她可能不曾想過，這個非A即B的選擇將決定她今后的生活。

與大多數女孩子不同，陶梅霞“特別喜歡數學，尤其喜歡推導公式”，“但是對做實驗這種需要動手的事情卻不太在行”。一番考慮之后，陶梅霞決定讀電子學專業，就這樣，電子學領域多了一名美女專家。

選專業就像談戀愛，互相適合是關鍵。讀書的日子里，信號與信息系統作為電子學專業的基礎課程不知弄得多少人頭暈腦脹，而陶梅霞卻興奮得不得了，因為在她看來“用數學對信號做出解釋和處理是件非常有趣的事情”。顯而易見，陶梅霞與電子學已然“兩情相悅”。

四年本科的學習，并沒有滿足陶梅霞的好奇心，大學畢業后，她選擇繼續深造。在香港科技大學讀博期間，她遇到了自己的導師，這是一位在無線通信領域頗有名氣的人物，他的言傳身教令陶梅霞受益匪淺。陶梅霞說：“在香港科技大學的那段時間，是最寶貴的學習階段。那時候，與導師和同學們的交流讓我知道，原來學術界不是枯燥得像片沙漠，而是有著許許多多有意思的事情。更為重要的是，學習和工作讓我發現，原來我可以做很多事情，我可以通過努力為這個領域做出一點點的貢獻，這個領域還有太多的未知等待著我去發現。”

香港科技大學的學習完成后，陶梅霞進入了香港應用科技研究院任職。這是一個類似于中科院的研究機構，雖然規模不大，但是卻肩負著高難度的研發工作，并需要把科技成果轉移給產業界，培育優秀科技人才，整合業界和學術界的研發資源等重任。漸漸的，陶梅霞開始注意到，一切在慢慢地發生著變化。“可能是因為接觸成果轉化工作多了，我發現以前在學校里做的研究都太理想化了，而現實中的情況是十分復雜地，”認識到了這一點，陶梅霞就不斷地提醒自己，“要打破以前慣有的思維方式，開拓眼界，結合實際”。“科研一定要能夠解決實際問題”也成為了她而后選擇課題方向的一項重要指標。

勤勉努力成就“世紀創新人才”

2004年8月，陶梅霞受聘于新加坡國立大學電子與計算機工程系。任教期間，作為項目負責人（PI）和共同負責人（Co-PI）共成功申請到約相當于160萬人民幣的科研基金，指導的一篇本科畢業設計論文獲2005年新加坡工程師協會的Publication Awards。

2008年1月，陶梅霞回到祖國，任教于上海交通大學電子工程系。同年，成為上海市2008年晨光計劃項目承擔人，并榮獲上海交通大學“晨星青年學者獎勵計劃”SMC優秀青年教師獎。

“無線雙向中繼通信單元的性能極限分析及其新型編碼與調制技術研究”是陶梅霞2009年申請到的青年科學基金項目。雙向中繼是結合了網絡編碼的無線協作通信基本單元。其基本思想是在兩數據節點經中繼協助相互傳遞信息時，由中繼將兩路數據合并，然后同時廣播給接收端。相對于傳統中繼技術，雙向中繼可以成倍提升頻譜效率。然而，中繼策略的多樣性、雙向信息長度的不等性以及信道質量的不對稱性等因素，使得相關研究極富挑戰性。

面對挑戰，陶梅霞沒有退縮，她的思路十分明晰并取得了三方面的重要進展：通過分析雙向中繼策略的可達速率域、分集復用折中、有效容量等性能指標，深入剖析了信道對稱性、中繼節點位置、天線個數、業務統計時延需求等參數影響這一基本通信單元性能的一般規律；系統研究了針對雙向中繼通信單元的物理層網絡編碼、信道-網絡聯合編譯碼、以及空時預編碼，提出了一套較全面的高譜效、高可靠性的雙向中繼通信方案；還研究了由雙向中繼單元構成的多用戶信息交互網絡，提出了一系列協作預編碼方案及資源優化算法，充分挖掘了雙向中繼在實際復雜環境下的高頻譜效率潛能。這些研究成果不僅對提高無線雙向甚至多向通信效率具有重要意義，也對廣義上的網絡編碼與協作通信的結合產生深刻影響。

項目研究期間，陶梅霞應邀訪問了日本東北大學Fumiyuki Adachi教授課題組和美國哥倫比亞大學王曉東教授課題組，并就雙向中繼預編碼方面的成果作了學術報告。陶梅霞還與來訪的英國約克大學Alister G. Burr教授和AgisilaosPapadogiannis博士就基于雙向中繼的物理層網絡編碼在第四代移動通信網絡中的應用展開了合作研究。

基于在陶梅霞歸國后一系列創新性的研究成果，她成功入選了2011年度教育部新世紀優秀人才計劃，并于2013年獲得了國家自然科學基金優秀青年基金資助。相關研究成果的學術論文還獲得了2013年IEEE通信學會海因里希·赫茲論文獎。這是通信領域最重要的國際學術獎項之一，也是IEEE海因里希·赫茲獎第一次授予中國學者。

水到渠成致力通信前瞻性研究

近年來，智能終端設備的廣泛使用，帶動了移動互聯網產業的蓬勃發展。作為支撐移動互聯網的重要基礎設施，移動通信網絡的承載能力卻面臨嚴峻考驗，主要承載業務也已從傳統的“互聯互通”向“內容分發”迅速轉型。然而，當前的移動通信網絡仍然襲著傳統“連接導向”的通信架構。單純依賴擴展通信資源的發展模式無法支撐移動互聯網的長期可持續發展。

在通信技術發展的同時，移動終端和網絡的存儲及計算能力也在飛躍式的發展。人們意識到，如能利用豐富而廉價的存儲和計算資源，對內容進行分析、預測，然后提前將內容緩存在離用戶近的基站端，或直接推送在用戶終端設備里，便可有效減少無線空口資源消耗或回程鏈路開銷，提高移動內容分發效率。因此，陶梅霞認為，要從本質上解決移動通信網絡的承載問題，就必須實現從傳統的“連接導向”到“內容中心”的根本轉變，構建“內容中心無線網絡（content-centric wireless networks）”這一未來無線通信愿景。

陶梅霞介紹說：“目前，內容中心無線網絡的相關研究尚處于起步階段，存在巨大研究空間。”

2015年，陶梅霞就“基于多播和緩存的內容中心無線網絡基礎理論及關鍵技術”項目遞交了國家自然科學基金面上項目申請書。

作為項目主持人，陶梅霞將該項目宗旨定位在基于現有無線通信網絡基礎設施，通過充分利用無線信道的廣播特征和無線網絡里的存儲資源，就“連接導向”到“內容中心”的傳輸架構轉型這一領域進行探索。重點圍繞物理層多播和邊緣緩存這兩大核心技術，深入研究相關的基礎理論和關鍵技術。

俗話說，不謀全局者，不足謀一域。經過多年的積淀，陶梅霞已然是為此前瞻性的研究可以順利執行打下了堅實的基礎。目前的陶梅霞項目組成員已經完成了相應的基礎性研究工作及預研，如：面向海量內容移動分發的“內容中心無線網絡”概念的提出及容量的初步分析；蜂窩網絡中的物理層多播波束賦形；具備緩存的內容中心無線網絡的最優動態多播調度。

此外，陶梅霞項目組還依托上海無線通信技術研究所搭建的大型綜合無線創新試驗平臺開展研究。該平臺有效集成了寬帶移動網絡、數字廣播網絡、無線局域網絡及云計算，可以為項目研究中的數據采集、分析和方案驗證提供豐富的資源。

陶梅霞的這一項目研究成果必將為解決移動通信網絡的頻譜危機提供新思路、新途徑，并為構建未來內容中心無線網絡提供基礎理論指導和關鍵技術支撐。鑒于近年來她在科學研究上的突出表現及所展現出的創新潛能及相關工作所具有的重要創新前景，2015年8月被遴選為2015年的“萬人計劃”青年拔尖人才。

國學大師王國維的《人間詞話》中提到關于治學的第三種境界，“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處。”做學問、成大事業者，要達到第三境界，必須有專注的精神，反復追尋、研究，下足功夫，自然會豁然貫通，有所發現，有所發明，就能夠從必然王國進入自由王國。記者期待，女青年科學家陶梅霞在中國電子工程科學的天空，綻放屬于自己的智慧之光。