原创 6G智能反射面通信的先行者——科研新星武庆庆
创始人
2024-06-17 15:00:50

武庆庆,现为上海交通大学副教授。

二十出头时,他是以优异成绩直博的“学术小白”;三十出头时,他是多项国际权威期刊论文奖的获得者,以及引用达 29000 余次,并连续三年入选“全球高被引科学家”的青年学者。

在无线通信领域,他创新地提出了智能反射面赋能通信技术,成为一颗闪耀的科研新星。由于在科研领域做出的杰出贡献,他多次入选由 AMiner 评选的 AI 2000 最具影响力学者。他热爱思考、喜欢跑步,在人生这场马拉松中,他的目标就是不断挑战自己。

图|武庆庆

个人主页:

https://www.aminer.cn/profile/qingqing-wu/562d070e45cedb3398d323c4

https://ee.sjtu.edu.cn/FacultyDetail.aspx?id=223&infoid=66&flag=66

开拓 IRS 通信,他是“第一个吃螃蟹的人”

武庆庆本科毕业于华南理工大学,凭借优异的成绩,他于 2012 年顺利进入上海交通大学,攻读信息与通信工程专业博士学位,期间,他专注于“绿色通信”研究,这恰恰为其后来在低功耗低成本智能反射面(IRS)通信的突破性工作奠定了基础。

2016 年,提前博士毕业的武庆庆进入新加坡国立大学担任博士后研究员,与新加坡工程院张瑞院士合作开展研究。

在无线通信领域,如何在提升通信速率的同时降低能耗和成本,是 5G 通信系统面临的瓶颈问题。2017 年,武庆庆和张瑞院士就注意到 5G 中的核心技术“大规模天线技术”存在的超高能耗问题:“我们有时会看到新闻上报道通信运营商关闭了一些 5G 基站,其原因就在于他们部署的这些大规模、超多天线的基站,在业务不饱和时,从用户中获得的利润甚至不足以抵消电费。”

于是,他们创造性地从通信链路发现可优化的环节:传统的通信是有源的,比如用天线去发射,每一个有源设备都需要单独供电,而他们注意到一些物联网设备有种叫做“背向散射”的功能,其有一个非常小的 tag 是无源的,可以在接收信号时从该信号中获取一部分能量自行充电,同时把信号反射给接收机,实现信息的传递。

受此启发,武庆庆大胆提出假设:如果将这种很小的物联网节点组装到足够大的规模,形成 smart wall,去作为信号传输“中介”帮助其他设备进行通信,能否帮助改善通信效率并大大降低系统能耗呢?

答案是“能”。

“我还记得那是一个下午,我和张瑞老师讨论了两件事,一是如何将这个方向往前进一步推进,二是应该如何对这一技术进行命名。”

于是,在这个平平无奇的下午,IRS 通信技术诞生,武庆庆成为了该领域“第一个吃螃蟹的人”。

图|IRS 在无线通信网络中的应用示意图

目前,武庆庆的研究为大规模部署低成本智能反射面实现热点覆盖提供了理论依据,IRS 论文在 2023 年荣获 IEEE 通信学会 Fred W. Ellersick Prize,在物联网和 6G 无线系统中的应用也得到了学术界和工业界的极大关注。

图|IRS 论文荣获 2023 年 IEEE 通信学会 Fred W. Ellersick Prize

相关论文:

Towards Smart and Reconfigurable Environment: Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Network

武庆庆的代表性成果也被谷歌、苹果、索尼、高通、华为、三星、爱立信、诺基亚、思科、英国电信、日本 NTT、美国陆军研究实验室等 100 余项专利引用,还受邀制定多部 6G 白皮书,研究成果已达到 2.9万余次引用量。

曾压力大到“想退学”

直博进入上海交通大学后,武庆庆是满怀志向开启博士生涯的。然而,博一进组时,他发现自己有些迷茫——没有论文、没有参与项目的经验、没有加入过实验室......一年时间里,他勤勤恳恳,却一直没有找到可做的研究题目

武庆庆说:“我还记得博一结束的那个暑假,我日复一日过着实验室-宿舍两点一线的生活,却没有进展与突破。有一天晚上我闭着眼睛,脑子里还一直想着文献、做研究的各种事情,怎么都睡不着。”

一夜无眠后,他意识到自己的状态不对劲,“甚至有时候有种冲动,想退学”。但他没有被情绪困扰太久,当即决定回家调整休息,短短几天后,他又满血复活回到学校,继续深耕文献。

因此,他对科研人的焦虑深有体会,并坚信行动是克服焦虑的最佳对策: “焦虑是必须通过一些方式去缓解的。如果曾经有过应对焦虑的经验,那么未来一定会更从容。但如果没有太多经验,就一定要积极去寻求其他途径,如运动、谈话、记录等。”

一方面,他常常与导师陈文教授交流,“要让老师了解到你身上的问题”。另一方面,他认为与师兄师姐交流也是一个非常好的办法,“有时候内心挣扎迷茫,还可以找师兄师姐取取经,他们很多都经历过类似的低谷阶段,所以会给我非常有效的建议。” 直到现在,提起一路走来遇到的老师与前辈,武庆庆始终“感激他们的倾囊相授”。

就这样,他逐渐摸索聚焦到 IRS 研究上,也硬着头皮啃下许多“硬骨头”。无论是博士期间的主攻方向“绿色通信”,还是 IRS,都属于交叉学科,这就要求武庆庆对多个学科的掌握足够准确。一方面他需要高效地筛选对自己最有用的文献书籍,另一方面需要不断对前人研究进行验证,否则盲目跟从可能会造成后续产出愈发偏离。

但他始终不希望自己被可预见的困难先吓倒:“我一直接受一个客观事实,那就是做有创新性的事情,遇到的阻力一定会很大,困难一定会很多,必须承受前期长久默默无闻的投入。”

所谓厚积而薄发,2022 年,因在 IRS 赋能 6G 通信领域作出的开拓性贡献,武庆庆荣获 IEEE 通信学会亚太最杰出青年研究学者奖,该奖项是 2022 年度 IEEE通信学会亚太青年研究人员的最高荣誉。

一篇拒稿,成就连发四文的“lucky star”

如今,武庆庆已经发表多篇获奖论文,引用量达 29000 多次。然而回忆起自己人生的第一篇论文,他的描述是:“被拒稿。”

当时武庆庆正在读博二,第一篇论文的目标是投到在澳大利亚举行的一场通信会议上,截稿当天正好是国庆节,他和师兄前一晚在实验室通宵“肝”论文,第二天早上完成时的感觉用他的话来说就是:“骑着自行车从实验室慢慢悠悠回宿舍,路上好多人在看国庆 65 周年阅兵,有点被喜悦感染,还有点为自己完成一件‘大事’而满足感动。”

然而,几个月后等来的结果却不那么尽如人意——那是一封拒绝信。有被打击到吗?“当然有,甚至打击还不小。”

不过幸运的是,之后一年内,他顺利发表了四篇论文!他的导师都感叹地称他为整个实验室的“lucky star”。

此后,他的发表过程都比较顺利,但这也同样来源于他不懈的努力。他清楚地知道,一项成果只有非常出色,才能说服每一位审稿人。经历了首次拒稿后,他通过仔细研读业内的优秀论文,来对比自己的论文还差在哪里并不断修改

如今,他已经获得了诸多荣誉与奖励——2017 年中国通信学会优秀博士论文奖、2021 和 2024 年 IEEE 通信学会最佳青年论文奖、2022 年 IEEE 通信亚太杰出论文奖等;他还成为 IEEE 通信学会历史上作为第一作者在同一年度获得 2 项最佳期刊论文奖的首位学者:2023 年 IEEE 通信学会 Fred W. Ellersick Prize、最佳教程论文奖(Best Tutorial Paper Award)和上海市自然科学奖一等奖等。

而在读论文这方面,给他影响最大的是上海交大时的导师陈文教授,“陈老师曾经说过,博士入学时,先读 100 篇 IEEE Transaction 的文章。” 当时的武庆庆其实还不太明白这到底意味着什么。直到现在,已经成为人师的他也用亲身经历告诉学生:“读完 100 篇后,你一定会对这种级别的优秀论文产生印象,研究动机是什么、研究问题有多重要、关键难点是什么、核心技术贡献是什么、图怎么画、内容怎么编排和呈现等。”

当学生遇到瓶颈时,他也带着学生一起分析修改,武庆庆说:“希望能够帮助到更年轻的一代,把自己的“lucky star”属性带给每一位学生。”

后来居上者,秘诀原是睡觉和运动?

而当被问到成功秘诀时,武庆庆说的第一件小事竟是——睡觉

“科学研究表明,一个人平均每天会产生 6000 多个想法。很多时候恰恰是那些一闪而过的点子为自己带来突破,而我喜欢在睡前去抓住各种 idea。”

武庆庆分享道:“躺在床上,全身静止,我会感觉大脑 100% 运转起来,因此每晚睡前我习惯反思一下近期的工作。好几次突然迸发出一个新的灵感或想法,我赶紧拿一张纸一支笔记录下来,这些想法在后来常常帮助我打开了新的思路。”

而第二件他认为很重要的事,则是保持身体健康,“曾经有段时间,我的身体出了问题,于是我专门对哪种运动方式最有益身心研究了一番,最后我爱上了跑步!” 博士期间,武庆庆还曾参加半程马拉松,“我的第一条朋友圈就是跑半马的纪念照片,身体健康是做好一切事情的基础嘛。”

给青年学生的三点科研建议

对于年轻后辈们,他也真诚地分享了做好科研的三点建议:

一是专注。实际上,无论是本科、博士还是博士后,武庆庆的目标一直都很“单一”,那就是“把自己的能力提高、做高影响力的研究”,因此,他认为认定一项研究并确信它的深远价值后,就需要专注于此,才有可能厚积而薄发。

二是做有创新性的研究。武庆庆的论文发表质量和引用量都很高,他认为除了自己在工作上的投入和付出之外,还有一个重要原因,那就是创新性,“成为第一个吃螃蟹的人,同时能够把精华的部分拆解出来,这样的研究一定会得到大家的认可,引用量自然会比较高。”

三是培养写作能力。在产出每一篇论文时,武庆庆“每一句话都是自己揣摩过的”。为什么要写这句话?它和后面的内容有何关联?读者读完以后是否能够完全理解并接受?这也是他对学生们写论文时的要求。

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