尹海帆 攻克移动通信中“最难啃的硬骨头”

余玮

场景A：在行驶的地铁上，或是在狭长的隧道里，当急需使用手机却一直处于“加载中”时，发不出去的消息、停止更新的导航，常常让人“抓狂”。

场景B：华中科技大学5G实验室一片忙碌，电子信息与通信学院的师生们正在进行通信实验。在一块长方形的实验装置前，一群人在忙着调试。这是一块智能超表面，主要组成部分是人工电磁超材料……

这两个场景，一个是5G的痛点与难点，另外一个是为攻克这“最难啃的硬骨头”所作的努力。场景B中，通过智能超表面的反射，入射电磁信号可以实现定向反射传输，反射角度可由程序控制，能有效解决场景A中因障碍物阻挡或高速运行而导致的信号减弱问题。

这些学生的带队教师就是华中科技大学电子信息与通信学院教授、博士生导师尹海帆。智能超表面被广泛认为是5G+/6G的关键技术之一，也是国际竞争异常激烈的研究热点。中国、美国、欧洲、日本、韩国、新加坡等国家和地区的科学家都在加速布局和探索该项新技术。尹海帆在5G移动性方面的研究瞄准产业痛点和难点，解决了5G中Massive MIMO的本质性瓶颈问题——导频污染，解决了5G在实地部署中遇到的关键挑战——移动性诅咒，使无线通信系统在移动环境下的性能可逼近静止环境。

打破5G的“移动性诅咒”

2019年5月，为追求自己的梦想，尹海帆放弃令人羡慕的年薪200万元职位，重返母校华中科技大学，入职电子信息与通信学院。在他看来，只有在自己认可的工作中，才能真正实现自我价值，才能够有更好的职业发展。“我始终有一个梦想，那就是当老师，培养更多优秀的通信人才。”

这一年，中国迎来了5G商用元年，即这一年中国的第五代移动通信技术正式用于商业用途，开启了移动通信技术的新篇章。5G的高吞吐率、高可靠性、低延时、海量连接等特点，成为新一代信息技术的发展方向和数字经济的重要基础。如愿走上教学岗位的尹海帆积极适应着新的角色，以满腔的热情与新的期冀迎接新的挑战。兼具科研人员和高校教师的“双重身份”，他迫切地想要大干一场。“成为老师的梦想已经实现，但是作为科研人员，以国家战略需求为目标，敢于向未知领域探索，以解决技术难题为使命，既是我们的担当也是梦想。我想带着学生一起干！”

刚刚走上教学岗位的尹海帆，面临着科研、教学等各方面的压力，通宵达旦备课、废寝忘食研究对他来说是家常便饭。作为新一代通信技术，5G已经在全球范围内开始广泛部署。身为专业人士，尹海帆清楚知道技术发展中存在不少“难啃的硬骨头”。比如：5G通讯的时代，带给消费者更高速的连接速度，很多关键应用成为可能，电信商也乐得推新服务。但联机更快意味着通过手机传播恶意软件变得更有效率，而且更为分散难以防备，不只消费者被攻击，电信商也要面临传统实体网络面临的攻击手法。由于5G网络技术主要采用超高频频谱，这样能提供更高的数据传输速率，但这一频段的电磁波传输距离很短，且容易被障碍物阻挡。要想让5G网络的信号覆盖更好，运营商需要建设数百万个小型基站，将其部署至每根电线杆、每栋大楼、每户房屋甚至每个房间。在移动网络快速发展的同时，其弊端也在不断地显现。

“我们的研发空间很大，机会也很多，比如解决世界性难题5G‘移动性诅咒（Curse of Mobility），以及5G信号覆盖差、能耗高等等。”回母校继续科研攻关，尹海帆信心满满。

5G中引入的大规模多入多出技术（M a s s i v e MIMO）是可以通过增加基站天线数量将移动通信系统性能（频谱效率和能量效率）提升10倍以上的核心技术。然而，研究人员在5G实地测试与部署中发现了一个现实的挑战，即“移动性诅咒”：在用户低速移动或静止环境中，Massive MIMO可以将系统性能提升一个数量级。但是在用户的运动速度达到或超过30km/h的中高速移动环境下，发现5G系统的性能下降50%甚至80%。这个问题主要源于无线信道信息在移动环境中更难以获取并且很快过时。移动性问题已经成为当前阻碍Massive MIMO高速数据传输的最大痛点。工业界曾投入了大量的科研力量，但始终无法有效解决。而尹海帆矢志解决相关技术问题，这种志在必得既来源于在企业积累的丰富工业实践经验，也来源于校园里自由的学术氛围和充满干劲的学子。身为过来人，本硕均就读于华科大的尹海帆深知这群年轻人身上蕴藏着巨大的科研潜力和创新能力。

作为导师，他为学生提供了优质、合理、切实可行的研究方向和技术指导，做学生科研道路上的引路人与指路灯，常与学生进行深入交流。他和学生成为研究合作者，努力把学生推向更广阔的研究平台。在尹海帆的努力下，一支跨学科专业的联合团队组建起来，他们的目标就是解决5G发展亟须解决的基站建设成本高、信号稳定性弱等问题。

5G无线信道信息在移动环境中不仅更难以获取，还会很快过时。5G时代，如何满足用户对信号覆盖面广和传输速度快的“刚需”，是电信行业钻研求解的重难点问题。尹海帆意识到，预防过时最好的方法，就是能够准确预测。于是，他带领团队“泡”在数据的海洋里。

越难啃的骨头，越是要下硬功夫。“我们是无线通信专业，主要做的是信号处理。怎么设计天线，我们完全就是外行。从零开始自己摸索，做了6000多次的仿真。”通过不断摸索，他们搭建起了全国首个基于全息波束赋形的5G信号智能增强系统，可有效增加5G信号覆盖性能、降低能耗、抑制干扰，极大提升5G信号传输速率和可靠性。

两年内，经历了几千次的电磁仿真，几十次的迭代和优化，年轻的团队斗志昂扬，在杂乱无章的无线信道中找到了规律性的变化，利用无线信道的时延、角度、多普勒结构特征，提出了一项高精度且低复杂度的信道预测技术，即通过非常少量的历史信道采样来推测未来信道的变化，从而避免信道信息随用户移动而快速过时的问题，破解了无线信道高维结构的密码，研发出了全新的5G信号智能增强系统，让5G手机在移动环境下不掉速，可以有效增强5G网络覆盖质量，降低成本和功耗。随着5G通信核心技术“移动性诅咒”这一世界级难题被尹海帆团队攻克，现如今我们乘坐高铁时，再也不用担心5G网络出现“龟速”传输，也不用担心手机信号失灵的问题了。

聚焦并深耕信息化赋能

2005年，尹海帆考入华中科技大学，就读电气工程专业。4年后，他顺利成为通信与信息系统专业的工学硕士研究生。

“小时候，我的梦想是成为一名科学家。”10多年前，尹海帆在华中科技大学读本科之时就曾参加过学校电工电子创新中心的一个导盲机器人项目。他利用图像处理、语音识别、人工智能等技术，设计帮助视障人士出行的智能设备。凭借该项目，尹海帆斩获英特尔杯大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛全国一等奖。他坦言，“那是我第一次站上国家级领奖台。我深刻意识到技术可以服务社会，那次竞赛也成了我科研之路的起源”。这次获奖，更让他真切体会到通过技术创新解决实际问题的成就感，对未来投身无线通信领域有了更明确的思考。有了求学期间积累起来的兴趣、信心以及动手能力，尹海帆得以从容地面对科研中遇到的困难，不断挑战自我，在无线通信领域积极探索。

2008年，3G网络刚开始全面商用，尹海帆就听说电信学院有团队在研究4G。他对这一超前的研究领域非常感兴趣，也想参与其中。就这样，尹海帆拜入导师刘应状门下。“不论是对科研的热情，对创新的追求，还是科技报国的情怀，刘老师都对我的影响很深。”

硕士即将毕业时，尹海帆计划出国读博，刘应状特意邀请一位法国教授到学校来讲座。在老师的介绍下，尹海帆与这位法国教授有了交集，双方的研究领域也颇为契合，2012年9月，尹海帆到巴黎高科电信学院攻读博士学位，“感受到中西文化的差异，顺利完成学业”。

2016年，尹海帆入职Sequans Communications，成为DSP工程师，从事IoT芯片算法研发。2017年底，进入上海华为技术有限公司，担任高级预研工程师，负责5G核心技术研发和5G标准化工作。

尹海帆在通信企业工作了3年，对华为以及移动通信产业作出了自己的贡献。但他心中还是时常回忆起校园，念着自己想做一名教师的梦想。

“几番犹豫，又是刘老师给了我信心。”尹海帆说，得知自己对自由多样的学术氛围更为向往，刘应状鼓励他随心而行，并悉心指导他准备申请材料，成功获批国家级人才项目。

2019年春夏之交，尹海帆辞去高薪工作，回到母校华科任教。走在熟悉的校园，看着身边一张张青春的脸庞，尹海帆对自己说，要像老师一样，立德树人、潜心科研。

尹海帆带领科研团队先后攻克了人工电磁超材料的设计与制造、高频电子线路设计、通信系统开发等难题，并提出一种智能波束成形算法，可精准地将反射波束指向接收天线，从而提升接收信号质量。团队在业界率先完成了智能超表面技术的室外远距离测试，实现500倍信号强度增益。他介绍，智能超表面与传统的材料不同，该材料可以实现对入射电磁信号的智能化定向反射，反射角度可由软件实时调控。该技术可弥补网络覆盖盲区，减少需要建设的通信基站数量，是一种经济、绿色、节能的移动通信新思路。“我们的通讯技术从3G跟跑、4G并跑、到5G领跑，这是一代代人努力奋斗的结果。所以我们能做的就是把最新的技术教给我们的学生，让他们在新技术的基础上继续往前推进，往前探索。”

接受采访时，说到参加工作这么多年来，是否在不同岗位有着不同的体验或感受，尹海帆说：“在法国工作期间，工作氛围比较轻松、安逸，很少加班。在华为期间同事们工作都精神饱满，富有热情，充满干劲。在华中科技大学工作期间，工作更加自由，学术氛围更浓。”

矢志攻关“卡脖子”核心技术

“明德厚学，求是创新。”这是华中科技大学的校训。“明德”意为彰明伦理，完善品德。“厚学”意为崇尚知识，学问渊博。“求是”意为追求真理，发现规律。“创新”意为与时俱进，追求新高。尹海帆以实际行动践行“学在华科”的口号，诠释着华科校训。

作为一名教师，尹海帆希望成为拔尖创新人才培养的耕耘者，把华科的科研精神传承下去。为了组建团队，他经常宣讲，面对面跟学生沟通，告诉他们自己打算做什么、技术挑战是什么、可以解决通信系统什么样的难题……尹海帆说，5G的一些核心技术最早在2010年提出来，当时已经不再是学术前沿。虽然也可以选择新的科研热点，但既然做，就要解决真的问题，做能够落地的技术，做真正造福社会的研究。

几年来，尹海帆倾心讲授“无线通信基础”等核心专业课程，直接指导50余名本科生参与科研实践。他始终坚持与学生在一起，聚焦业界的痛点、难点，发现真问题、解决难问题：搭建原型样机测试信号处理算法，打磨PPT、一起路演、模拟问辩，一起参加培训300多场……“不管多么辛苦，有一件事我一直在坚持，那就是指导学生参加双创实践。指导他们备赛、陪伴他们夺冠。”

做科研时，尹海帆主动面向国家重大战略需求，做高水平科技自立自强的践行者。他坦言，学术研究的艰辛曲折，是每名科研工作者必须面对的过程。而精准对接国家重大战略需求，则应是青年科研工作者的立身之本、毕生之追求。

播撒的种子终将生根发芽。如今，尹海帆所率的团队多项科研成果与企业合作落地，有关技术被广泛应用于国内5G基站，持续推动科技创新赋能社会发展，多项成果被应用于5G国际通信标准中。曾有人估算过，所攻克5G通信高速数据传输的“世界级难题”，受益人群超过6亿。“在珠海市横琴东环隧道，我们这一套系统开启之后，可以实现整个400米隧道的全部信号覆盖。未来我们这个技术就可以去助力自动驾驶的网络布设，可以实现比传统方法更低成本的网络覆盖。”

尹海帆将自己的科研能力转化为育人优势。2021年，他带领团队赢得中国工程院创新潜力奖全国冠军。作为第一指导老师，他带领学生团队赢得“挑战杯”竞赛主体赛全国特等奖及全国一等奖各一项、中国国际大学生创新大赛主赛道全国金奖、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛主赛道全国金奖、全国大学生创新创业年会改革成果类项目最高奖等奖项。由于在大学生创新创业训练计划中取得的成就，尹海帆获评“国创计划”十五周年荣誉奖项“最佳导师奖”。

前不久，尹海帆入选全国青马工程首期科技班。“学习与实践期间，我更加深刻感受到作为一名科研工作者、一位人民教师、一个新时代青年在科技主战场的责任与担当，聚焦国之所需，要让科研成果运用在祖国大地上；助力学生成长，要让科创报国的种子在学生心里生根发芽”。

科研之路并非总是一帆风顺，难免遭遇失败，甚至还会听到一些负面的评价。“这个时候心态尤其重要，面对压力，要学会及时调整心态和释放心情、保持自信，无论之前进行得有多不顺利，再次进实验室之前都要给自己打气，相信这次一定能够获得满意的数据。”科研也需要良好的身体素质作为基础，于尹海帆而言，积极锻炼能够帮助自己释放压力。谈起业余生活，他说：“踢足球。经常组织学生一起踢球。”

2024年4月29日，尹海帆获得第28届中国青年五四奖章。这是中国青年的最高荣誉。“这不仅是一份荣誉，更是一种责任。习近平总书记在华工激光考察时深刻指出，科技自立自强是国家强盛之基、安全之要。我立志在自己的研究领域实现自立自强。作为一名高校科技工作者，在今后的工作中，会始终以解决国家战略需求为目标，攻克技术难题为使命，不畏艰险、直面挑战，为我国科技自立自强贡献自己的力量。”他表示，将继续致力于攻关信息通信领域“卡脖子”技术，开拓创新、砥砺奋进，助力数字化中国建设，以信息化赋能推进新质生产力发展。

责任编辑 陈晰