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发明可扩展参数集:看季庭方博士如何帮助5G从智能手机扩展至万物

2021年7月13日

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欢迎阅读《高通的发明》系列专栏。在专栏中,我们将与一些拥有诸多发明的高通发明家一起分享他们的工作,由他们的发明带来的影响以及他们的灵感来源。

高通公司(Qualcomm)高级工程总监 季庭方博士

过去的几代无线技术实现了人与人的连接以及人与互联网的连接,而5G将实现万物互联。然而,想要让新一代无线技术超越智能手机的应用范畴,却不能一蹴而就——这需要一些独创性。高通公司高级工程总监季庭方博士发明了解决该问题的一项关键技术,为无数新终端和新行业应用5G铺平了道路。

季庭方博士2003年加入高通并开始研究从CDMA过渡到OFDM(正交频分复用,可以实现多载波传输)的蜂窝系统。在此后的十年时间,他取得了一系列技术突破,涉及多个OFDM和4G连接关键组件的设计、算法与标准。

其中,可扩展参数集是季庭方发明的最引人注目的突破性技术之一。2014年,他开始研究如何让5G适用于智能手机以外更多终端和应用的技术与方法。他通过设计了统一的子载波间隔指数扩展公式实现了可扩展的OFDM参数配置,并以此来连接广泛多样的终端,让蜂窝连接可以以超高效率延伸至手机之外复杂性频谱的两端——从超低功耗物联网(IoT)传感器,到超低时延高吞吐量的虚拟现实(VR)眼镜。这大大地提升了5G硬件和工程效率,为5G快速扩展至那些尚未实现连接的行业创造了条件。

今天,季庭方博士继续领导着高通公司最大的研发团队之一,致力于实现最新的无线技术突破。他一方面仍聚焦5G,同时也在研究6G蜂窝技术。为了更多地了解他的发明、他对未来无线通信技术的思考,以及如何能够成为发明者,我们与他进行了深入交流。

当职业生涯开始时,你是否曾想过自己会成为拥有诸多发明的发明家?

“当从密歇根大学取得博士学位时,我知道自己将会从事一些有意思的工作。无线领域曾出现过众多的技术进步。但对于发明,我确实没想过自己有一天会拥有数百项发明。实际上,我父亲曾拥有一项发明,当时我觉得非常了不起,我常想,‘我的爸爸太伟大了。他拥有一项自己的发明。’如果那时你告诉我,现在的我拥有800项专利,那会让我感到很震惊的。或者说,简直不敢奢望。”

你如何看待自己保持的发明纪录?

保持这样的发明节奏,是综合诸多因素的结果。首先,我很幸运地能在高通公司工作。高通始终处于无线通信的最前沿。如果你所处的领域大多数问题都已经解决,那么就很难再有新的发明。但在高通,我们始终都在应对以前无人解决的问题。

其次,至少在我看来,与你合作共事的人很重要。在高通,我们拥有头脑风暴的文化。人们可能会好奇,我们为什么有如此多的会议,但正是这些会议让发明的过程如此特别。它让人们思考和交流信息,碰撞出思想火花。

最后,永不放弃。我是一个很执著的人。对我而言,成功也许不是常态,但只要你愿意更进一步、做更多努力,那么你总是可以学到更多。对于如何不断发明,这也是我能想到的最佳建议。顺便提一下,我说到的这800项专利并非我一个人的发明,而是我们团队的成果。正如我说过,碰撞出思想火花需要一个致力于提出解决方案并形成专利的工程师团队,我为此倍感自豪。

可扩展参数集从构思到实现用了多长时间?

这用了几年时间。最初,我们重点关注可扩展性。我们有近一年时间处于构思阶段。当我们进入标准化阶段,并与其他人交流我们的想法时,我们发现了新问题。因此,我们在已有框架的基础上,又花了一年时间敲定最终细节。

例如,对于后向兼容,它意味着你还需要让设计适应一些老旧技术。你需要增加五花八门的特性,真正让其适用于更多的用例。起初我们在设计5G时,形成了拥有优美时域和频域的全面可扩展设计——这些是我们从设计的角度出发需要考虑的维度。但最终,实际上形成标准的内容大约是我们所设计的特性的一半。

我们放弃了一些可扩展性,这是因为有时我们必须做出牺牲,以适应其他实际限制因素。但尽管你放弃了一些很纯粹、很漂亮的设计,但最终实现了经济规模等益处。这就是权衡取舍,这也是一个很漫长、很复杂的过程。

目前你对哪些其他通信技术感兴趣?

通信本身是从一点向另一点传输信息。尽管5G已经部分地实现了这样的效果,但如果我们想利用我们周围的电磁波或信号做一些通信以外的事情,比如位置定位,我们做得还不够。

你可以利用这些电磁信号来解决物理世界中的问题。这不仅是传输信息比特,也可以用来实现无线感知和计算机视觉。我们希望它能够在感知环境、但不牺牲隐私的情况下,与影像技术形成互补。我认为,这是我们可以在通信领域的下一个代际完成的事情。

你对其他发明者有何建议?

你需要动手做,你需要大胆想。这两件事有时相互矛盾,但对于发明,你确实需要两者兼顾。如果你只是埋头苦干,那你可能会忘记大局,可能会陷得太深。但如果你只是空想,将会过于肤浅,无法做出任何实际的东西。

对于发明家,我鼓励每个人都要有一套比较平衡的方法,不要害怕动手实践。在我们这个领域,大家做模型、搞模拟,并根据需求花费大量的时间敲代码。但你也需要自问,“我在解决什么问题?”,“它确实是需要解决的问题吗?”如果某一领域已经存在足够多的解决方案,那你可能需要寻找不同的领域来探索。

有些年轻人对科学、技术、工程和数学(STEM)领域感兴趣,并且好奇成为发明家会是什么样,你会对他们说什么?

有时候我会思考应该对我的孩子们说什么。我有两个女儿,她们有时问我,“我长大了应该做什么?”我无法给出合适的答案。每个人都是有着不同喜好的独特个体,喜欢和讨厌不同的东西。但在我看来,科技的确在改变社会。回顾过去的100年,人类取得了巨大的进步。我们的社会中存在着一种反馈循环(feedback loop),在这个循环中,发明会带来更多的发明,而这些发明又在快速地改变着经济和社会。其核心是科技改变我们的世界。

年轻人经常说,“我感到无聊”。而总的来说,科技领域永远都不会让你觉得无聊。每天都有新问题需要解决,如果你是一位发明家,那么你就要尝试创造新发明。如果你是小孩子并且想避免无聊,那就来学习科技吧;当你65岁时,你仍然会继续在科技领域钻研。有很多比我年长的同事,他们一直在坚持学习新东西。我们总在讨论令人兴奋的新问题和新解决方案。科技确实是值得你毕生专注的领域。

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