孙舒 | 科研聚焦毫米波 潜心攻关谋创新

信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。随着5G时代的来临，现代无线通信网络已经成为支撑经济繁荣和国家竞争力的基础。

近些年来，随着视频直播、虚拟现实游戏和全息图像等高带宽信息产业的快速发展，同时一些特殊应用场景，例如高铁、国防在高速率传输方面的需求加大，为全球移动数据传输带来了新的挑战。“传统的前四代无线移动通信，甚至是在国内的第五代，目前主要使用7GHz以下频段，它们频谱资源有限，因此传输的数据速率也较低。为了满足无处不在的数据连接要求及各种无线通信应用场景需求，我们需要更多的频谱，于是就考虑到毫米波。”上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系副教授孙舒说。从国外求学探索到回国开展科学研究，她所攻关的重点便是毫米波无线通信领域。现如今，根据我国现状，她还在针对信道建模、信道仿真和波束赋形三大核心问题开展系统研究，为实现我国“科技强国”、提升“民生福祉”的伟大目标，贡献自己力所能及的科研力量。

▲孙舒（中）获2017年马可尼学会青年学者奖

追梦——始于兴趣的科研旅程

在科研的道路上，孙舒前行的动力源自对科学的热爱和对未知的好奇。小时候仰望苍穹，她会好奇星星和月亮发光的原因，对于物体的运动规律、物质的内在原理也有着极大的探索欲望。在兴趣的驱使下，从小孙舒就在物理学领域展现出极高的天赋，并在高考时以优异的成绩考入上海交通大学应用物理专业。

本科阶段，孙舒在物理学领域打下了坚实的科研基础，并决心今后在相关领域继续深耕。大学毕业后，身边的很多人都选择了出国深造，而从中学开始，孙舒就有一颗探索世界的心。“出国深造，一方面是满足自己好奇心，另一方面也是想体验一下国外不同的教育体制及思维方式，对自己的学术研究很有帮助。”孙舒说。就这样，她于2012年9月来到美国纽约大学，攻读电子工程专业的博士学位。

孙舒的博士生导师美国工程院院士T.S.拉帕波特（Theodore S. Rappaport）教授，在无线电波传播领域具有丰富的科研经验。孙舒在美国攻读博士时期，5G研究在世界上刚好兴起。当时，她的导师敏锐地洞察到：毫米波应该是未来比较重要的频段。在这一背景下，她在导师的引领下开始了毫米波实验测量研究。

纽约作为国际大都市，高楼林立，人群、车辆都十分密集，十分不利于信号的传播。而这种环境恰好为研究毫米波对于无线通信的可行性提供了天然的试验场。为了更好地深入这一领域开展研究工作，孙舒在导师的引领下开展了大量的实验工作，并基于实验结果建立信道模型，进而基于信道模型开展进一步分析，为波束的设计及基站的部署提供研究支撑。在导师的严格要求下，孙舒及其科研团队度过了一段难忘的科研攻关时光，虽然很苦，但她始终认为这一切都是科学研究的必经路径。也正是通过这段工作经历，让她在毫米波无线通信领域研究中积累了丰富的经验。

突破——面向5G和6G建立路损模型

在美国的学习研究经历，是孙舒人生中极为难忘的科研探索之旅。其间她参与了3项关于毫米波无线通信的美国科学基金项目子课题，并跟随导师深入美国纽约不同区域及弗吉尼亚州的“大农村”，开展不同场景下毫米波的传播性质研究。通过实验收集的相关数据，他们对比了不同频段、不同场景下的毫米波传播特性，并建立了相关模型。在模型的基础上研究了不同的波束赋形算法等，并将这些模型和算法贡献到国际标准组织提案中。特别是在面向5G和6G的路损模型建立中，取得了一系列创新性科研成果。

长期以来，路损模型都是无线信道模型中最基本的一项内容。在无线通信领域第三代合作伙伴计划（3GPP）最初提出的面向0.5～100GHz的信道模型中，采用了三参数浮点拦截（ABG）路损模型，但其本质只是数学上的曲线拟合而缺乏可靠的物理意义，参数多因而计算复杂度高，且模型应用于参数拟合以外的频段或场景时对路损的预测误差大、参数稳定性差。

为了攻克这一问题，孙舒团队在解决多种不同传播场景准确描述和预测毫米波传输损耗这一根本问题中，开展了一系列创新性探索。作为项目的主要参与者之一，孙舒进行了世界上首个大规模毫米波信道测量实验来收集包括路损在内的数据，并作为唯一数据处理人整合和处理了来自多所大学和公司的30组实测数据。在此之后，她利用机器学习的思想分别根据距离、频率和传播环境将数据划分为训练数组和测试数组，在多场景中用3种路损模型进行仿真。功夫不负有心人，最终，孙舒及其科研团队成功提出适用于毫米波的、基于近距离自由空间参考点（CI）路损模型和带有频率加权路损指数的CI模型（CIF）。值得一提的是，他们所提出的CI和CIF路损模型与3GPP原有路损模型相比，具有更高的参数稳定性、预测准确性，以及对不同距离、频率和环境的普适性，且具有更少的参数，为进行准确而可靠的5G系统设计提供了坚实依据。

为了将相关系统推向应用，孙舒在2015—2016年多次参加国际5G信道模型预标准会议，其中两次作为纽约大学唯一代表与会。在会议中，她与领域成员针对相关问题展开了激烈探讨，最终CI模型的创新优势得到了相关领域科研人员的广泛认可，并使其成功列入3GPP标准中，为国际学术界、工业界研究和利用毫米波路损提供了准确、公认的理论依据。

在相关科研成果的基础上，孙舒在国际知名会议和期刊发表多篇CI模型相关高水平论文并被引用2000余次，其中一篇期刊论文还获得了2017年尼尔谢菲尔德最佳传播论文奖。

回国——扎根本土的科研开拓

游子思归，科研报国。“当时出国深造时，我就已坚定信心，在学有所成之后为祖国的科研事业贡献力量。”孙舒说。在家国情怀的感召下，2021年11月，孙舒回到了自己的母校上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系，自此开始了全新的科研创新旅程。

回国后，结合自己之前的科研基础，孙舒开始立足我国在无线通信领域的发展现状及其未来与相关技术结合的发展前景，开拓新的科研方向。孙舒介绍，智能超表面是未来6G无线通信具有竞争力的备选技术之一，它可以通过灵巧地改变电磁波的空间传播环境，大幅提升无线通信网络的覆盖率并提高频谱利用率，从而展现出革新无线通信网络的潜力。“传统我们在研究无线通信时都是研究怎样提高接收端、发送端的效率，但是对环境是不能控制的。如果加入了智能超表面，我们就可以使用智能超表面的异常反射/折射特性，将信号智能地反射/折射到需要的地方。”孙舒说。这项技术相当于空间域的拓展，而将其与毫米波频谱域的相关技术相结合，是否会使其信道传播性质变得不同呢？针对这一问题，孙舒结合自己本科及博士期间的研究基础，正在和研究团队开展一系列科研探索。

对于科研的热爱是科学家面对任何难题都永不言弃的动力，也是科学家不断攀登科学高峰的底气。回国一年多来，孙舒的一切工作都在有条不紊地进行中。对于未来的研究目标，她的内心始终笃定。“未来我的研究目标依旧在毫米波无线通信领域，包括其在亚太赫兹甚至更高频段的太赫兹方面的频谱延伸；在应用场景方面，我们也会结合通信感知一体化、空天地海一体化等大背景下相关场景，开展更多深入探索。”孙舒说。在目标的驱使下，她希望能将个人理想和国家需要结合在一起，脚踏实地进行研究开拓，为业界、为国家做出更多有价值的科研成果，为无线通信事业奉献自己的青春与智慧。