【专题访谈】不畏跋涉 凭“高”决胜 ——访清华大学电子工程系杨知行教授(二)

2021-01-19 11:49:55

1998年底,第一批定型的设备用于中央专委会(1990)第1号文批准的九五期间国家重大国防项目-901工程。和1998年美国推出的同类设备相比,1、设备构成简单,稳定性好,多项技术性能指标处领先水平;2、内部连接电缆只有十分之一,设备可靠性高;3、友好界面操作简捷,可一键切换接收星型;4、生产成本不及购买国外同类设备价格的十分之一。

1999年7月,教育部组织技术鉴定委员会,我国“两弹一星”元勋陈芳允院士出任主任委员,鉴定认为:“该系统技术难度很大,实现方法有重大创新,系统设备方案先进,性能可靠,使用方便简捷,是一项有自主产权的专利技术成果。主要系统性能指标优于国际上最新的同类设备,处国际领先水平。可广泛应用于军事和民用信息系统。该项成果对我国信息遥感领域的进步有重大促进作用,对发展国民经济和国防军事信息有重大意义。”

2000年,《遥感卫星中频通用接收解调系统》获得国家技术发明奖二等奖,中国空间科学学会聘请杨知行为空间探测专业委员会委员,中央军委的领导亲率数十位将校军官专程到访清华大学遥感卫星研究组,此时的研究组已发展到20人,可谓兵强马壮。此后,清华大学遥感卫星研究组占领了我国卫星遥感高速数据接收解调系统的军民应用设备市场长达10年,相关设备还出口到美国、南非及东南亚等地。所获自主研发项目的研发经验、技术成果、人材培养和经济效益同时养育了光纤通信和数字电视新方向。

2000年,遥感卫星研究组获国家技术发明奖,迎来中央军委领导专程考察

 

1986年3月,杨知行首次参加光纤通信工程应用研究,与电子部绵阳407厂合作承担国家七五计划国防科工委项目“32公里无中继浅海光缆通信”。他负责光收发端机的总体设计和设备研制,用CMI码解决了传输误码在线检测难题。407厂负责光收发端机设备的生产和光纤成缆工作。该项目成果用于北海舰队,是我国第一个军用光纤通信重大工程,1988年10月通过国家信息办验收,并获得国家信息办的通报奖励。

20世纪90年代初,鉴于中国改革开放激发出来巨大的通信产品市场,西方的“巴统”取消了高速光纤通信产品的出口限制,国外2.5Gbps光纤干线传输系统设备蜂拥进入中国市场,但是1Gbps以上的误码测试仪器及其关键专用芯片仍在限制之列。自主开发超高速传输系统误码测试仪,成为我国打破国外技术封锁、开展超高速传输技术研究及其产品开发亟待解决的难题。杨知行提出了一个超高速传输系统取样误码测试仪方案,利用伪随机码序列的可抽样性,把一台170Mbps误码测试仪扩展成一台2500Mbps误码测试仪,获得授权国家发明专利《超高速取样测试误码的方法及其测试仪》,解决了当时国家重大项目的急需。1997年“2.5Gbps误码测试系统”获得国家技术发明三等奖。

国家八五计划期间,2.5Gbps光纤通信技术研究和设备开发被确定为国家863计划的头号研究课题,诸多国内有基础的研究部门和高等院校都全力投入这项研究工作,期待这一课题的重大突破。

在清华,电子系组织光纤通信跨学科研究团队。以范崇澄教授为负责人的4*2.5Gbps波分复用光纤通信系统项目中,杨知行团队分工研制2.5Gbps光纤传输收、发光端机的任务。1994年底,首次在国内实现109千米无中继2.5Gbps光纤传输实验系统,系统性能达到国际实用化设备的先进水平。叶培大、王启明、李衍达、周炳琨、简水生、吳佑寿等六名院士参加邮电部科技委组织的技术鉴定会,鉴定认为是我国在高速光纤通信领域取得的一个重大进展。杨知行为第一作者的相关论文获得中国通信学会优秀论文一等奖。4*2.5Gbps波分复用光纤通信系统应用在汕头-广州国家电信二级干线上,成为我国超高速光纤通信国产设备首次成功商用的标志。清华大学的2.5Gb/s光纤传输收、发光端机技术分别于1996年转让中国邮电总公司,1998年转让深圳华为公司,成为我国超高速光纤通信传输产品规模生产的最初技术基础。

1999年,正当光通信领域发展如日中天,项目也正获益颇丰时,他登高望远,及时转向更具创新挑战性、发展空间更广阔、国家更需要的数字电视领域。

20世纪90年代末,我国是电视机产销世界第一大国,但是长期以来,我国电视产业受制于人。数字电视是广播电视领域一场颠覆性的技术革命,是我国广播电视领域弯道超车的一次重大机遇。

1999年10月,国务院批准设立数字电视研究开发及产业化专项,由国家计委牵头,经贸委、科技部、信产部、质监局和广电总局共同组成国家数字电视领导小组,国务院副总理、国家计委主任曾培炎任组长。第一次领导小组会议就明确决定:自主制定我国数字电视国家标准(而不是选用国外标准)。这一决定奠定了我国数字电视的发展方向。

1999年初,由清华电子系留美校友在美国硅谷组建的美国凌讯科技公司提出《蜂窝数字电视网络传输协议》方案,被数字电视国家专项总体组否决以后,他们回到清华,请求其导师吳佑寿院士帮助。

1999年7月,在清华大学龚克副校长的推动下,微波与数字通信国家重点实验室与美国凌讯科技公司合建清华大学数字电视传输技术研发中心(以下简称研发中心),国家重点实验室常务副主任杨知行担任研发中心主任,吳佑寿、龚克、杨林组成顾问组,吳佑寿任顾问组组长。研发中心由清华团队和硅谷团队两部分组成,实行统一番号、统一指挥、统一战线的“三统一、一体化”管理原则。研究成果规定:双方人员都以清华大学为专利权人申报中国职务发明专利,发明人属于专利技术原始创造者。

1999年9月,研发中心开始全时全天候的研发工作。在清华的实验室搭建数字电视广播传输测试系统,北京时间白天,北京团队研发硬件系统,验证测试,提出改进思路,下班前反馈硅谷团队;北京时间夜晚,硅谷团队修改算法代码,形成新方案于北京上班时间发回北京团队。如此夜以继日,天梯式地爬山不止,很快突破了地面数字电视广播传输系统一系列关键技术的解决方案。研发中心在国际上首创一种新的传输体制,即时域同步的正交频分复用传输体制(英文缩写TDS-OFDM)。2000年8月,研发中心在国内外分别申请《数字信息传输方法及其地面数字多媒体电视广播系统》发明专利,2003年8月获得授权。国家知识产权评估为基础性发明专利,2005年获得世界知识产权组织和中国知识产权局联合颁发的中国专利金奖。

2005年获得世界知识产权组织和中国知识产权局联合颁发的中国专利金奖

 

2000年5月,在清华大学“创世界一流大学”学科建设重点项目支持下,研发中心成功研发一套地面数字电视广播传输的可编程大规模集成电路实验系统,该系统融合了广播、通信、计算机的概念,支持音、视频和数据广播功能,具有固定、移动接收和大屏幕高清晰度、低功耗便携终端等技术特点,杨知行将它命名为“地面数字多媒体/电视广播传输系统(简称DMB-T)”。

为了高效率地进行DMB-T的开路测试工作、便于业内同行参观指导,研发中心经各级无线电管理部门批准,在清华大学主楼顶上建立一个广播电视测试发射点,能覆盖清华大学6公里半经的周边地区,一辆金杯牌测试面包车在这个区域内跑了数十万公里。该测试平台为DMB-T标准方案的修改和完善发挥了巨大作用,从刚开始的接收成功率不到10%,经测试-改进-再测试-再改进,不断循环递进,最终达到全覆盖区域100%的接收成功率。

2004年2月,研发中心联合复旦大学成功地生产了DMB-T接收系统专用芯片,吳佑寿将之命名为“中视一号”。研发中心将“中视一号”专用芯片及其应用系统参考设计在国内外相关的主要生产企业推广应用,形成了DMB-T系统的发射机、接收机、组网设备和专用测试仪表等产品配套齐备的产业链。2005年,《数字电视地面传输专用芯片“中视一号”获得中国电子学会电子信息科学技术奖一等奖,杨知行为第一完成人。

2004至2005年,清华DMB-T和欧洲DVB-T在我国应用市场形成尖锐对峙的局面。通过艰苦卓绝的激烈竞争,经过技术和经济比较,DMB-T以平均每月2个城市的速度稳健进行市场应用推广。截至2005年底,己有18个省市的31个城市采用了清华DMB-T标准方案进行运营性试验播出,迫使欧洲DVB-T标准退出了中国市场,有力地捍卫了我国自主制定标准的机遇,同时研发中心深刻融入了数字电视业界,树立了研发中心在我国数字电视广播传输领域的旗手形象。2005年《DMB-T》获得北京市科学技术奖一等奖,《TDS-OFDM》获得国家技术发明奖二等奖,杨知行均为为第一完成人,他同时获得国务院特殊津贴。

《DMB-T系统》获北京市科技奖一等,《TDS-OFDM技术》获国家发明奖二等奖

 

针对全国征集地面数字电视广播传输标准的5个候选方案,国家广电总局进行了测试认定,国家知识产权局进行了严谨、细致和公正的评估,曾培炎副总理亲临清华考察了DMB-T系统。数字电视国家领导小组批示:“以清华方案为基础,融合其他方案的优点”。

曾培炎副总理和吳邦委员长分别于2000年和2011年回系考察数字电视研发成果

 

2006年8月经国务院批准,全国标准化管理委员会颁布中国地面数字电视广播传输标准GB20600-2006(以下简称为DTMB)为强制性国家标准,2007年8月实施。杨知行成为我国第一代地面数字电视广播传输标准的第一起草人被载入我国广电史册,2007年中国发明协会授予发明创业奖特等奖,2012年中国电子学会授予优秀科技工作者称号。

2006年10-12月,研发中心联合广科院协助香港电视台对中国DTMB标准和欧洲DVB-T标准进行对比测试。测试证明中国DTMB优于欧洲标准DVB-T。之后,香港毅然放弃已公布选定的欧洲DVB-T标准,采用DTMB作为香港地面数字电视传输标准。2007年12月31日,香港举行了隆重的数字电视开播仪式,香港特首接见了清华大学的参会代表。目前,DTMB广播信号已覆盖全港99%以上人口,用户渗透率超过80%,现有200余款DTMB接收终端产品在香港市场销售,香港的成功应用带动了澳门实施DTMB标准。2009年清华大学获得香港颁发的最佳合作奖。

2007年6月,中关村数字电视产业联盟集合了全国144家主要从事数字电视研发、生产、应用单位,联盟拥有中国数字电视相关产品完整的产业链。联盟成员在数字电视标准、芯片、发射与接收终端产品、电视节目和服务等环节拥有强大实力,无可争辩地拥有中国DTMB标准全部的技术专利和完整的实现技术以及整个生产链的产品技术,代表了我国数字电视产业的技术和生产水平。清华大学是该联盟的理事长单位,杨知行当选为联盟主席。

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    在清华的实验室搭建数字电视广播传输测试系统。研发中心成功研发一套地面数字电视广播传输的可编程大规模集成电路实验系统。