【专题访谈】姚彦:我以通信事业圆梦、报国 ——访清华大学电子工程系姚彦教授(一)

2021-01-19 11:50:35

姚彦教授,1938年出生于浙江兰溪。1962年毕业于清华大学无线电电子学系,长期在清华大学历任助教、讲师、副教授、教授、博士生导师、微波与数字通信国家重点实验室主任、通信教研组主任,无线电电子学研究所副所长,清华大学学术委员会委员等职,曾兼任首届国家863计划通信主题专家领导小组成员、全国高技术重点图书通信技术领域编审委员会委员、厦门大学特聘教授、杭州电子科技大学兼职教授,全军通信抗干扰研究中心客座研究员、信息产业部电子第七研究所客座研究员、中国通信学会微波与卫星通信委员会委员,中国通信学会国际学术工作委员会委员。现为中国通信学会会士,中国电子学会高级会员,IEEE高级会员。

在清华—罗姆电子工程馆六层清华大学电子工程系的系史陈列馆,我们聆听姚彦教授讲述他的故事。他的外曾祖父是京师大学堂(北京大学的前身)的首届学生,祖母就读于北京女子刺绣学校(清华大学美术学院的前身),父亲是当地农村小学的校长,“耕读的家风”世代传承。在他儿时,抗日的烽火正燃遍中国,《大刀向鬼子们头上砍去》成为他学会的第一首歌,也是他最早的爱国启蒙。解放后,姚彦来到兰溪一中上了初中,他品学兼优兴趣突出。13岁的他曾向历史老师借阅《法兰西内战》一书,读后撰写了一篇小论文《论巴黎公社》,获得满分成绩并予免考。化学老师酷爱天文,秋晚,他常与姚彦一起,于高处坐望夜空星座时“星月皎洁,明河在天”,远眺兰溪一带,小桥深巷,居庐临水。姚彦憧憬着,有朝一日走出县城,奔赴南京紫金山天文台,去探索深邃无边的宇宙太空,去把握科技赋予的美好未来。梦想燃起,就一直延续了下去……

 

求实从长定专业

1956年,姚彦以优异成绩从金华一中考入清华大学工程物理系,后转入无线电电子学系,他几乎所有功课均为满分5分,仅有一门课程《画法几何》连续两学期得了4分,因而思想产生波动。于是,他给中国著名天文学家、时任北京天文台台长陈遵妫写了封信,诉说迷茫,希望转学至天文专业。几天后他收到陈遵妫的亲笔回信,信中规劝他不可意气用事、目光短浅:清华是高校翘楚,且学习无线电与天文不无关系,射电天文正方兴未艾,只要求实进取,从长远看未必没有机会涉足天文领域。这封信密密匝匝,满满一纸,恰如一剂定心丸,让他坚定地留了下来。后来与制图相关的课程他都考了5分。 

姚彦在中学时代的天文梦想和数理化优势导致他偏好于理科,高考前他曾一度想报考北京大学、南京大学修习数学、天文学等理科专业,还赞同“理工合校”。但经过漫漫六年的大学时光,他逐渐体会到时任清华大学校长蒋南翔求实为本的科学精神与高瞻远瞩的开阔视野。为了让清华紧跟国家科学发展的步伐,蒋校长陆续创建了一批尖端工科技术专业与学科。1958年,工程物理系的十几个储备班被分到无线电系、自动化系、工程力学、工程数学、工程化学等新专业,姚彦就此加入无线电系。蒋南翔校长还提出三个交叉:在学科上,电子和信息交叉,在专业上,工程和物理交叉,在项目上,军用与民用交叉。日后清华大学的长足发展与此密切有关。蒋南翔校长主张追踪工科发展的前沿应用,加强其跨学科、跨专业融合,在跨界实践中夯实、发展科技理论,并最终以此带动“理工合校”,充分显示出他对“理工合校”这一问题更胜一筹的洞见,不愧为一代真正的教育家。

   专业的抉择,犹同练习双杠

先人一步启门扃

从上个世纪50年代起,全球通信面临五大变革:从模拟到数字、从有线到无线、从电通信到光通信、从地面通信到空间通信、从固定通信到移动通信。在姚彦的清华人生中这五大变革“尽显无余”,有幸以各种方式介入其中。他大学本科的就读专业是无线电物理,属于微波教研组。他在大学最后一年参加量子无线电专业的筹建,是激光教研组的前身。他的毕业设计是铁氧体材料与器件方面,属于半导体教研组。他留校工作后主要从事数据传输方面的研究工作,属于通信教研组。这种广泛而深入的专业背景,给他在通信领域的几大变革中提供了基础。

世界通信重大变革之一“从有线到无线”的重要标志就是数字微波通信。

上个世纪60年代开始,作为学生,姚彦介入数据传输系统项目。这一情况在《清华大学电子工程系系史》(第一卷)中记载颇详,“1959年,1125工程(空军自动化指挥系统)开始实施,要求研制雷达数据传输系统。1961年,154工程开始实施,吴佑寿被聘为副总设计师,负责测控数据传输系统的研制。在1125和154工程的支持下,通信教研组吴佑寿、朱雪龙、杨行峻、程佩青、董在望、姚彦、曹志刚、杨为理等,和研究生、本科生以及十院协作队人员组成的研究组承担了这项数传终端机的研制任务。研究组根据数字调相频谱窄、抗干扰能力强等特点,决定采用相位键控(PSK)技术来完成这一任务。为了验证技术的可行性,从码率较低的600b/s数据开始。研制人员先后解决了相干解调,同步信号提取及设备小型化等问题”。

五公寓的灯光

 

当年,这些系统研制项目都是清华无线电系极具开创性的前沿工作,在1962年姚彦毕业之前,尖端科研的大门便已向他豁然敞开。“上述调查测试所取得的结果,以及在数传速率系列化上的考虑都曾在国内有关会议上作过报告,受到领导部门的高度肯定、重视和采纳。由于这些结果为数据传输在国内的应用、部署提供了切实的依据,所以它不但受到了应用部门的重视,也引起了邮电部门的重视。这些扎实和基础性的工作为我国卫星测控系统及时提供了数据传输手段,也为我国通信事业掌握了实现数字信道调制的关键技术,奠定了通信教研组在国内数传研究中的地位。因为60年代参加我国第一代数据传输系统(数传机)的研制工作,完成采用相似键控技术的数传机,也用于我国第一颗人造卫星的发射过程,1970年受到中央军委的通电嘉奖”。

国家工程奠厚积

1975年冬,绵阳。书窗寒雨,校舍冰凝,忙于日常教学与科研实践的姚彦与众多孜孜不倦的师生正共同翘首以待等待一项重要的国家项目。11月,“川沪输气工程”正式启动了!这是由国务院批准、李先念挂帅、石油部、四机部参与的一项国内最大的输气管线工程。同时,四机部组织建立120路微波通信传输系统,为输气管道提供沿线的通信及监控系统,即川沪工程微波通信系统项目。研发与生产分别组织两个团队,其中南方队伍“以清华大学绵阳分校为研发主力,以716厂和730厂为接产单位”,由时任高频组组长姚彦负责。数字微波中继通信系统的研发也正是从川沪输气工程的小容量数字微波通信系统工程开始的。

绵阳分校研制数字微波通信项目

 

1979年5月,在清华绵阳分校迁回北京后,姚彦继续开展数字微波科研工作。清华园的黎明时分,东方的微曦伴着东主楼上的灯光,不知有多少个长夜,姚彦与同事们在争分夺秒、焚膏继晷中度过。至80年代中期,他主持研究开发五种数字微波通信系统,先后移交机电部及邮电部有关企业,为我国建立三千多公里的数字微波通信电路。1986—1990年,他主持了两项大容量数字微波的国家“七五”科技攻关课题,组织力量突破16QAM和64QAM高频谱效率调制与自适应解调、高速前向纠错、高速均衡等关键技术,通过国家鉴定与验收,达到80年代中末期的国际先进水平。这期间,数字微波经历了小容量(2PSK)、中容量(4PSK)和大容量(16QAM和64QAM)三个发展阶段。由最简单的二进制相位键控发展到正交幅度调制,频率由2GHz达到11GHz,传送信息量由2Mbit达到140Mbit。仅用十几年时间,经过他与其他师生们的努力,在数字微波领域实现了频段容量、调制方式、技术水平的全覆盖,并荣获三项全国第一:研制全国第一套数字微波系统;出版全国第一本数字微波通信专著《数字微波中继通信工程》;建成全国第一个数字微波国家重点实验室。清华无线电系在国内已成为数字微波通信领域的一面旗帜。

11GHz140Mb项目通过验收

 

谈到科研项目所取得的一系列荣誉,姚彦认为,重点工程建设关乎国家需要,关乎民生福祉,数字微波通信的理论应用要“以大为先”。因为工程大,则意味福泽广,理论更有用武之地,所谓“小取焉则小得福,大取焉则大得福”,“天下行之,不闻不足”。同时,他也谈到发展方向。在这个阶段,数字微波在产业化方面举步维艰。首要原因是,我国工业基础十分薄弱,微波通信、微波管、微波调制器、微波集成电路等技术遇到元器件的生产瓶颈,而功亏一篑。也存在一些不良现象:某些企业为换取经济效益而急功近利,致使技术应用“劳而寡效”。其次,在科研发展方面,数字微波发展到1990年初,也难以为继。全球通信历经多年变革,格局已发生彻底改变,数字微波领域要尽快调整方向。

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    姚彦介入数据传输系统项目。数字微波中继通信系统的研发也正是从川沪输气工程的小容量数字微波通信系统工程开始的。
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