機器學習與無線：杜克大學新任教授瞄準新興技術

2021 年 12 月 6 日

Christ Richmond 將於2022 年1 月1 日起加入杜克大學電機與電腦工程系。與電腦工程系的長期同事行列。

在馬裡蘭大學帕克分校獲得電氣工程學士學位和鮑伊州立大學數學學士學位後，里士滿在馬薩諸塞理工學院完成了碩士和博士學位課程。二十多年來，里士滿在馬薩諸塞理工學院林肯實驗室高級感測器技術小組擔任高級職員，然後於 2017 年加入亞利桑那州立大學任教。

透過他的所有工作，里士滿突破了現代技術在電磁波和聲波方面的應用範圍。雖然大多數人更熟悉我們可以看到的電磁波頻譜（可見光），但其他頻率可用於多種用途，例如無線電、雷達、WiFi、藍牙、衛星通訊、蜂窩電話、5G 設備等。如果這聽起來像是一個擁擠的遊戲空間，那是因為它確實如此。

「將電磁頻譜視為停車場，將每個頻段視為停車位，」里士滿說。 “就像房地產一樣，某些地方比其他地方更有吸引力，每個人都想要好的地方。”

決定誰獲得哪些空間的機構是聯邦通訊委員會 (FCC)。里士滿表示，聯邦通訊委員會歷來為軍方和具有重要目標（例如大氣觀測）的民間組織保留了最佳位置。但幾十年前，大量有價值的頻率被出售給私人公司，並承諾研究人員將能夠找出如何用更少的電磁空間做更多事情的方法。

快進到今天，里士滿是仍在建造這些橋樑的研究人員之一。和同事們一起羅伯特·考爾德班克杜克大學 Charles S. Sydnor 電腦科學傑出教授兼資訊計畫主任瓦希德·塔羅克里士滿羅德家族電氣和電腦工程教授正在研究一項提案，該提案將允許頻譜用戶共享相同的頻段，甚至可能在同一頻段內同時共存（或者用汽車和停車位的語言來說，這些汽車將共享停車位，甚至可能相互停放）。

里士滿說：“我們需要弄清楚如何讓所有這些信號以協調的方式一起跳舞，而不互相干擾。” 「這需要雷達透過電腦和演算法與衛星訊號進行對話。但如果我們能讓他們作為彼此的延伸而一起工作，我們也許就能讓他們作為一個團隊比作為個人更好地工作。

里士滿的另一個主要研究方向也是與 Calderbank 和 Tarokh 合作，涉及將不斷發展的機器學習技術應用於無線通訊。三人組已經有了良好的開端。 2020 年 10 月，該團隊從空軍獲得了 $500 萬的五年期撥款，用於開發足夠快速、可靠的人工智慧通訊和網路協議，以滿足空軍的要求。

為了幫助解釋他們在這一領域的努力，里士滿說要考慮到當今所有的無線通訊演算法都是基於波應該如何表現的模型。只要訊號很強且假設的模型成立，那麼該技術就可以破解傳入的資料。但是，當入射波因時間和空間上的干擾或退化而不再像預期的那樣時，模型就會崩潰，訊號就會遺失。

「我們正在放棄開發基於模型的演算法，而是基於人工智慧，」里士滿說。「這些類型的方法依賴於數據而不是模型。因此，只要你用來自各種不太理想的場景的足夠數據來訓練它，它就可以適應環境的變化。潛力確實驚人。

由於杜克大學的強大合作者和一個耗資數百萬美元的中心已經在建設中，里士滿可能只是何時加入教師的問題，而不是是否加入的問題。無論如何，里士滿表示，他對此舉將為他在各種主題上創造的機會感到興奮。

「很長一段時間以來，我一直與杜克大學的許多人保持聯繫。他們一直告訴我，我也應該考慮來這裡，一旦我了解了正在發生的事情，它在很多方面都非常有吸引力，」里士滿說。「我聽說學生們都非常優秀，所以我對此感到很興奮。還有很多優秀的年輕教師，我也對醫學院正在進行的許多計畫感興趣。我認為我在這裡待的時間越長，就越能找到更多新的合作機會。