UCODEN · 水下协同探测网络

徐加杰

博士后研究员、实验室经理
阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)通信理论实验室

研究既能通信、又能感知的海洋网络:从空天地海一体化覆盖,到水下多模态链路,再到水下协同探测与定位,理论与可部署系统并重。

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徐加杰

简介

个人简介

徐加杰,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)通信理论实验室博士后研究员、实验室经理,合作导师为 Mohamed-Slim Alouini 教授(美国国家工程院院士、IEEE Fellow)。2023 年获 KAUST 电子与计算机工程博士学位,毕业即被课题组留任博士后;2023 年在牛津大学 Justin P. Coon 教授课题组访问。

主要研究空天地海一体化网络(SAGSIN)与水下协同探测的理论和可部署系统,包括随机几何覆盖建模、鲁棒的光/声/毫米波多模态混合通信,以及多未知参数耦合下的鲁棒定位。他提出了水下协同探测网络(UCODENs)的概念,本站即以此命名;目前独立指导或合作指导 KAUST 及牛津大学、清华大学等合作单位的硕士和博士研究生。

研究

既能通信、又能感知的网络

三条相互支撑的研究主线,分别针对广域海洋通信与感知中“网络架构—链路传输—探测应用”三个层面的瓶颈,并都在真实部署中得到验证。

01

空天地海一体化网络覆盖刻画与广域链路延展

  • 15 → 500 km水面可靠覆盖
  • 1.5 km → 全海深水下覆盖深度
  • 6篇 · TWC、IoTJ、WCM
  • 首个统一的随机几何覆盖框架,涵盖岸基站、水面节点、系留气球、高空平台、卫星与水下声学网络。
  • 水面可靠覆盖从约 15 km(岸基)延展到约 500 km(高空平台);“纵向 K 层 + 横向 SOFAR 三跳”设计把水下有效覆盖深度从约 1.5 km 扩展到全海深。
  • 相关成果发表于 IEEE TWC、IoTJ、Wireless Communications 等,共 6 篇。

02

复杂环境多模态混合通信性能增强

  • −20%偏置接收所需发射功率
  • ≈14 dBBER=10⁻² 时 SNR 降低
  • 99.10%FSO–毫米波链路可用率
  • 提出“被动鲁棒优于主动跟踪”的水下光链路设计:接收端刻意偏置,所需发射功率降低约 20%。
  • 广义码-频-空索引调制:能效提升约 2 倍,BER=10⁻² 时所需 SNR 降低约 14 dB。
  • 红海 1.2 km 并行 FSO–毫米波回传链路:可用率 99.10%(单独 FSO 81.90%,单独毫米波 90.99%)。

03

多未知参数耦合下水下鲁棒定位与网络化协同探测

  • 14×比 SDP 方法更快
  • 50节点室外测试场
  • 5篇 · TVT、IoTJ、TWC、TIM
  • 证明复合测距噪声更符合 Shifted-Gamma 分布,给出闭式参数和比高斯模型更紧的克拉美-罗下界。
  • 加权 RSS/GTRS 联合估计比 SDP 方法快约 14 倍(0.09 s 对 1.24 s);秩一 SDP 形式避免精度损失。
  • 提出 UCODENs 概念与 SDP–SOCP 混合协同定位算法 CTUP,并在 50 节点室外测试场验证。

外场

部署与测试的系统

  • Shushah 岛珊瑚礁监测红海北部 100 公顷;跨介质射频/声学监测把数据采集周期从每月一次缩短到 10 秒。
  • 低成本 FSO 终端1 km 距离 1 Gbps,单台 2–4 千美元;机载版本准备开展无人机和高空平台试验。
  • Fire Eye智能消防导航系统,入选 2022 年迪拜 Global Grad Show。

项目

科研项目

  • 空天地海 FSO/RF 一体化测试平台KAUST · 2024–2026 · Co-Investigator / 研发负责人
    81.6 万美元
  • 水下与海洋无线通信的容迟网络(DTN)KAUST / NEOM · 2023–2025 · Co-Investigator
    94.9 万美元
  • 低成本 RF-over-FSOC 系统的本地设计与研制KAUST · 2024–2026 · Co-Investigator,子课题负责人
    70.5 万美元
  • 海上 Mesh 网络与水下混合无线通信系统KAUST · 2024–2025 · 项目负责人
    22.5 万美元
  • 迈向全连接的智慧海洋KAUST / NEOM · 2023–2024 · Co-Investigator
    13.6 万美元
  • 连接未连接:光/毫米波无线通信KAUST 与 Meta、Google、CST 合作 · 2022–2023 · 子项目负责人

此前作为骨干成员参与 4 项国家自然科学基金面上项目,方向包括水下协同定位、水声通信和多水下机器人协同探测(2016–2024)。

论文

代表性论文

  1. IEEE TWC · 2023

    Space-Air-Ground-Sea Integrated Networks: Modeling and Coverage Analysis

    Jiajie Xu, Mustafa Kishk#, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 22, no. 9, pp. 6298–6313, Sept. 2023.

  2. IEEE OJ-COMS · 2025

    UCODENs: Underwater COllaborative DEtection Networks

    Jiajie Xu#, Mustafa Kishk, Xabier Irigoien, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Open Journal of the Communications Society, vol. 6, pp. 77–89, 2025.

  3. IEEE IoTJ · 2026

    A Shifted-Gamma Noise Model for Practical Underwater Acoustic Target Localization

    Jiajie Xu, Heyou Liu#, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Internet of Things Journal, vol. 13, no. 4, pp. 7067–7082, Feb. 2026.

  4. IEEE TWC · 2024

    Performance Analysis and Optimal Resource Allocation for Large Scale Joint Sensing and Communication

    Jiajie Xu, Mustafa Kishk#, Justin P. Coon, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 23, no. 10, pp. 14350–14364, Oct. 2024.

  5. IEEE WCM · 2025

    Implementation of an IEEE 802.11ax-Based Maritime Mesh Network in the Red Sea

    Yingquan Li, Jiajie Xu#, Narek Khachatrian, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Wireless Communications, vol. 32, no. 5, pp. 212–218, Oct. 2025.

  6. IEEE OJ-COMS · 2025

    Enhancing Wireless Backhaul Networks with Parallel FSO-mmWave Systems: Experimental Analysis and Availability Assessment

    Fahad S. Alqurashi, Jiajie Xu#, Luis Barreiro Goiriz, and Mohamed-Slim Alouini

    IEEE Open Journal of the Communications Society, vol. 6, pp. 10219–10228, 2025.

完整论文列表(英文)→

荣誉

荣誉与奖励

2026

URSI GASS 青年科学家奖(国际无线电科学联合会,三年一届,面向全球 35 岁以下学者)

  1. 2024IEEE 通信学会学生竞赛荣誉证书
  2. 2023KAUST 学术卓越奖(连续第二年,225 人中 1 人)
  3. 2023IEEE SusTech 2023 学生海报竞赛第二名(美国波特兰)
  4. 2022KAUST 学术卓越奖
  5. 2022入选迪拜 Global Grad Show 2022(Fire Eye,1,000 多个项目中选出 100 个)
  6. 2020–2023KAUST 博士全额奖学金

受邀报告

  • URSI GASS 2026,波兰 — 青年科学家奖报告(2026 年 8 月)
  • Reef Futures 2024,墨西哥 — 无线技术助力珊瑚礁修复(2024 年 12 月)
  • IEEE SusTech 2023,美国波特兰 — 基于 SOFAR 声道的三跳水声通信(2023 年 4 月)
  • EuCNC & 6G Summit 2022,法国格勒诺布尔 — 面向大尺度海洋应用的一体化网络覆盖建模
  • 受邀学术报告:北京理工大学、西北工业大学、深圳理工大学

学术服务

  • npj Wireless Technology(Nature Portfolio)客座编辑 — 水下无线通信与组网专刊
  • Electronics 客座编辑 — 空天地海一体化网络中的物联网专刊
  • 技术程序委员会委员:IEEE INFOCOM 2025 研讨会与海报环节、IEEE/CIC ICCC 2025、IWCMC 2025、IEEE ICCT 2024
  • 为 NEOM 撰写《迈向全连接的智慧海洋》研究报告

人才培养

独立指导或合作指导 KAUST、牛津、清华、西工大等单位的硕士和博士生,目前共 8 人;以唯一通讯作者身份发表学生一作论文 11 篇。担任通信理论实验室经理,负责设备、实验及与 NEOM、CST、Meta、Google、沙特阿美等合作方的协调。

媒体报道

联系

联系方式

欢迎就科研合作、招生或上述系统与我联系。

jiajie.xu.1@kaust.edu.sa

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