北斗導(dǎo)航“領(lǐng)航世界”，但面對GPS已占領(lǐng)全球90%以上市場的先發(fā)優(yōu)勢，它將如何破局？能夠在“一帶一路”上帶來怎樣的新商業(yè)模式？

 

　　特別是，5G與北斗導(dǎo)航的融合發(fā)展，將如何為十九大報告中提出的建設(shè)智慧社會的目標服務(wù)？

 

　　近日，國際歐亞科學院院士，北京郵電大學教授鄧中亮博士接受媒體訪談，就上述問題展開討論，觀察者網(wǎng)整理訪談實錄如下（限于篇幅，有刪節(jié)和盡量保留愿意的調(diào)整，完整視頻附后）：

 

　　記者：鄧老師您好，您是研究通信和導(dǎo)航如何結(jié)合的專家，在很多場合您都提出過“5G+北斗”的概念，能給我們介紹一下嗎？

 

　　鄧中亮：您好。導(dǎo)航愛好者都知道，美國的GPS、中國的北斗、歐洲的伽利略、俄羅斯的格洛納斯，四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實際上都通過通信手段來做高精度測量和定位。盡管衛(wèi)星在36000公里的軌道上，但它測量衛(wèi)星到手機端的距離，精度可以達到厘米級，甚至毫米級。衛(wèi)星系統(tǒng)最大的特點是全覆蓋，而且不需要花太多的錢，一套系統(tǒng)成本600-700億人民幣。

 

　　但是如果信號被遮擋就不行，特別是在地下或建筑空間內(nèi)的時候，容易收不到衛(wèi)星信號，很顯然，衛(wèi)星定位導(dǎo)航在室內(nèi)很難滿足需求。

 

　　日常生活中，我們經(jīng)常用手機打電話，手機信號是無線信號，在室內(nèi)基本上都有信號能打通電話。那么，這種信號能不能反過來滿足我們的定位導(dǎo)航的需求呢？

 

　　2020年6月23日，我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)完成全面部署

 

　　記者：手機信號如何用于定位導(dǎo)航呢？

 

　　鄧中亮：定位導(dǎo)航的基本原理，是測量信號源到接收端的距離，信號傳播的時間乘以光速，等于距離，一般4顆衛(wèi)星就能定位了。那么我們是否可以通過測4個基站到手機之間的距離來定位呢？假設(shè)能測的很準，實際上也可以算出位置。

 

　　從1996年開始，大家就在研究這個問題，2G時代、3G時代、4G時代到現(xiàn)在的5G時代，都希望把這個資源用好，在通信的同時，能夠解決遮蔽空間的定位導(dǎo)航難題，定位精度希望達到米級，跟衛(wèi)星定位精度一樣。但大家研究發(fā)現(xiàn)，2G、3G、4G的定位精度達不到米級或者亞米級，所以之前定位應(yīng)用不太普及。

 

　　通過什么辦法來解決呢？大家經(jīng)常想到WiFi、藍牙和UWB，WiFi的覆蓋范圍也就十來米，所以它可以把樓層、房間區(qū)分開，至少可以解決人在室內(nèi)基本活動所需要的定位服務(wù)能力。UWB的精度可能還可以更高一點，到分米級，甚至厘米級。這些網(wǎng)是大家在日常生產(chǎn)生活當中可以用到的。

 

　　但有一個問題值得大家思考，在中國建設(shè)一張4G網(wǎng)，投入的成本是6000億元，5G網(wǎng)絡(luò)的計劃投資是1.2萬億元。在2000年的萬國郵聯(lián)，中國的通信發(fā)展路線選擇了LTE，沒有選擇WiFi，LTE發(fā)展方向就是目前國家已經(jīng)投入巨資建設(shè)的4G和5G網(wǎng)，很顯然，我們會繼續(xù)沿著LTE的路線圖發(fā)展到未來的6G，不會重復(fù)投資WiF路線，它可以作為補充，但我們不會再花上萬億元來建設(shè)WiFi或者UWB網(wǎng)絡(luò)，來滿足我們室內(nèi)普適的位置服務(wù)需求。

 

　　那么假設(shè)能夠把5G網(wǎng)絡(luò)反過來應(yīng)用，為我們的高精度定位導(dǎo)航提供支撐的話，在通信的同時就解決了定位服務(wù)的問題，成本就可以達到最優(yōu)了。

 

　　從全球來看，天上的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是張大網(wǎng)，地面的移動通信網(wǎng)是一張大網(wǎng)，這兩個大網(wǎng)能夠融合，就可以解決信號的服務(wù)覆蓋，包括高精度定位服務(wù)的能力。我們實驗室在“國家重大專項”、“國家863重點研發(fā)計劃”等項目支持下，20多年來一直在研究通信網(wǎng)的高精度定位服務(wù)能力問題。研究發(fā)現(xiàn)，通信網(wǎng)絡(luò)具有達到米級、分米級和厘米級服務(wù)的潛力，這意味著我們在建設(shè)通信網(wǎng)的同時，可以賦能這張通信網(wǎng)具有跟衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)一樣的高精度定位服務(wù)能力，這兩張網(wǎng)對接，可以滿足我們的定位導(dǎo)航需求，特別是位置服務(wù)的商業(yè)化應(yīng)用難題。

 

　　室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用場景

 

　　記者：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，解決的是暴露空間的導(dǎo)航問題，手機通信網(wǎng)絡(luò)要解決的是室內(nèi)導(dǎo)航的問題。室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)不依托衛(wèi)星，同樣也能夠進行服務(wù)，那么我們?yōu)槭裁匆堰@兩張網(wǎng)聯(lián)合在一起呢？

 

　　鄧中亮：這涉及幾個方面，第一，原理的一致性。無論衛(wèi)星定位導(dǎo)航還是地面通信網(wǎng)的定位導(dǎo)航，都是用通信手段，通過測距和定位計算來來滿足我們米級、亞米級、分米級的定位導(dǎo)航。室內(nèi)一般一個家居房間面積9平米，層高3米，要求米級定位精度；自動駕駛需要分米級甚至更高的精度。

 

　　第二，信號覆蓋的互補性。在室外，我們通過衛(wèi)星信號覆蓋做導(dǎo)航。但是人們80%以上的時間都在室內(nèi)空間，越密集的區(qū)域，建筑空間越多、遮蔽空間越多，在一個城市區(qū)域往往40%-50%的地方都收不到衛(wèi)星信號，這就意味著在這些空間用衛(wèi)星是很難滿足位置服務(wù)的需求，地面網(wǎng)建設(shè)恰恰在這些空間做重點布局。5G在人口越密集區(qū)域覆蓋越好，在這個網(wǎng)絡(luò)中，定位導(dǎo)航信號已經(jīng)變得很強了。毫無疑問，衛(wèi)星與地面網(wǎng)在覆蓋能力方面是互補的。

 

　　第三，室內(nèi)室外定位有空間連續(xù)性需求。導(dǎo)航位置服務(wù)跟通信是分不開的，不管是未來的無人機、無人車還是自動駕駛，這一系列需要位置服務(wù)的應(yīng)用，都需要打通空間的連續(xù)性，室內(nèi)到室外的位置服務(wù)要做到“無縫化”，如果不做到全覆蓋，很難滿足這種連續(xù)性的位置服務(wù)需求。5G和衛(wèi)星組合起來就能夠解決信號連續(xù)覆蓋問題。

 

　　第四，基準統(tǒng)一的要求。從位置服務(wù)體系上來講，我們要強調(diào)基準的統(tǒng)一，衛(wèi)星有衛(wèi)星的時間空間基準，地面網(wǎng)有地面網(wǎng)的時間空間基準。如果兩者不統(tǒng)一，會給我們的服務(wù)帶來很大的挑戰(zhàn)，所以我們必須要堅持5G跟衛(wèi)星之間有統(tǒng)一時空基準和統(tǒng)一的位置服務(wù)能力，包括解決互操作問題。

 

　　一般來說，通過3顆衛(wèi)星要做定位很難，4顆衛(wèi)星才能滿足定位的基本條件，中國的北斗系統(tǒng)一共30多顆衛(wèi)星，四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)加起來才100多顆衛(wèi)星，但地面通信基站資源很豐富，我國擁有好幾百萬個基站，基站和衛(wèi)星能不能協(xié)同做精準定位導(dǎo)航？1顆衛(wèi)星加3個基站行不行？我們可以進行組合計算，最大的好處是提高衛(wèi)星定位的精度，基站的高度信息比較精確，兩者組合，精度就可以提高一個數(shù)量級。

 

　　記者：目前室內(nèi)定位有沒有真實應(yīng)用場景？

 

　　鄧中亮：真實場景有很多，比如現(xiàn)在疫情管控中要做密接分析、動態(tài)流調(diào)監(jiān)測等等，室內(nèi)定位都發(fā)揮了很重要的作用。再比如現(xiàn)在的打車服務(wù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，車在哪，人在哪，一清二楚，在幾年前，即使GPS定位已經(jīng)相當普及，這也是無法實現(xiàn)的。這并不是衛(wèi)星定位精度改變了，而是地面網(wǎng)的接入與衛(wèi)星融合，提升了服務(wù)能力。

 

　　中國4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)“領(lǐng)跑世界”，北斗導(dǎo)航“領(lǐng)航世界”，到了5G時代，比4G多了10倍的帶寬傳輸能力，這張網(wǎng)到底能做什么？有兩句話可以概括：信息隨心而至，萬物觸手可及。

 

　　從我們國家發(fā)展戰(zhàn)略上來講，總書記在“十九大”報告提出了建設(shè)智慧社會的目標。什么樣的社會是智慧社會？這值得思考。

 

　　第一，我們認為前提條件是必須要透明化，知彼知己才能百戰(zhàn)不殆，社會治理必須要全域的透明感知；第二，有了透明感知以后，我們強調(diào)安全。只有這兩個前提條件成立，我們才能討論如何建設(shè)智慧社會。

 

　　時空基準、超寬帶通信、時空大數(shù)據(jù)、實時計算、人工智能控制等等，都是支撐我們智慧社會的重要基礎(chǔ)。5G的業(yè)務(wù)重點是將來要滿足萬物互聯(lián)的需求，時空基準需要放在首位，這又反過來涉及定位問題。

 

　　全球現(xiàn)在有四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)48年了，它走過了定位導(dǎo)航的產(chǎn)業(yè)化過程，它現(xiàn)在可以賣產(chǎn)品，但是很少賣服務(wù)，原因是什么呢？原因在于它在這個地方能定位，可能在那個地方不能定位了，恰恰用戶的服務(wù)需求在它不能提供能力的地方，所以它只能賣產(chǎn)品，不能賣服務(wù)。

 

　　比我們早了20年，我曾經(jīng)到泰國去，對方說“我GPS用的好好的，為什么非要換你的北斗？”

 

　　如何回答這個問題？從技術(shù)路線圖來看，GPS和北斗都是通過通信手段來定位導(dǎo)航的，GPS比我們早20年，它已經(jīng)占據(jù)了90%以上的市場份額。我們做的跟它一樣好，就已經(jīng)很了不起了，怎么去超越呢？作為四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，如何去占領(lǐng)四分之一以上的全球消費市場？必須要有新的抓手。

 

　　北斗的定位導(dǎo)航服務(wù)化如果可行，就可以提供位置服務(wù)的商業(yè)模式，自然而然能吸引很多企業(yè)和用戶。

 

　　記者：室外定位可以用GPS，但是我們可以說，用我們的北斗還能做室內(nèi)的定位。

 

　　鄧中亮：對，把衛(wèi)星定位導(dǎo)航的服務(wù)能力從室外延伸到室內(nèi)，跟5G網(wǎng)服務(wù)對接。

 

　　第一，北斗可以提供時間基準，對所有的基站都要授時，我們現(xiàn)在5G的同步能力要求達到微秒級以下，200納秒左右，將來6G時代可能縮短到幾十納秒，北斗衛(wèi)星可以解決這個問題。

 

　　第二，所有的基站通信服務(wù)時，都需要知道用戶在哪，這個時候它可以用最小的能量消耗來滿足最大的服務(wù)群體，降低成本，這就叫智能基站、智能5G服務(wù)?；拘枰倪@種能力，恰好北斗衛(wèi)星也可以提供。

 

　　反過來講，第一，目前衛(wèi)星定位導(dǎo)航首次定位時間需要30多秒，如果跟5G地面網(wǎng)對接起來，可以將首次定位時間壓縮到一至兩秒，大幅度減少定位導(dǎo)航的啟動時間。第二，衛(wèi)星覆蓋不好的地方，基站先可以覆蓋，特別對于城市區(qū)域來講，5G覆蓋可能是最好的，同樣一筆錢投下去，既解決了通信問題，又解決了定位服務(wù)問題，兩者結(jié)合，就可以滿足位置服務(wù)的商業(yè)化需求。

 

　　領(lǐng)跑世界+領(lǐng)航世界：5G與北斗導(dǎo)航融合發(fā)展意味著什么？

 

　　記者：“5G+北斗”這樣的系統(tǒng)是不是可以用在城市的智慧交通呢？

 

　　鄧中亮：現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)界都非常熱衷于研究無人駕駛。無人駕駛?cè)绾螌崿F(xiàn)？一種做法是讓車變得更“聰明”，這樣會導(dǎo)致車的成本越來越高。也有人提出，可以把道路建更“智慧”，路的智慧程度可以通過公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來實現(xiàn)，這樣車的聰明度就可以降低一些，兩者合起來，是不是可能達到一個最佳的效益？

 

　　路要怎么智慧化？毫無疑問，感知放在首位。衛(wèi)星定位導(dǎo)航到了城市空間，在高樓之間、地下空間，定位都很難，北京的地鐵，一天1300萬人次，能不能隨時給他們導(dǎo)航信號？就要靠“5G+北斗”，把時空基準體系建完以后，它就可以支撐整個城市和社會的運行。假設(shè)整個社會都能基于萬物互聯(lián)實現(xiàn)透明化，我們可以實現(xiàn)預(yù)測、預(yù)警，管理就變得方便多了。

 

　　目前，我們已經(jīng)申請并通過了國際標準，可以實現(xiàn)分米級定位，理論上可以做到毫米級，而且中國對形成國際標準發(fā)揮了很重要的作用。

 

　　記者：5G之外，研發(fā)6G也已是進行時，有一個說法提出，6G未來的發(fā)展方向就是衛(wèi)星通信加地面通信，您覺得會朝這個方向發(fā)展嗎？

 

　　鄧中亮：是這樣，曾經(jīng)有人提出衛(wèi)星+地面網(wǎng)絡(luò)合起來等于6G，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)目前的演進速度很快，最早是高軌衛(wèi)星，后來變成中軌衛(wèi)星，現(xiàn)在談的更多是到低軌衛(wèi)星了。低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)目前的發(fā)展速度比預(yù)期要快的多，其中有很重要的幾個原因。

 

　　第一，中國地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進，迫使空間資源快速開發(fā)應(yīng)用，自從2000年召開的萬國郵聯(lián)大會確定中國的TD-SCDMA成為3G三個標準之一，4G、5G時代并沒有哪個標準是由某個國家主導(dǎo)的，邊界模糊了，美國作為通信大國、強國，它覺得有壓力；第二，在市場競爭方面，中國企業(yè)競爭力很強，對國外形成了壓力；第三，中國及“一帶一路”沿線國家共有30多億人口，幾乎相當于劃走了“半壁世界”的市場。

 

　　各種壓力之下，美國和許多國家都開始分析：全球有50%左右的用戶仍無法連結(jié)互聯(lián)網(wǎng)，地面網(wǎng)是有國界的，衛(wèi)星網(wǎng)是沒有國界的，而且不需要太多的資金就可以進行全球覆蓋。那么，能不能把衛(wèi)星通信這張網(wǎng)建起來，重新瓜分通信服務(wù)市場？高軌衛(wèi)星單顆功率很大，一顆衛(wèi)星成本很高，接近10億元，但是由于功率限制，它的用戶群體數(shù)量不會太龐大，又要高帶寬，又要用戶多，對通信容量能力的要求很高，那么能把這50%左右的互聯(lián)網(wǎng)潛在用戶吸納進來呢？

 

　　于是，美國啟動了低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)工作，這是一個國家戰(zhàn)略。我們突然發(fā)現(xiàn)空中的頻率軌位資源誰占了就是誰的，那么問題就來了，中國應(yīng)該怎么做？

 

　　記者：中國要趕緊啟動這方面的工作。

 

　　鄧中亮：是的，目前的規(guī)則是太空資源先占先得，作為一個通信強國，中國不能不占，所以我們必須努力突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展我們的空中通信網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)能力。地面的通信能力其實中國已經(jīng)走在世界前列，稱得上“領(lǐng)跑世界”，那么定位導(dǎo)航呢，也要“領(lǐng)航世界”，這兩個優(yōu)勢合在一起就能產(chǎn)生新的火花，我們就引領(lǐng)了整個通信和位置服務(wù)的發(fā)展，包括社會的智慧化發(fā)展進程。

 

　　剛才你提到6G，我們很多前輩和同行專家們都說，未來6G就是衛(wèi)星+地面的5G網(wǎng)絡(luò)。其實從核心內(nèi)容來講，6G標準尚未完全定義。6G的地面網(wǎng)到底是什么？空間資源、組網(wǎng)能力、服務(wù)內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)的體制體系怎么做？其實都在研究。作為通信網(wǎng)絡(luò)迭代來講，還得有相應(yīng)的國際標準，衛(wèi)星標準將來是國際化還是國家化？這都值得探討。

 

　　某國內(nèi)衛(wèi)星制造企業(yè)

 

　　記者：馬斯克提出星鏈計劃，要建設(shè)3萬多顆低軌衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)。

 

　　鄧中亮：低軌衛(wèi)星的軌道一般幾百公里到一千多公里，它的優(yōu)勢第一是對功率要求可以低一點，第二是數(shù)量可以更多，第三是通信距離更近，帶寬能力可以大幅提升。劣勢是低軌軌道運行很快，所以我們要組網(wǎng)需要100多顆衛(wèi)星才能全球覆蓋，3萬多顆星才能滿足運營能力的需求。還有幾個瓶頸問題，第一，它的信號體系到底是什么？地面的通信體系能不能搬上天？第二，怎么組網(wǎng)和管控？第三，安全怎么辦？這三大問題必須要考慮。

 

　　技術(shù)體系方面，低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)能不能直接對接5G網(wǎng)絡(luò)？通過大量研究工作，我們論證了5G網(wǎng)搬上衛(wèi)星是可行的，后來也搭載了實驗來驗證。這樣一來，衛(wèi)星全球覆蓋就有它的商業(yè)運營價值，而不只是一個國家戰(zhàn)略。

 

　　我們的最終目標就是實現(xiàn)商業(yè)航天，這又涉及到成本問題。美國人說一顆衛(wèi)星從制造到發(fā)射需要100萬美金，相當于600萬人民幣，能不能再降低？衛(wèi)星規(guī)?；a(chǎn)，火箭技術(shù)成本越來越低，這會催生出許多新的問題，一系列的產(chǎn)業(yè)支撐、能力建設(shè)都需要保障。所以這不單是一個衛(wèi)星通信問題，要解決一系列從科研、產(chǎn)業(yè)到服務(wù)能力的建設(shè)問題，也將帶動一批制造和服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

　　記者：不久之前，銀河航天發(fā)射了02批的批產(chǎn)衛(wèi)星，您怎么看這個前進的一小步？

 

　　鄧中亮：這是中國啟動低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)以來的一個重要進展。銀河航天第二代衛(wèi)星一箭7星上天，這個成果也是國內(nèi)相關(guān)單位一系列研究成果的重要驗證和體現(xiàn)。

 

　　在通信組網(wǎng)方面，其單星通信能力可以達到40Gbps以上，同時，星間組網(wǎng)是一個重要難題，需要做一系列驗證，這種驗證為我們后續(xù)的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)運營提供了很好的參考和支撐。

 

　　商業(yè)航天的發(fā)展，最重要的是提供更強的服務(wù)能力，中國航天事業(yè)經(jīng)過幾十年的建設(shè)、研究和應(yīng)用，最終要過渡到商業(yè)航天，這也標志了中國在核心關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重大突破，相信在不久的將來，這種實驗溢出的成果，能對我們未來的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供一個很好的參考。

 

　　記者：“5G+北斗”和低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，會在哪些方面有融合的地方？

 

　　鄧中亮：剛才談到，5G既可以通信，也可以用于定位，北斗的主要功能是定位，也有通信能力，短報文可以在海面、山區(qū)等環(huán)境發(fā)揮作用。

 

　　無線定位導(dǎo)航是用通信手段實現(xiàn)的，低軌衛(wèi)星本身就是一個通信系統(tǒng)，跟地面通信網(wǎng)絡(luò)一樣可以變成一個高精度的定位導(dǎo)航網(wǎng)，而且由于它的覆蓋廣泛，在某些方面的能力可以得到擴展。

 

　　第一，低軌通信衛(wèi)星可以雙向控制，這能解決大量應(yīng)用服務(wù)需求，比如將來的無人機、無人車可以大大增強服務(wù)能力。有通信網(wǎng)的地方，我們就可以做定位導(dǎo)航，當然核心還是以北斗或者GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為重要基準，圍繞它來拓展我們的定位導(dǎo)航服務(wù)體系，再形成更強的服務(wù)能力。

 

　　第二，我們前面追求的泛在高精度，這解決了一大難題。衛(wèi)星本身還有信號覆蓋的盲區(qū)，所以它的高可靠能力滿足不了，這對位置服務(wù)來講還有不足。而低軌衛(wèi)星、地面網(wǎng)與北斗的融合，將彌補定位信號存在的覆蓋盲區(qū)問題。