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?
2025-02-23
應(yīng)用不太普及。 通過(guò)什么辦法來(lái)解決呢?大家經(jīng)常想到WiFi、藍(lán)牙和UWB,WiFi的覆蓋范圍也就十來(lái)米,所以它可以把樓層、房間區(qū)分開(kāi),至少可以解決人在室內(nèi)基本活動(dòng)所需要的定位服務(wù)能力。UWB的精度可能還可以更高一點(diǎn),到分米級(jí),甚至厘米級(jí)。這些網(wǎng)是大家在日常生產(chǎn)生活當(dāng)中可以用到的。
但有一個(gè)問(wèn)題值得大家思考,在中國(guó)建設(shè)一張4G網(wǎng),投入的成本是6000億元,5G網(wǎng)絡(luò)的計(jì)劃投資是1.2萬(wàn)億元。在2000年的萬(wàn)國(guó)郵聯(lián),中國(guó)的通信發(fā)展路線選擇了LTE,沒(méi)有選擇WiFi,LTE發(fā)展方向就是目前國(guó)家已經(jīng)投入巨資建設(shè)的4G和5G網(wǎng),很顯然,我們會(huì)繼續(xù)沿著LTE的路線圖發(fā)展到未來(lái)的6G,不會(huì)重復(fù)投資WiF路線,它可以作為補(bǔ)充,但我們不會(huì)再花上萬(wàn)億元來(lái)建設(shè)WiFi或者UWB網(wǎng)絡(luò),來(lái)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(guò)來(lái)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(shí)就解決了定位服務(wù)的問(wèn)題,成本就可以達(dá)到最優(yōu)了。
從全球來(lái)看,天上的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是張大網(wǎng),地面的移動(dòng)通信網(wǎng)是一張大網(wǎng),這兩個(gè)大網(wǎng)能夠融合,就可以解決信號(hào)的服務(wù)覆蓋,包括高精度定位服務(wù)的能力。我們實(shí)驗(yàn)室在“國(guó)家重大專項(xiàng)”、“國(guó)家863重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”等項(xiàng)目支持下,20多年來(lái)一直在研究通信網(wǎng)的高精度定位服務(wù)能力問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn),通信網(wǎng)絡(luò)具有達(dá)到米級(jí)、分米級(jí)和厘米級(jí)服務(wù)的潛力,這意味著我們?cè)诮ㄔO(shè)通信網(wǎng)的同時(shí),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(duì)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(chǎng)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(wèn)題,手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)要解決的是室內(nèi)導(dǎo)航的問(wèn)題。室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)不依托衛(wèi)星,同樣也能夠進(jìn)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(gè)方面,第一,原理的一致性。無(wú)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(guò)測(cè)距和定位計(jì)算來(lái)來(lái)滿足我們米級(jí)、亞米級(jí)、分米級(jí)的定位導(dǎo)航。室內(nèi)一般一個(gè)家居房間面積9平米,層高3米,要求米級(jí)定位精度;自動(dòng)駕駛需要分米級(jí)甚至更高的精度。
第二,信號(hào)覆蓋的互補(bǔ)性。在室外,我們通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋做導(dǎo)航。但是人們80%以上的時(shí)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(gè)城市區(qū)域往往40%-50%的地方都收不到衛(wèi)星信號(hào),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(diǎn)布局。5G在人口越密集區(qū)域覆蓋越好,在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,定位導(dǎo)航信號(hào)已經(jīng)變得很強(qiáng)了。毫無(wú)疑問(wèn),衛(wèi)星與地面網(wǎng)在覆蓋能力方面是互補(bǔ)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(kāi)的,不管是未來(lái)的無(wú)人機(jī)、無(wú)人車還是自動(dòng)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(wú)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(lái)就能夠解決信號(hào)連續(xù)覆蓋問(wèn)題。
第四,基準(zhǔn)統(tǒng)一的要求。從位置服務(wù)體系上來(lái)講,我們要強(qiáng)調(diào)基準(zhǔn)的統(tǒng)一,衛(wèi)星有衛(wèi)星的時(shí)間空間基準(zhǔn),地面網(wǎng)有地面網(wǎng)的時(shí)間空間基準(zhǔn)。如果兩者不統(tǒng)一,會(huì)給我們的服務(wù)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn),所以我們必須要堅(jiān)持5G跟衛(wèi)星之間有統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)和統(tǒng)一的位置服務(wù)能力,包括解決互操作問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō),通過(guò)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(guó)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(lái)才100多顆衛(wèi)星,但地面通信基站資源很豐富,我國(guó)擁有好幾百萬(wàn)個(gè)基站,基站和衛(wèi)星能不能協(xié)同做精準(zhǔn)定位導(dǎo)航?1顆衛(wèi)星加3個(gè)基站行不行?我們可以進(jìn)行組合計(jì)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(gè)數(shù)量級(jí)。
記者:目前室內(nèi)定位有沒(méi)有真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景?
鄧中亮:真實(shí)場(chǎng)景有很多,比如現(xiàn)在疫情管控中要做密接分析、動(dòng)態(tài)流調(diào)監(jiān)測(cè)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(dāng)普及,這也是無(wú)法實(shí)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(guó)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(shí)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(wàn)物觸手可及。
從我們國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略上來(lái)講,總書(shū)記在“十九大”報(bào)告提出了建設(shè)智慧社會(huì)的目標(biāo)。什么樣的社會(huì)是智慧社會(huì)?這值得思考。
第一,我們認(rèn)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(huì)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(qiáng)調(diào)安全。只有這兩個(gè)前提條件成立,我們才能討論如何建設(shè)智慧社會(huì)。
時(shí)空基準(zhǔn)、超寬帶通信、時(shí)空大數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)計(jì)算、人工智能控制等等,都是支撐我們智慧社會(huì)的重要基礎(chǔ)。5G的業(yè)務(wù)重點(diǎn)是將來(lái)要滿足萬(wàn)物互聯(lián)的需求,時(shí)空基準(zhǔn)需要放在首位,這又反過(guò)來(lái)涉及定位問(wèn)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(guò)了定位導(dǎo)航的產(chǎn)業(yè)化過(guò)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(gè)地方能定位,可能在那個(gè)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?cè)缌?0年,我曾經(jīng)到泰國(guó)去,對(duì)方說(shuō)“我GPS用的好好的,為什么非要換你的北斗?”
如何回答這個(gè)問(wèn)題?從技術(shù)路線圖來(lái)看,GPS和北斗都是通過(guò)通信手段來(lái)定位導(dǎo)航的,GPS比我們?cè)?0年,它已經(jīng)占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)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(fèi)市場(chǎng)?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(shuō),用我們的北斗還能做室內(nèi)的定位。
鄧中亮:對(duì),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(duì)接。
第一,北斗可以提供時(shí)間基準(zhǔn),對(duì)所有的基站都要授時(shí),我們現(xiàn)在5G的同步能力要求達(dá)到微秒級(jí)以下,200納秒左右,將來(lái)6G時(shí)代可能縮短到幾十納秒,北斗衛(wèi)星可以解決這個(gè)問(wèn)題。
第二,所有的基站通信服務(wù)時(shí),都需要知道用戶在哪,這個(gè)時(shí)候它可以用最小的能量消耗來(lái)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)。基站需要的這種能力,恰好北斗衛(wèi)星也可以提供。
反過(guò)來(lái)講,第一,目前衛(wèi)星定位導(dǎo)航首次定位時(shí)間需要30多秒,如果跟5G地面網(wǎng)對(duì)接起來(lái),可以將首次定位時(shí)間壓縮到一至兩秒,大幅度減少定位導(dǎo)航的啟動(dòng)時(shí)間。第二,衛(wèi)星覆蓋不好的地方,基站先可以覆蓋,特別對(duì)于城市區(qū)域來(lái)講,5G覆蓋可能是最好的,同樣一筆錢(qián)投下去,既解決了通信問(wèn)題,又解決了定位服務(wù)問(wèn)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(wú)人駕駛。無(wú)人駕駛?cè)绾螌?shí)現(xiàn)?一種做法是讓車變得更“聰明”,這樣會(huì)導(dǎo)致車的成本越來(lái)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(guò)公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣車的聰明度就可以降低一些,兩者合起來(lái),是不是可能達(dá)到一個(gè)最佳的效益?
路要怎么智慧化?毫無(wú)疑問(wèn),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(wàn)人次,能不能隨時(shí)給他們導(dǎo)航信號(hào)?就要靠“5G+北斗”,把時(shí)空基準(zhǔn)體系建完以后,它就可以支撐整個(gè)城市和社會(huì)的運(yùn)行。假設(shè)整個(gè)社會(huì)都能基于萬(wàn)物互聯(lián)實(shí)現(xiàn)透明化,我們可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、預(yù)警,管理就變得方便多了。
目前,我們已經(jīng)申請(qǐng)并通過(guò)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可以實(shí)現(xiàn)分米級(jí)定位,理論上可以做到毫米級(jí),而且中國(guó)對(duì)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮了很重要的作用。
記者:5G之外,研發(fā)6G也已是進(jìn)行時(shí),有一個(gè)說(shuō)法提出,6G未來(lái)的發(fā)展方向就是衛(wèi)星通信加地面通信,您覺(jué)得會(huì)朝這個(gè)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(lái)等于6G,衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)目前的演進(jìn)速度很快,最早是高軌衛(wèi)星,后來(lái)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(gè)原因。
第一,中國(guó)地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進(jìn),迫使空間資源快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用,自從2000年召開(kāi)的萬(wàn)國(guó)郵聯(lián)大會(huì)確定中國(guó)的TD-SCDMA成為3G三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一,4G、5G時(shí)代并沒(méi)有哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由某個(gè)國(guó)家主導(dǎo)的,邊界模糊了,美國(guó)作為通信大國(guó)、強(qiáng)國(guó),它覺(jué)得有壓力;第二,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面,中國(guó)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng),對(duì)國(guó)外形成了壓力;第三,中國(guó)及“一帶一路”沿線國(guó)家共有30多億人口,幾乎相當(dāng)于劃走了“半壁世界”的市場(chǎng)。
各種壓力之下,美國(guó)和許多國(guó)家都開(kāi)始分析:全球有50%左右的用戶仍無(wú)法連結(jié)互聯(lián)網(wǎng),地面網(wǎng)是有國(guó)界的,衛(wèi)星網(wǎng)是沒(méi)有國(guó)界的,而且不需要太多的資金就可以進(jìn)行全球覆蓋。那么,能不能把衛(wèi)星通信這張網(wǎng)建起來(lái),重新瓜分通信服務(wù)市場(chǎng)?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(huì)太龐大,又要高帶寬,又要用戶多,對(duì)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(jìn)來(lái)呢?
于是,美國(guó)啟動(dòng)了低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)工作,這是一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略。我們突然發(fā)現(xiàn)空中的頻率軌位資源誰(shuí)占了就是誰(shuí)的,那么問(wèn)題就來(lái)了,中國(guó)應(yīng)該怎么做?
記者:中國(guó)要趕緊啟動(dòng)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(gè)通信強(qiáng)國(guó),中國(guó)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(shí)中國(guó)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(gè)優(yōu)勢(shì)合在一起就能產(chǎn)生新的火花,我們就引領(lǐng)了整個(gè)通信和位置服務(wù)的發(fā)展,包括社會(huì)的智慧化發(fā)展進(jìn)程。
剛才你提到6G,我們很多前輩和同行專家們都說(shuō),未來(lái)6G就是衛(wèi)星+地面的5G網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)從核心內(nèi)容來(lái)講,6G標(biāo)準(zhǔn)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(shí)都在研究。作為通信網(wǎng)絡(luò)迭代來(lái)講,還得有相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)將來(lái)是國(guó)際化還是國(guó)家化?這都值得探討。
某國(guó)內(nèi)衛(wèi)星制造企業(yè)
記者:馬斯克提出星鏈計(jì)劃,要建設(shè)3萬(wàn)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(shì)第一是對(duì)功率要求可以低一點(diǎn),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(shì)是低軌軌道運(yùn)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(wàn)多顆星才能滿足運(yùn)營(yíng)能力的需求。還有幾個(gè)瓶頸問(wèn)題,第一,它的信號(hào)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(wèn)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(duì)接5G網(wǎng)絡(luò)?通過(guò)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(lái)也搭載了實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。這樣一來(lái),衛(wèi)星全球覆蓋就有它的商業(yè)運(yùn)營(yíng)價(jià)值,而不只是一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略。
我們的最終目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)商業(yè)航天,這又涉及到成本問(wèn)題。美國(guó)人說(shuō)一顆衛(wèi)星從制造到發(fā)射需要100萬(wàn)美金,相當(dāng)于600萬(wàn)人民幣,能不能再降低?衛(wèi)星規(guī)模化生產(chǎn),火箭技術(shù)成本越來(lái)越低,這會(huì)催生出許多新的問(wèn)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(gè)衛(wèi)星通信問(wèn)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(wèn)題,也將帶動(dòng)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(gè)前進(jìn)的一小步?
鄧中亮:這是中國(guó)啟動(dòng)低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)以來(lái)的一個(gè)重要進(jìn)展。銀河航天第二代衛(wèi)星一箭7星上天,這個(gè)成果也是國(guó)內(nèi)相關(guān)單位一系列研究成果的重要驗(yàn)證和體現(xiàn)。
在通信組網(wǎng)方面,其單星通信能力可以達(dá)到40Gbps以上,同時(shí),星間組網(wǎng)是一個(gè)重要難題,需要做一系列驗(yàn)證,這種驗(yàn)證為我們后續(xù)的低軌衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)營(yíng)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(qiáng)的服務(wù)能力,中國(guó)航天事業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)、研究和應(yīng)用,最終要過(guò)渡到商業(yè)航天,這也標(biāo)志了中國(guó)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(lái),這種實(shí)驗(yàn)溢出的成果,能對(duì)我們未來(lái)的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供一個(gè)很好的參考。
記者:“5G+北斗”和低軌寬帶衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng),會(huì)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(bào)文可以在海面、山區(qū)等環(huán)境發(fā)揮作用。
無(wú)線定位導(dǎo)航是用通信手段實(shí)現(xiàn)的,低軌衛(wèi)星本身就是一個(gè)通信系統(tǒng),跟地面通信網(wǎng)絡(luò)一樣可以變成一個(gè)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(kuò)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(lái)的無(wú)人機(jī)、無(wú)人車可以大大增強(qiáng)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(dāng)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(zhǔn),圍繞它來(lái)拓展我們的定位導(dǎo)航服務(wù)體系,再形成更強(qiáng)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(hào)覆蓋的盲區(qū),所以它的高可靠能力滿足不了,這對(duì)位置服務(wù)來(lái)講還有不足。而低軌衛(wèi)星、地面網(wǎng)與北斗的融合,將彌補(bǔ)定位信號(hào)存在的覆蓋盲區(qū)問(wèn)題。



