領跑世界+領航世界：5G與北斗導航融合發展意味着什麼？-鄧中亮

中國4G網絡建設“領跑世界”，到了5G時代，比4G多了10倍的帶寬傳輸能力，這張網到底能做什麼？

北斗導航“領航世界”，但面對GPS已佔領全球90%以上市場的先發優勢，它將如何破局？能夠在“一帶一路”上帶來怎樣的新商業模式？

特別是，5G與北斗導航的融合發展，將如何為十九大報告中提出的建設智慧社會的目標服務？

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，觀察者網整理訪談實錄如下（限於篇幅，有刪節和儘量保留願意的調整，完整視頻附後）：

記者：鄧老師您好，您是研究通信和導航如何結合的專家，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，四大衞星導航系統，實際上都通過通信手段來做高精度測量和定位。儘管衞星在36000公里的軌道上，但它測量衞星到手機端的距離，精度可以達到釐米級，甚至毫米級。衞星系統最大的特點是全覆蓋，而且不需要花太多的錢，一套系統成本600-700億人民幣。

但是如果信號被遮擋就不行，特別是在地下或建築空間內的時候，容易收不到衞星信號，很顯然，衞星定位導航在室內很難滿足需求。

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

2020年6月23日，我國北斗導航系統完成全面部署

記者：手機信號如何用於定位導航呢？

**鄧中亮：**定位導航的基本原理，是測量信號源到接收端的距離，信號傳播的時間乘以光速，等於距離，一般4顆衞星就能定位了。那麼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航難題，定位精度希望達到米級，跟衞星定位精度一樣。但大家研究發現，2G、3G、4G的定位精度達不到米級或者亞米級，所以之前定位應用不太普及。

通過什麼辦法來解決呢？大家經常想到WiFi、藍牙和UWB，WiFi的覆蓋範圍也就十來米，所以它可以把樓層、房間區分開，至少可以解決人在室內基本活動所需要的定位服務能力。UWB的精度可能還可以更高一點，到分米級，甚至釐米級。這些網是大家在日常生產生活當中可以用到的。

但有一個問題值得大家思考，在中國建設一張4G網，投入的成本是6000億元，5G網絡的計劃投資是1.2萬億元。在2000年的萬國郵聯，中國的通信發展路線選擇了LTE，沒有選擇WiFi，LTE發展方向就是目前國家已經投入巨資建設的4G和5G網，很顯然，我們會繼續沿着LTE的路線圖發展到未來的6G，不會重複投資WiF路線，它可以作為補充，但我們不會再花上萬億元來建設WiFi或者UWB網絡，來滿足我們室內普適的位置服務需求。

那麼假設能夠把5G網絡反過來應用，為我們的高精度定位導航提供支撐的話，在通信的同時就解決了定位服務的問題，成本就可以達到最優了。

從全球來看，天上的衞星網絡是張大網，地面的移動通信網是一張大網，這兩個大網能夠融合，就可以解決信號的服務覆蓋，包括高精度定位服務的能力。我們實驗室在“國家重大專項”、“國家863重點研發計劃”等項目支持下，20多年來一直在研究通信網的高精度定位服務能力問題。研究發現，通信網絡具有達到米級、分米級和釐米級服務的潛力，這意味着我們在建設通信網的同時，可以賦能這張通信網具有跟衞星網絡一樣的高精度定位服務能力，這兩張網對接，可以滿足我們的定位導航需求，特別是位置服務的商業化應用難題。

室內導航應用場景

記者：衞星導航系統，解決的是暴露空間的導航問題，手機通信網絡要解決的是室內導航的問題。室內導航系統不依託衞星，同樣也能夠進行服務，那麼我們為什麼要把這兩張網聯合在一起呢？

**鄧中亮：**這涉及幾個方面，第一，原理的一致性。無論衞星定位導航還是地面通信網的定位導航，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、分米級的定位導航。室內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，我們通過衞星信號覆蓋做導航。但是人們80%以上的時間都在室內空間，越密集的區域，建築空間越多、遮蔽空間越多，在一個城市區域往往40%-50%的地方都收不到衞星信號，這就意味着在這些空間用衞星是很難滿足位置服務的需求，地面網建設恰恰在這些空間做重點佈局。5G在人口越密集區域覆蓋越好，在這個網絡中，定位導航信號已經變得很強了。毫無疑問，衞星與地面網在覆蓋能力方面是互補的。

第三，室內室外定位有空間連續性需求。導航位置服務跟通信是分不開的，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的應用，都需要打通空間的連續性，室內到室外的位置服務要做到“無縫化”，如果不做到全覆蓋，很難滿足這種連續性的位置服務需求。5G和衞星組合起來就能夠解決信號連續覆蓋問題。

第四，基準統一的要求。從位置服務體系上來講，我們要強調基準的統一，衞星有衞星的時間空間基準，地面網有地面網的時間空間基準。如果兩者不統一，會給我們的服務帶來很大的挑戰，所以我們必須要堅持5G跟衞星之間有統一時空基準和統一的位置服務能力，包括解決互操作問題。

一般來説，通過3顆衞星要做定位很難，4顆衞星才能滿足定位的基本條件，中國的北斗系統一共30多顆衞星，四大衞星導航系統加起來才100多顆衞星，但地面通信基站資源很豐富，我國擁有好幾百萬個基站，基站和衞星能不能協同做精準定位導航？1顆衞星加3個基站行不行？我們可以進行組合計算，最大的好處是提高衞星定位的精度，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量級。

記者：目前室內定位有沒有真實應用場景？

**鄧中亮：**真實場景有很多，比如現在疫情管控中要做密接分析、動態流調監測等等，室內定位都發揮了很重要的作用。再比如現在的打車服務，我們可以發現，車在哪，人在哪，一清二楚，在幾年前，即使GPS定位已經相當普及，這也是無法實現的。這並不是衞星定位精度改變了，而是地面網的接入與衞星融合，提升了服務能力。

中國4G網絡建設“領跑世界”，北斗導航“領航世界”，到了5G時代，比4G多了10倍的帶寬傳輸能力，這張網到底能做什麼？有兩句話可以概括：信息隨心而至，萬物觸手可及。

從我們國家發展戰略上來講，總書記在“十九大”報告提出了建設智慧社會的目標。什麼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，有了透明感知以後，我們強調安全。只有這兩個前提條件成立，我們才能討論如何建設智慧社會。

時空基準、超寬帶通信、時空大數據、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。5G的業務重點是將來要滿足萬物互聯的需求，時空基準需要放在首位，這又反過來涉及定位問題。

全球現在有四大衞星導航系統，GPS發展到現在已經48年了，它走過了定位導航的產業化過程，它現在可以賣產品，但是很少賣服務，原因是什麼呢？原因在於它在這個地方能定位，可能在那個地方不能定位了，恰恰用户的服務需求在它不能提供能力的地方，所以它只能賣產品，不能賣服務。

GPS比我們早了20年，我曾經到泰國去，對方説“我GPS用的好好的，為什麼非要換你的北斗？”

如何回答這個問題？從技術路線圖來看，GPS和北斗都是通過通信手段來定位導航的，GPS比我們早20年，它已經佔據了90%以上的市場份額。我們做的跟它一樣好，就已經很了不起了，怎麼去超越呢？作為四大衞星導航系統之一的北斗導航系統，如何去佔領四分之一以上的全球消費市場？必須要有新的抓手。

北斗的定位導航服務化如果可行，就可以提供位置服務的商業模式，自然而然能吸引很多企業和用户。

記者：室外定位可以用GPS，但是我們可以説，用我們的北斗還能做室內的定位。

**鄧中亮：**對，把衞星定位導航的服務能力從室外延伸到室內，跟5G網服務對接。

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，北斗衞星可以解決這個問題。

第二，所有的基站通信服務時，都需要知道用户在哪，這個時候它可以用最小的能量消耗來滿足最大的服務羣體，降低成本，這就叫智能基站、智能5G服務。基站需要的這種能力，恰好北斗衞星也可以提供。

反過來講，第一，目前衞星定位導航首次定位時間需要30多秒，如果跟5G地面網對接起來，可以將首次定位時間壓縮到一至兩秒，大幅度減少定位導航的啓動時間。第二，衞星覆蓋不好的地方，基站先可以覆蓋，特別對於城市區域來講，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，又解決了定位服務問題，兩者結合，就可以滿足位置服務的商業化需求。

記者：“5G+北斗”這樣的系統是不是可以用在城市的智慧交通呢？

**鄧中亮：**現在產業界都非常熱衷於研究無人駕駛。無人駕駛如何實現？一種做法是讓車變得更“聰明”，這樣會導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設施建設來實現，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？

路要怎麼智慧化？毫無疑問，感知放在首位。衞星定位導航到了城市空間，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航信號？就要靠“5G+北斗”，把時空基準體系建完以後，它就可以支撐整個城市和社會的運行。假設整個社會都能基於萬物互聯實現透明化，我們可以實現預測、預警，管理就變得方便多了。

目前，我們已經申請並通過了國際標準，可以實現分米級定位，理論上可以做到毫米級，而且中國對形成國際標準發揮了很重要的作用。

記者：5G之外，研發6G也已是進行時，有一個説法提出，6G未來的發展方向就是衞星通信加地面通信，您覺得會朝這個方向發展嗎？

**鄧中亮：**是這樣，曾經有人提出衞星+地面網絡合起來等於6G，衞星網絡目前的演進速度很快，最早是高軌衞星，後來變成中軌衞星，現在談的更多是到低軌衞星了。低軌衞星互聯網目前的發展速度比預期要快的多，其中有很重要的幾個原因。

第一，中國地面網絡技術的演進，迫使空間資源快速開發應用，自從2000年召開的萬國郵聯大會確定中國的TD-SCDMA成為3G三個標準之一，4G、5G時代並沒有哪個標準是由某個國家主導的，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，幾乎相當於划走了“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%左右的用户仍無法連結互聯網，地面網是有國界的，衞星網是沒有國界的，而且不需要太多的資金就可以進行全球覆蓋。那麼，能不能把衞星通信這張網建起來，重新瓜分通信服務市場？高軌衞星單顆功率很大，一顆衞星成本很高，接近10億元，但是由於功率限制，它的用户羣體數量不會太龐大，又要高帶寬，又要用户多，對通信容量能力的要求很高，那麼能把這50%左右的互聯網潛在用户吸納進來呢？

於是，美國啓動了低軌衞星互聯網的建設工作，這是一個國家戰略。我們突然發現空中的頻率軌位資源誰佔了就是誰的，那麼問題就來了，中國應該怎麼做？

記者：中國要趕緊啓動這方面的工作。

**鄧中亮：**是的，目前的規則是太空資源先佔先得，作為一個通信強國，中國不能不佔，所以我們必須努力突破一系列關鍵技術，發展我們的空中通信網絡和服務能力。地面的通信能力其實中國已經走在世界前列，稱得上“領跑世界”，那麼定位導航呢，也要“領航世界”，這兩個優勢合在一起就能產生新的火花，我們就引領了整個通信和位置服務的發展，包括社會的智慧化發展進程。

剛才你提到6G，我們很多前輩和同行專家們都説，未來6G就是衞星+地面的5G網絡。其實從核心內容來講，6G標準尚未完全定義。6G的地面網到底是什麼？空間資源、組網能力、服務內容、關鍵技術的體制體系怎麼做？其實都在研究。作為通信網絡迭代來講，還得有相應的國際標準，衞星標準將來是國際化還是國家化？這都值得探討。

某國內衞星製造企業

記者：馬斯克提出星鏈計劃，要建設3萬多顆低軌衞星的網絡。

**鄧中亮：**低軌衞星的軌道一般幾百公里到一千多公里，它的優勢第一是對功率要求可以低一點，第二是數量可以更多，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，所以我們要組網需要100多顆衞星才能全球覆蓋，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麼？地面的通信體系能不能搬上天？第二，怎麼組網和管控？第三，安全怎麼辦？這三大問題必須要考慮。

技術體系方面，低軌衞星網絡能不能直接對接5G網絡？通過大量研究工作，我們論證了5G網搬上衞星是可行的，後來也搭載了實驗來驗證。這樣一來，衞星全球覆蓋就有它的商業運營價值，而不只是一個國家戰略。

我們的最終目標就是實現商業航天，這又涉及到成本問題。美國人説一顆衞星從製造到發射需要100萬美金，相當於600萬人民幣，能不能再降低？衞星規模化生產，火箭技術成本越來越低，這會催生出許多新的問題，一系列的產業支撐、能力建設都需要保障。所以這不單是一個衞星通信問題，要解決一系列從科研、產業到服務能力的建設問題，也將帶動一批製造和服務產業的發展。

記者：不久之前，銀河航天發射了02批的批產衞星，您怎麼看這個前進的一小步？

**鄧中亮：**這是中國啓動低軌衞星互聯網建設以來的一個重要進展。銀河航天第二代衞星一箭7星上天，這個成果也是國內相關單位一系列研究成果的重要驗證和體現。

在通信組網方面，其單星通信能力可以達到40Gbps以上，同時，星間組網是一個重要難題，需要做一系列驗證，這種驗證為我們後續的低軌衞星組網運營提供了很好的參考和支撐。

商業航天的發展，最重要的是提供更強的服務能力，中國航天事業經過幾十年的建設、研究和應用，最終要過渡到商業航天，這也標誌了中國在核心關鍵技術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，能對我們未來的衞星互聯網發展提供一個很好的參考。

記者：“5G+北斗”和低軌寬帶衞星互聯網，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，也可以用於定位，北斗的主要功能是定位，也有通信能力，短報文可以在海面、山區等環境發揮作用。

無線定位導航是用通信手段實現的，低軌衞星本身就是一個通信系統，跟地面通信網絡一樣可以變成一個高精度的定位導航網，而且由於它的覆蓋廣泛，在某些方面的能力可以得到擴展。

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

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

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