文|李殿赟 北斗航天衛(wèi)星應用科技集團有限公司

一、引言

2020年注定是不平凡的一年，新年伊始，一場新冠病毒肺炎席卷全球，各國人民眾志成城，共克時艱，已經取得了抗擊肺炎的階段性勝利。根據2003年非典的經驗，疫情過后，經濟將會報復性增長，而我國的兩大“國之重器”，北斗和5G都將在今年隆重登場，必將成位經濟快速增長的“雙引擎”。

二、北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)建成

2020年6月，最后一顆北斗三號衛(wèi)星發(fā)射升空，北斗三號系統(tǒng)完成全球組網，提前半年完成北斗全球導航系統(tǒng)建設。

北斗系統(tǒng)是采用地球靜止軌道（GEO）、中地球軌道（MEO）、傾斜地球同步軌道（IGSO）三種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比，具有衛(wèi)星數量多、高軌衛(wèi)星更多的優(yōu)勢。因此抗遮擋能力強，特別是在低緯度地區(qū)優(yōu)勢會更加明顯。而且北斗系統(tǒng)特有“星間鏈路”的功能，不需要像GPS一樣全球建地面站，自身就可以使星座中的衛(wèi)星相連，并通過衛(wèi)星間的位置相互定位。同時，北斗系統(tǒng)還融合了導航與通信能力，能提供定位導航授時、全球短報文通信、國際搜救、星基增強、地基增強、精密單點定位和區(qū)域短報文通信七種服務。

三、5G建設提速

根據國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，5G的三大典型應用場景包括增強型移動互聯(lián)網業(yè)務（eMBB）、超高可靠性與超低時延業(yè)務（uRLLC）、海量連接的物聯(lián)網業(yè)務（mMTC）。5G與4G相比，具有“大帶寬、低延時、高可靠、低功耗、海連接”的特點。2019年6月6日，工信部向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放了4張5G商用牌照，5G建設全面鋪開。今年5G將迎來大規(guī)模建設，5G基站數量有望再創(chuàng)新高。四家運營商的5G基站建設規(guī)模將達到60萬個。

四、北斗與5G融合

北斗和5G，表面上天地一方，各自發(fā)展，實際上，它們具有天然的淵源（同為無線電技術應用），注定產生交集。兩者在深度融合的同時，也將相互賦能，彼此增強，可以產生感知、學習、認知、決策、調控五大能力，讓全球性分布的物理設備，能在智能感知的基礎上具有計算、通信、協(xié)同、控制和自治等功能，將給人們帶來更為廣闊的應用場景。北斗系統(tǒng)和5G結合，將充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)融網絡、融技術、融服務、融終端、融應用的天然特性，實現北斗系統(tǒng)在信息領域深度應用?！氨倍?5G”有機融合將成為高精度、高可靠、高安全的新一代信息時空體系，實現物聯(lián)網的可感知、可測量、可計算、可控制，支撐大數據、云計算、人工智能等互相融合，提供基于“高精度定位、高精準時間、高清晰圖像”的能力，為智慧城市、智慧制造、智慧農業(yè)、智慧氣象、智慧海洋、智慧國土和智慧家庭等領域提供全新的服務。

1．北斗是5G信息安全的基礎保障

目前，GPS在全球得到廣泛的應用，通過免費開放，在市場上取得絕對壟斷地位。不僅在民用領域的出行導航、網約車、購物、精準推送等方面需要GPS，即使在關系國計民生的通信、電力、金融等授時也依賴于GPS。但是，過于依靠GPS是非常危險的，因為GPS受控于美國，一旦GPS信號被人為地關閉、干擾或者發(fā)送錯誤的定位信號，不僅會帶來不能共享位置信息、不能正確導航等小小的不便，更可能會給國家安全造成致命的威脅。例如移動通信、電力調度、金融證券等涉及國計民生的行業(yè)將會遭受重創(chuàng)。

為保障移動通信正常工作，需要精準的授時和嚴格的時間同步。然而，我國的通信基站目前基本上是以GPS為時鐘源進行授時和同步。如果GPS信號被切斷或者干擾，信息安全將會遭受重大威脅，移動通信系統(tǒng)將無法工作。因此，我國的5G移動基站建設將全面使用北斗授時，而北斗的授時也是全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)中精度最高、方式最多的。

根據規(guī)劃，2020年將是北斗全球服務和5G大規(guī)模商用的元年，這并不是時間上的巧合，而是北斗和5G的彼此需要。北斗和5G的融合“勢在必行”，這是我國信息基礎設施安全可靠必備的基礎保障。

2．5G可解決北斗信號被遮擋的難題

5G移動通信業(yè)的安全發(fā)展，需要北斗衛(wèi)星系統(tǒng)來支撐和保障，反過來，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)也需要得到5G的支撐。所有衛(wèi)星導航系統(tǒng)，都存在一個共同難題，就是因為衛(wèi)星與地球的距離太遠，衛(wèi)星信號無法穿透屋頂、橋面等建筑物。也就是說，衛(wèi)星信號很容易被遮擋，而一旦信號被遮擋，那就無法提供服務了。

然而，人們80%的活動是在室內，也就是說位置服務最多的應用場景恰恰是來自于室內。雖然空中有衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但是在隧道、地下車庫、室內等“最后一公里”的應用中，衛(wèi)星定位系統(tǒng)就遇上了大麻煩。北斗和5G的融合，是業(yè)界公認解決這個問題的辦法，根據3GPP的規(guī)劃，Rel-17可以實現亞米級精度（比如0.3m以內的絕對精度要求），北斗與5G深度融合，形成“衛(wèi)星廣域、5G局域”的局面，從而實現從室內到室外、從城市到無人區(qū)無縫連接的精準時空信息服務。

3．北斗+5G，把時空數字化服務無縫連接

通過北斗的短報文通信功能，可以覆蓋5G信號到達不了的區(qū)域，比如山川、大漠、林海、海洋等。通過5G可以把北斗的加速定位和增強信息傳送給大家，這個時候大家可以在秒級就實現自己的高精度定位。把北斗和5G融合在一起，實現從天上到地下的一個信息服務體系，這個體系可以獲得更精準、更可靠、更可用以及更低廉的成本等。

把這兩個系統(tǒng)融合在一起，需要在網絡級進行融合，把北斗的地基增強網絡和5G網絡融合到一起，使信息融合，互相支持，以便提供更好的服務；把導航、定位、授時服務和5G的服務融合到一起，使所有的信息采集都在精準時空下進行，使所有的活動都和時空關聯(lián)起來，通過5G物聯(lián)網技術，形成真正的“數字孿生”。特別是把終端和應用融合起來，在一個智能設備上就可以實現高精度的定位和服務。這既是網絡級的融合，衛(wèi)星打天上，5G打地下，天上地下融為一體，用最小的成本覆蓋所有的廣域空間，也是信號的融合，在信號層面融合到一起，通過5G傳輸北斗的地基增強信號，甚至“偽衛(wèi)星”信號，解決衛(wèi)星信號的“室內場景”問題，使定位更準確、覆蓋無死角。

4．“通導一體”賦能更多行業(yè)快速發(fā)展

通信和導航是無線電技術應用的兩個分支，二者是密不可分的。從開始兩個應用的分離到現在的相互補充、相互促進、融合發(fā)展是一個必然的結果。北斗與5G的融合發(fā)展，回歸無線電技術的本質，既是行業(yè)發(fā)展的熱點、也是技術發(fā)展的必然趨勢。而許多行業(yè)應用場景的迫切需要，也是促進“北斗+5G”深度融合發(fā)展的直接動力，例如無人駕駛。無人駕駛需要移動狀態(tài)下的高精度定位支持，特別是在極端環(huán)境下的位置感知。例如，在冬天積雪覆蓋路面以及沒有車道的廣場、草原、沙漠等環(huán)境，沒有道路邊線，周圍又沒有供系統(tǒng)辨識的參照物，利用視覺傳感器和激光雷達無法做出相對定位，這時就需要衛(wèi)星定位來救場。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，不僅有北斗導航衛(wèi)星，還有天基增強和地基增強系統(tǒng)，其定位精度可以達到移動實時厘米級、靜止毫米級，可為無人駕駛車輛在急轉彎路段的安全和舒適駕駛、節(jié)省自動駕駛的運算量和V2X通信中車輛的精確定位提供堅實的保障。

無人駕駛汽車，不僅要實現單車智能，而且要實現人、車、路、環(huán)境等全要素的自主感知、自主決策和自動控制。特別是車輛在高速運動中的控制，需要瞬間把信息送到相應的車上并實時做出正確的反應。這不僅需要終端間精確的時間同步，而且需要低時延、高可靠地把信息送到車上，進行智能判斷和車控反應。5G標準恰恰包含對5G時間敏感網絡（TSN）的原生支持，可支持5G聯(lián)網終端之間的精確時間同步，并具備對專網和增強型超可靠低時延通信（eURLLC）的支持，可實現高達99.9999%的可靠性和低至1ms的確定性低時延。同時具有基于距離群組和傳感器共享的可靠多播通信帶來的諸多優(yōu)勢。所以，“北斗+5G”的搭配將為打造城市智能交通網絡和無人駕駛的發(fā)展插上騰飛的翅膀。

5．北斗+5G，生活更智能

隨著5G時代的到來，“北斗+5G”有望在機場調度、智能機器人、無人機、智慧建筑、智慧交通、車聯(lián)網和智慧物流等領域廣泛應用，將進一步促進北斗增值服務的應用普及和多樣化發(fā)展。北斗導航技術將會融入生活的方方面面，市民將來無論是在室外還是在室內都可以進行精準定位和導航。

根據3GPP的規(guī)劃，引入5G物聯(lián)網技術，更好地支持海量物聯(lián)網，從eMTC到FeMTC再到eFeMTC，還有窄帶物聯(lián)網（NB-IoT）都可以演進至5G。未來各種各樣的產品都將接入到網絡中形成智能生活的一部分。我們生活中的腕表、手環(huán)、手機、眼鏡、衣服、腰帶、鞋子、門鎖、窗簾、電視、空調、冰箱、洗衣機、空氣凈化器、加濕器、井蓋、垃圾桶、圍欄、站牌、廣告牌、路燈等都可以接入網絡，成為智能產品并進行智能控制和管理。可以說，我們生活中每一個產品都有可能通過5G接入網絡，通過5G+北斗可以讓這些設備都成為具有精準時空信息的智能設備，最終形成真正的數字孿生。

五、小結

北斗和5G的發(fā)展正在如火如荼地進行，它們是并行發(fā)展的，現在是把兩者融合在一起的最佳時機。要使兩個“國之重器”同時提供服務，需要從標準、信號和應用等幾個層面進行融合，最終形成空、天、地一體的智慧感知與傳輸，并通過云計算和大數據技術實現海量時空數據的分析、挖掘和智能化處理。5G帶來的移動物聯(lián)網革命，將推動北斗及時空信息應用的泛在化。北斗系統(tǒng)的廣泛應用，助力5G在提升我們國家安全的同時，也會打造出智能時代的時空基礎設施，賦能各行各業(yè)，推動數字化和智慧化的快速發(fā)展。