趙廣立

“千里之堤潰于蟻穴”，比喻小事不慎也可能釀出大禍，意在提醒要防微杜漸、防患于未然。不過(guò)有些科學(xué)家不這么看——“千里之堤潰于蟻穴”背后的科學(xué)問(wèn)題是什么？如果能與螞蟻溝通、定位蟻穴，豈不是可以挽救千里之堤于既倒？

類(lèi)似地，在“大雁一會(huì)兒在天上排成‘一’字、一會(huì)兒排成‘人’”這一自然現(xiàn)象面前，科學(xué)家想的是：那么多鳥(niǎo)在天上飛，它們?yōu)槭裁床弧白肺病保?/p>

北京郵電大學(xué)教授鄧中亮就是這樣的科學(xué)家。近日，他在接受媒體專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)拋出了這個(gè)命題：在萬(wàn)物互聯(lián)的智能時(shí)代，人類(lèi)能不能“開(kāi)天眼”，打開(kāi)“上帝視角”？

擁有“上帝視角”不是異想天開(kāi)

在鄧中亮看來(lái)，要擁有“上帝視角”，需要構(gòu)建一個(gè)感知和網(wǎng)絡(luò)無(wú)處不在、信息安全可充分保障、以高精度時(shí)空基準(zhǔn)為基礎(chǔ)的透明社會(huì)?！坝辛诉@個(gè)基礎(chǔ)，社會(huì)發(fā)展將被基于通信、計(jì)算、時(shí)空感知、智能控制的‘智慧’重新定義。”

這不是異想天開(kāi)——發(fā)現(xiàn)新冠肺炎患者，我們希望第一時(shí)間找到病患的密切接觸者；發(fā)生地震、火災(zāi)后，我們希望能第一時(shí)間精準(zhǔn)定位救援目標(biāo)；要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，要確保智能車(chē)的定位精度在亞米級(jí)且100%在線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)不高于200 毫秒的時(shí)延；未來(lái)無(wú)人機(jī)送貨上門(mén)，除了定位精度要求之外，還要能無(wú)縫感知，以實(shí)現(xiàn)在城市低空對(duì)無(wú)人飛行器的安全管控……凡此種種，鄧中亮認(rèn)為，高精度的時(shí)空基準(zhǔn)和萬(wàn)物互聯(lián)，是智慧社會(huì)建設(shè)的一個(gè)標(biāo)志。

“以高精度時(shí)空基準(zhǔn)為基礎(chǔ)，加上通信等物聯(lián)手段，將對(duì)智慧經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮重要作用?！编囍辛琳f(shuō)，目前許多國(guó)家已制定了相應(yīng)計(jì)劃，發(fā)展智慧產(chǎn)業(yè)、建設(shè)智慧社會(huì)。

可是，如何實(shí)現(xiàn)？

鄧中亮告訴記者，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和5G 通信網(wǎng)絡(luò)這兩大“新基建”的融合，或?qū)檫@一圖景的實(shí)現(xiàn)提供一條行之有效的路徑。

“導(dǎo)航衛(wèi)星很強(qiáng)大、終端也很‘聰明’，但二者合在一起也無(wú)法實(shí)現(xiàn)全空域全時(shí)域的定位導(dǎo)航服務(wù)、位置服務(wù)保障。”鄧中亮說(shuō)，這就需要把衛(wèi)星和地面網(wǎng)融合起來(lái)，構(gòu)成強(qiáng)大的天地一體化網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)定位導(dǎo)航從產(chǎn)業(yè)化走向位置服務(wù)的商業(yè)化。

北斗+5G融合發(fā)展“是時(shí)代必然”

2020 年7 月31 日，北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成開(kāi)通，標(biāo)志著中國(guó)自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)啟服務(wù)全球、造福人類(lèi)的新篇章。

但在中國(guó)北斗之前，世界上已經(jīng)有了美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。尤其GPS 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，已占據(jù)了近90%的市場(chǎng)。中國(guó)北斗要在全球“三分天下有其一”，未來(lái)道阻且長(zhǎng)。

不過(guò)，機(jī)遇仍然存在。由于導(dǎo)航衛(wèi)星距離地面太遠(yuǎn)，遇到遮擋后容易信號(hào)中斷，難以提供信號(hào)全覆蓋——這也是GPS 經(jīng)歷40 多年發(fā)展至今未能發(fā)展出有效商業(yè)模式的原因之一。鄧中亮說(shuō)，由于缺乏米級(jí)、亞米級(jí)位置服務(wù)保障能力，衛(wèi)星導(dǎo)航的商業(yè)化一直是個(gè)空白。

北斗能不能超越GPS，實(shí)現(xiàn)一種泛在的高精度、高可靠定位導(dǎo)航服務(wù)？鄧中亮的答案是“能”，那就是“北斗+5G”。

目前我國(guó)已建成全球最大5G網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用方面，自2019 年開(kāi)啟5G 商用元年至今，5G 應(yīng)用迎來(lái)導(dǎo)入期，迫切需要增強(qiáng)服務(wù)能力。

一邊，5G 商用即將迎來(lái)爆發(fā)，增強(qiáng)服務(wù)能力迫在眉睫；另一邊，北斗要靠自己“單打獨(dú)斗”發(fā)展獨(dú)立應(yīng)用也力不從心。這在鄧中亮看來(lái)，北斗+5G 的融合賦能智慧社會(huì)建設(shè)，“存在時(shí)代必然性”。

“北斗和5G 融合發(fā)展將給這兩大系統(tǒng)的應(yīng)用創(chuàng)新提供新思路，最顯著的就是‘北斗+5G’有望打造精準(zhǔn)位置服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)北斗在地上用好的目標(biāo)；同時(shí)，通導(dǎo)融合將為5G 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供支撐，進(jìn)而推動(dòng)智慧社會(huì)建設(shè)?！编囍辛琳f(shuō)。

難關(guān)重重，通導(dǎo)融合“沒(méi)那么簡(jiǎn)單”

通導(dǎo)融合的理論邏輯在于，衛(wèi)星系統(tǒng)可以為地面基站等提供授時(shí)、定位服務(wù)的時(shí)空基準(zhǔn)，但存在信號(hào)覆蓋不全的問(wèn)題；而如果原本只用于通信的地面基站也能提供定位功能，兩者的信號(hào)覆蓋互為補(bǔ)充，再設(shè)法提高位置精度，位置服務(wù)能力就能大大提高了。

事實(shí)上，早在1996 年美國(guó)就有《緊急呼叫法案》，立法約定“當(dāng)衛(wèi)星無(wú)法提供定位信號(hào)的時(shí)候，移動(dòng)通信網(wǎng)在緊急情況必須提供位置服務(wù)”。歐盟在2014 年也出臺(tái)過(guò)類(lèi)似法案。但為何“通導(dǎo)融合”至今沒(méi)有合體變強(qiáng)？

鄧中亮說(shuō)，通導(dǎo)融合沒(méi)那么簡(jiǎn)單，其中的關(guān)鍵在于，通信網(wǎng)用于精準(zhǔn)導(dǎo)航定位，還需要解決一系列技術(shù)難題。

首先，通信網(wǎng)絡(luò)目前還沒(méi)有精確測(cè)距能力，這是通信網(wǎng)提供位置服務(wù)的關(guān)鍵；其次是可靠性問(wèn)題，通信網(wǎng)絡(luò)雖說(shuō)覆蓋更廣，但還達(dá)不到100%，手機(jī)“信號(hào)弱”“無(wú)信號(hào)”的情況仍偶有發(fā)生；第三，在定位精度方面，通信網(wǎng)絡(luò)能否達(dá)到厘米級(jí)、毫米級(jí)以滿(mǎn)足特殊應(yīng)用還是一個(gè)問(wèn)號(hào)；第四，在復(fù)雜空間內(nèi)的定位導(dǎo)航，還要排除環(huán)境干擾問(wèn)題——這需要關(guān)聯(lián)環(huán)境大數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算加以智能控制。此外，還要通過(guò)端計(jì)算實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，以響應(yīng)數(shù)以千億計(jì)的位置服務(wù)請(qǐng)求。“用最小的代價(jià)、很高的性?xún)r(jià)比、最低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)這種能力，是全球性的新挑戰(zhàn)，我們的大量研究工作就圍繞這個(gè)開(kāi)展?！编囍辛两榻B道。

關(guān)鍵技術(shù)的突破

在這些問(wèn)題上，鄧中亮已經(jīng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)取得一些技術(shù)突破。比如為解決通信網(wǎng)高精度定位中的頻率復(fù)用、信號(hào)干擾、測(cè)距精度低等問(wèn)題，他們提出“定位—通信融合‘共頻帶’相位定位方法”，將基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基站的室內(nèi)外3D 定位精度提升至米級(jí)以下?；谠摷夹g(shù)的測(cè)距方案可將測(cè)距能力提高至厘米級(jí)以下。鄧中亮介紹，這一技術(shù)相比國(guó)際上已有方案將通信網(wǎng)定位導(dǎo)航能力提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，并已于2020年7 月獲得國(guó)際專(zhuān)利授權(quán)、成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還針對(duì)模糊環(huán)境定位導(dǎo)航普適性難題（單種信號(hào)易被遮擋的盲區(qū)定位問(wèn)題），創(chuàng)造性提出“圖像—無(wú)線(xiàn)融合快速定位關(guān)聯(lián)計(jì)算”方法，建立從信號(hào)測(cè)量、估計(jì)、預(yù)測(cè)到校正的多網(wǎng)融合定位方法與模型，實(shí)現(xiàn)了國(guó)際最優(yōu)的多邊界約束尋優(yōu)厘米級(jí)定位，使現(xiàn)有“無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)+實(shí)時(shí)圖像”定位精度小于2 厘米。

同時(shí)，將地面基站視作衛(wèi)星的“天地一體定位”，是構(gòu)建更大范圍高精度無(wú)縫定位的有效手段，但存在信號(hào)異構(gòu)的挑戰(zhàn)。鄧中亮團(tuán)隊(duì)提出了融合定位、可重構(gòu)、低功耗設(shè)計(jì)與全鏈路仿真測(cè)試等方法，實(shí)現(xiàn)跨物理層的信號(hào)融合，使天地一體定位精度進(jìn)一步提高。

回到“千里之堤潰于蟻穴”的問(wèn)題上，假設(shè)螞蟻是一個(gè)智能終端，只要它可通信、有信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星和通信基站就可以對(duì)它定位，且定位精度可達(dá)厘米級(jí)。

鄧中亮說(shuō)，相關(guān)解決方案已在一些工程實(shí)踐中得到應(yīng)用。比如在APEC 峰會(huì)、奧運(yùn)會(huì)等重大活動(dòng)以及相關(guān)重點(diǎn)工程建設(shè)中，解決了人員和貴重物資室內(nèi)外無(wú)縫精確定位的難題，為預(yù)警、透明化應(yīng)急指揮提供了重要保障。他也提出，這些成果的應(yīng)用場(chǎng)景可挖潛力還很大，希望社會(huì)各界能夠增進(jìn)對(duì)北斗+5G應(yīng)用能力的了解?！斑@些成果可以服務(wù)社會(huì)，而不只是‘服務(wù)’我們實(shí)驗(yàn)室設(shè)備?！?/p>