外部會議，內部討論，課題研究，還有疫情困擾期間沒能出的差鉚足勁似的補上，一天里，從離開床和回到床中間的時間都被工作冠名了。
北京郵電大學教授鄧中亮
忙碌的加速鍵在2020年按下暫停鍵。2020年7月31日，天上的北斗三號全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)開啟服務全球，與美國GPS、俄羅斯格洛納斯、歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)并分天下。在地球上，當時很多地方開始經受疫情的考驗，對于精準位置的需求更加迫切。這一年，國際歐亞科學院院士、北京郵電大學教授鄧中亮帶領團隊的導航定位相關研究獲得了“全國創(chuàng)先爭優(yōu)獎”。此后，鄧中亮帶領團隊進行的天地一體，北斗+5G相關技術的場景落地應用規(guī)模不斷廣泛擴大。
打通北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)“最后一公里”
十多年前，湖南老家的一位老太太來北京走丟的故事，鄧中亮如今依然印象深刻：老太太在鳥巢游玩跟孩子們走散了，找了一整個晚上沒找到，直到第三天孩子去派出所才把老太太領回來。
“如果當時有精準的位置導航服務，就不會等到第三天才找到人。”鄧中亮感慨道。在他看來，互聯(lián)網(wǎng)改變了人們的生活方式，位置網(wǎng)時空大數(shù)據(jù)將會改變整個世界，尤其是北斗與5Ｇ的深度融合可以實現(xiàn)能通信就能高精度定位。
的確，北斗被稱為“天上的網(wǎng)”，解決的是時間空間高精度問題，北斗系統(tǒng)全球范圍定位精度優(yōu)于10米、測速精度優(yōu)于0.2米/秒、授時精度優(yōu)于20納秒、服務可用性優(yōu)于99%，“準”是北斗的優(yōu)勢；而5G是“地上的網(wǎng)”，能解決數(shù)據(jù)高速傳輸室內外廣域覆蓋的問題，最大的優(yōu)勢在于“快”，具有大帶寬、低時延等特點，不僅比4G網(wǎng)絡傳輸速度快100倍，同時時延低于1毫秒定位能力也提升到亞米級。二者合力帶來了海量的高精度、高時效的地理時空大數(shù)據(jù)，并且在信號、信息、設施、應用等層面深度融合,實現(xiàn)互相增強,形成增量效應。
中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室主任、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)新聞發(fā)言人冉承其曾表示：“5G和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有天然的融合性。”隨著5G的到來，從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)時代，北斗和5G、人工智能、新興技術等的融合一定會催生出新興產業(yè)、行業(yè)，帶來新的經濟增長點，并且為國防軍事、智慧城市、自然資源、通信網(wǎng)絡、交通、電力等各行各業(yè)等應用帶來無限可能。
無處不在、無人不用、無所不需的位置服務都需要大規(guī)模、高可靠、高精度和低成本的不同尺度的時空信息。北斗一號系統(tǒng)工程建設于1994年啟動，2000年建成并投入使用；2004年，北斗二號系統(tǒng)工程建設啟動，2012年建成后面向亞太地區(qū)提供位置服務和定位導航服務，在室外可以成功解決定位與導航的問題。
然而，導航衛(wèi)星距離地面距離遠，遇到遮擋后信號容易被阻斷。在地面生活的人們大部份時間都在室內活動，一些很多大型工程實施，例如地鐵工程建設，長期在下地下環(huán)境，難以進行基于衛(wèi)星的精確定位，。如何在室內衛(wèi)星信號被遮擋區(qū)域進行精確定位是各國都面臨的難點。
科技部2006年“十一五“開始啟動了“羲和”計劃，旨在構建天地一體的時空定位系統(tǒng)實時高精度定位系統(tǒng)，提高衛(wèi)星定位的性能和精度的同時實現(xiàn)基于通信信號從室外到室內的定位全覆蓋。鄧中亮是“羲和”計劃室內導航系統(tǒng)的主要負責人和學術帶頭人，他帶領團隊潛心攻關，自主研發(fā)的TC-OFDM定位與通信融合的導航一體化新型信號體制和高精度定位技術，把移動通信網(wǎng)變成了一張既能通信網(wǎng),又能高精度定位的網(wǎng)。“羲和”系統(tǒng)得以具備室外亞米級、城市室內優(yōu)于3米的無縫定位導航能力，率先解決了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的“最后一公里”瓶頸，也讓我國在室內位置服務科學研究技術上實現(xiàn)重大突破。
此后，“羲和計劃”的相關研究也拉動了從芯片到終端、從基站到網(wǎng)絡、從運營到服務的整個導航通信產業(yè)鏈的發(fā)展。
迎難而上 關關難過關關過
鄧中亮喜歡挑戰(zhàn)，有時間便偶爾會去北京的歡樂谷，玩大擺錘等極限挑戰(zhàn)的游樂項目。他享受挑戰(zhàn)帶來的快樂，而這種愛挑戰(zhàn)的特質從上學期間到回歸回國確定研究方向便已經明顯展示出來。尤其是2003年，鄧中亮交流從美國做高級訪問學者歸國，回到北京郵電大學，他首要面臨的是如何確定自己的研究方向，怎么能夠更好地為國家發(fā)展重大戰(zhàn)略需求貢獻自己的力量。
當時，北郵北京郵電大學大部分人都在研究信息與通信工程，擺在鄧中亮面前的選擇無非兩種：一是“跟風”搞通信，加入擁擠的賽道，順理成章搞移動通信；另一種選擇是自己開拓新的方向。“彎道超車不是我的選擇，另辟蹊徑才是我的風格。當時很多人都做衛(wèi)星定位導航，跟著走會比較艱難，怎么另辟蹊徑？”鄧中亮認為，應該將自己的研究重點和國家發(fā)展的重大方向進行緊密結合。
彼時，恰逢國家北斗導航事業(yè)方興未艾，結合北郵北京郵電大學自身在通信技術方面的深厚積淀，他決定開展導航和通信技術相結合的研究，在衛(wèi)星導航、無線定位、通導融合移動通信等方向上集中研究火力。
“我發(fā)現(xiàn)地面有很多衛(wèi)星定位定位導航可以用到的資源，全球主流的定位衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)都只解決了室外定位問題，現(xiàn)有室內定位技術要實現(xiàn)局域泛在室內高精度定位，須布置大量節(jié)點，信號覆蓋成本較高，且不利于向廣域推廣，阻礙了室內位置服務發(fā)展壯大和普適應用。”鄧中亮回憶，“突破室內外無縫精準定位是推動我國北斗在技術上定位導航服務應用超越GPS的關鍵之一，因此我第一個早期承擔的863項目答辯是就是關于國家大劇院大型場館復雜建筑場景內怎么進行高精度定位導航的探索，當時用Wi-Fi、藍牙等無線技術方式把它解決了。”
回望過去，探索5G與北斗融合的研究道路并非坦途，各種艱難關卡橫亙在前。鄧中亮不是沒有過退縮的念頭，“我憋著想著來回思考走好幾回了，但創(chuàng)新哪有那么容易，但我老是想起老家耕地的牛，他就在那慢慢埋頭向前，笨牛耕地首要一點是能堅持。”
喜歡挑戰(zhàn)且不斷攻堅克難的結果是，他們解答他解決了一個個看似無解的難題。在研究過程中，團隊發(fā)現(xiàn)，5G和北斗作為有著不同的信號，體制，通信頻率資源十分寶貴，很難尋找出獨立的頻率資源來支持無線通信王的定位導航，但所有無線通信信號都會有“噪聲”存在，要想能否把微弱的信號藏在噪聲底下，同頻共載，讓通信和定位各司其職且能相互增強并非易事。對此，鄧中亮團隊研發(fā)出提出了定位—通信融合“共頻帶”定位方法，依靠“隱嵌信噪”技術解決了在不改變基站分布密度的情況下，通過技術手段突破提高信號接收能力，做到了只要能通信，一個蜂窩網(wǎng)就能實現(xiàn)三、四重以上的定位信號覆蓋，測距和定位問題迎刃而解同時有效節(jié)約了室內定位成本。并且已經成為了3GPP國際標準的一部分，制定了通信領域全球第一個高精度定位國際標準。
更進一步，面對異構信號該如何融合，跨系統(tǒng)時間同步問題能否解決等一系列挑戰(zhàn)，鄧中亮團隊教授提出了天地聯(lián)合定位架構，他創(chuàng)造性構建了包括單無線網(wǎng)絡高精度定位、異構多網(wǎng)多源協(xié)同高可靠定位、天地一體高可信位置服務在內的無線網(wǎng)絡定位理論方法與異構多網(wǎng)多源協(xié)同定位技術體系，進一步提高天地一體定位精度，解決了多年困擾學術界的復雜遮擋多徑環(huán)境下無線網(wǎng)絡實時精確定位的難題。鄧中亮教授以第一完成人，先后獲得了一項國家技術發(fā)明二等獎，兩項國家科技進步二等獎，以及十余項其他省部級獎項。
技術找到應用場景 商用創(chuàng)造更大價值
據(jù)了解，我國5G網(wǎng)絡建設投資規(guī)模超過1.2萬億元，北斗衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋投資規(guī)模約為600多億元。巨額的投入需要拓展更多的應用場景，挖掘更豐富的商業(yè)模式，從而讓其為經濟社會的發(fā)展創(chuàng)造更大的價值。《新時代的中國北斗》白皮書顯示，截至2021年，中國衛(wèi)星導航與位置服務總體產業(yè)規(guī)模達到約4700億元，年均復合增長率超過20%。第三方機構預測，按照目前北斗系統(tǒng)的產值增加速度，預計2025年其產業(yè)規(guī)模有望達到萬億元。
“建好5G網(wǎng)對于國家構建導航、通信、計算、控制一體化體系,服務社會發(fā)展、經濟建設將發(fā)揮關鍵作用。”鄧中亮說，“天地一體、時空一體、通導一體的網(wǎng)絡基礎設施將會給人類帶來巨大的經濟和社會價值。”
因此，鄧中亮和團隊積極和國內優(yōu)勢企業(yè)合作，開發(fā)了系列終端、基站、平臺等設備,并與多個通信技術研究機構等聯(lián)手探索北斗與5G通導融合的室內外混合智能定位測試，開展了商場室內導航、大型室內停車位尋找、共享停車、智慧醫(yī)療、大型綜合體室內導航等領域的應用，為災害救援、礦井、地下工程等迫切需要無衛(wèi)星信號盲區(qū)提供更精準的定位服務。
比如，在危險化學品、石油、冶煉、鋼鐵等重大工業(yè)生產領域，工人作業(yè)時容易出現(xiàn)定位盲區(qū)，產生人員誤入危險區(qū)的風險，同時也容易出現(xiàn)非實時監(jiān)測的問題，以及出現(xiàn)危機問題時無法實時應對的情況。借由通信與導航合力，園區(qū)的空間分辨能力由國際上數(shù)十米提升至1米以內，包括人員分布、實時監(jiān)控、軌跡跟蹤、風險感知，可以實現(xiàn)作業(yè)園區(qū)內精準無縫定位、危險區(qū)透明監(jiān)控，實時連續(xù)崗位監(jiān)控、規(guī)范巡查，也能提早主動預防危機事件產生。
在民生方面，室內精準定位可以助推養(yǎng)老服務。一方面居家養(yǎng)老，據(jù)調查，我國老年人口中空巢老人占比目前已超過一半，部分大城市和農村地區(qū)，空巢老年人比例甚至超過70%，大量老年人不與子女或其他家人共同居住生活，面臨著居家養(yǎng)老的許多生活不便或困難，甚至是安全風險隱患。孩子們擔心，老人經會走失或者在家里發(fā)生了事故不知道，在這個條件下，老人的位置信息非常重要。另一方面，著養(yǎng)老機構，中老人，、護工的位置信息同樣有助于提升養(yǎng)老服務質量。
不容忽視的是，即使應用廣泛，技術想要在激烈的國際競爭中脫穎而出,就一定要形成國際標準。鄧中亮帶領團隊,積極參與3GPP國際標準化組織的5G標準制定工作,也推動了我國5G高精度定位信號體制的進入國際標準制定。
如今，我國5G通信技術手段可以達到亞米級、分米級的定位服務能力，未來可以獲得更高的定位精度。北斗支撐著5G網(wǎng)絡安全高效運行，5G能增強北斗導航服務能力，北斗+5G正在形成泛在、無縫、高精度、高可信的PNT（即Positing定位、Navigating導航、Timing授時）體系，橫向無縫覆蓋室內、縱向拓展到水下地下及深空，且能在復雜環(huán)境下提供高精度、連續(xù)穩(wěn)定的時空信息服務。
下一步，怎么走？鄧中亮坦言，6G時代已經不遠，定位技術也從“強大的衛(wèi)星、聰明的終端”階段向“強大的網(wǎng)絡、聰明的服務”轉變，實現(xiàn)從定位導航的產業(yè)化走向位置服務的商業(yè)化，最終實現(xiàn)可信、安全、智慧的位置導航新時代。
