北郵鄧中亮:深度融合5G+北鬥,實現高精準定位

如今，萬物互聯時代，物與物、物與人、人與人之間需要實現更多的互聯。在如此複雜多變的環境中，定位技術面臨着着更多挑戰和需求，需要不斷的創新和改進。唯有如此，才能滿足未來智能交通、無人駕駛和工業互聯網等領域的高精度定位導航要求，實現全時空、全時域、全空域、高精度、高魯棒的普适定位導航的目标。

  “在國家安全、經濟建設和智慧社會等方面，都需要高精度的室内外定位導航，達到米級到亞米級的水平。”國際歐亞科學院院士、災備技術國家工程實驗室主任、北京郵電大學教授鄧中亮如是說。

  萬物互聯時代

  亟待解決高精度定位難題

  作為高精度、高可信定位導航的主要開拓者和學術帶頭人，鄧中亮從1996年就一直緻力于無線通信網絡和定位技術相關研究。然而鄧中亮也承認，雖然相比之前，定位技術取得了很大的進步，但是當前複雜的環境下，在使用定位導航的過程中，仍然會遇到一系列挑戰。

  國際歐亞科學院院士、災備技術國家工程實驗室主任、北京郵電大學教授鄧中亮

  例如，在開闊空間情況下，設備可以接收到很多衛星信号，定位精準度就很高。但當設備在室内、高山、深谷等遮蔽和半遮蔽空間下，衛星定位導航無法實現精準的定位。這給定位導航系統帶來了一系列新的問題：是否能像通信一樣在任何地方都能進行高精度定位?

  鄧中亮表示：“通常情況下，衛星定位導航在開闊空間下能夠達到米級左右的定位精度，但要滿足車道級的定位導航需求，則需要通過地基增強或星基增強的方式，額外配備設施來提高衛星定位導航的精度，從而達到分米級、亞米級甚至厘米級、毫米級的定位精度。”

  然而，無論采用何種增強方式，都必須在衛星定位導航能夠正常定位的條件下進行增強。如果衛星信号都無法覆蓋的區域，例如室内、地下室這種環境就無法進行增強，因為增強系統隻能覆蓋衛星信号覆蓋的範圍。

  因此，室内外的定位導航技術都必須具備，才能滿足不同場景下的定位需求。然而，遮蔽空間和半遮蔽空間的環境非常複雜，不但衛星信号往往無法到達，而且可能被阻擋或幹擾，這就産生了技術與需求之間的矛盾。當前定位領域面臨的問題是如何解決這種矛盾。

  “5G+北鬥深度融合

   讓信号覆蓋更全面

  由于衛星定位信号強度相對較弱、易受遮擋等環境因素幹擾，特别是在遮蔽半遮蔽空間中，難以在室内進行定位。針對這個問題，鄧中亮及其團隊提出了“5G+衛星”的“通導融合”思路。

  鄧中亮認為，可以将導航衛星這張網和無線通信這張網結合起來，以導航衛星為核心，再整合所有通信網資源，就可以形成一張用于定位服務的“天羅地網”，不再需要單獨去建設室内定位網。通過将衛星定位系統與無線通信網相結合，就可以提供更加全面和智能的定位導航服務。

  實際上，從“十一五”開始，我國科技部已啟動“羲和計劃”，旨在解決室内定位的問題。對于衛星信号在遮蔽和半遮蔽空間的無法覆蓋的問題，由通信網絡對此進行補充覆蓋，從而實現室内外全時空的覆蓋。作為“羲和”計劃室内導航系統的主要負責人和學術帶頭人，鄧中亮通過多年攻關，目前已經形成幾百項自主知識産權和一系列關鍵技術。

  如今，鄧中亮立足國家綜合PNT建設大局，帶領團隊開展了北鬥+5G室内外無縫定位技術的研究，突破了異構系統融合定位難題，實現跨物理層的信号融合，使得天地一體定位精度進一步提高。鄧中亮如是說：“5G+北鬥的融合可以滿足全覆蓋、高精度需求，相互賦能，彼此增強。”

  “5G+北鬥”各自的優勢結合在一起能産生新的火花。例如在交通領域，5G+北鬥室内外無縫銜接的定位導航技術，解決了隧道場景下衛星信号缺失的問題。在智慧礦山的建設中，以5G網絡為依托，結合北鬥定位技術，能夠實現礦山挖裝、運輸、監測等環節的無人化遠程操控。

  不斷嘗試

  “抓破腦袋”尋找突破口

  據鄧中亮介紹，目前我國的定位技術已經處于地位。在鄧中亮的牽頭帶領下，我國成功研制了高精度定位與通信融合的新型信号體制。依靠這種技術，不僅将室内定位精度提高了數十倍，突破了多項室内高精度定位關鍵技術瓶頸，還大大節約了成本。

  據了解，鄧中亮及團隊已經在三方面取得了重大突破：

  第一個突破是關于單個無線網絡能否實現高精度定位的研究。如果能實現高精度的單個無線網絡定位，就有望解決室内定位的問題。但通信網的頻率資源是有限的，要實現高精度的定位，需要頻率資源來支撐測量信号，進行高精度的信号強度測量和相位測量。然而定位頻率的使用會帶來通信資源的占用或再分配，影響通信數據率和傳輸速度，這就引發了通信效能和定位精度之間的矛盾。

  面對這個挑戰，鄧中亮建立了一個隐嵌信噪融合體系，突破了困擾多年的國際難題。在此過程中，鄧中亮和團隊獲得了多項國際專利，并得到了國外的高度評價，引起了美國國防部的重視。因此，這項技術獲得了國家科技進步獎。

  第二個突破是關于單個無線網絡的高精度定位魯棒性的問題。對于人類來說，當前的定位服務可能滿足90%以上的需求，就會讓人感覺滿意。但對于機器、物體來說，要求則是更高。因為單層無線網絡容易被遮擋，導緻存在網絡盲區，比如2G、3G、4G，以及不同運營商(移動、電信、聯通)建設的網絡之間也會存在盲區。盲區定位是國際上的一大難題。

  為了解決這個問題，鄧中亮将手機裡面集成的多個網絡和多個傳感器融合使用，這樣可以提高定位的魯棒性和可靠性。這項技術已經得到廣泛應用，特别是在疫情監控中，為國家應急安全中心提供了明确的人員和車輛定位信息。國外電信運營企業也對這項技術給予了高度評價。這一技術彌補了傳統攝像監控的盲區，彰顯了中國在科技領域的實力。并于2010年獲得了國家科學技術進步獎。

  第三個突破是天地一體的定位解決方案，解決了衛星與通信聯合定位的問題。在城市智慧交通中，立交橋等複雜地形下，衛星信号可能會受阻，無法提供高精度定位服務。但一些領域對定位要求仍然非常迫切，例如地鐵工程建設的時候地下環境無法獲得高精度定位，建設飛機跑道的精度要求也非常高。在這些情況下，如何實現準确定位成為關鍵。

  鄧中亮通過聯合利用通信基站和衛星信号來提高定位精度。利用通信基站與衛星聯合不僅實現了更高的定位精度。同時也簡化了設備的安裝和調整過程，填補了定位盲區，為工程安全、生産安全等提供了重要保障。在2017年，這項技術獲得了多項發明專利和國家技術發明獎，而且在智慧海洋建設中也有着廣泛的應用。

  面向未來 提供更先進

  可靠且經濟高效的定位服務

  長期以來，鄧中亮一直緻力于實現更高精度、更可靠、更廣泛應用的定位服務。在國家綜合PNT戰略規劃方面，鄧中亮的目标是在2035年實現以下三項重要工作：第一，推進北鬥與5G技術的融合，同時着手研發北鬥+6G技術，使其在更廣泛的領域發揮作用;第二，持續推動全球5G高精度定位标準發展，為全球用戶提供統一的高精度定位體驗，并推動全球定位服務的發展;第三，開展面向重大生産領域和國防安全的研究工作。

  為了推動定位技術的商業化，鄧中亮團隊正在與華為、展銳、中興等大型通信企業合作，推進成果應用。未來，鄧中亮将持續努力，力求在高精度、高魯棒性和低成本的定位服務領域取得更多突破和貢獻。

  從當年的青年才俊，到如今的白發蒼蒼，鄧中亮依然堅守在科研第一線，也正是因為有着像鄧中亮這樣一直默默風險的科研人員，才給我們的未來生活帶來更多可能和精彩。