北斗_ 刘经南：“5G+ 北斗”的意义、路径和愿景

【编者按】2019年10月30日，在西安召开的第18期钱学森论坛上，中国工程院院士、新华网络融媒体未来研究院生物传感与智能交通联合实验室学术委员会主任委员刘经南发表了题为“5G+北斗”的意义、路径与愿景”的报告，智能时代“5G+北斗/GNSS”最为突出

在变化的声音(人类语言也变化的声音)和身体运动姿势变化中，互相与外界交流感觉、认知和感情是动物和人类进化通信智能的表现。 步行和围地定居是动物和人为了生存而进化的定位、导航、了解时机的智能，简称PNT智能。 人在某个地方厌倦了。 我们今天去外星人空。 这取决于人类喜欢走路的基因。 这表明，在人的早期，通信、定位、导航、决策是融合在一起的。 目前，将5G和定位导航系统，例如中国北斗系统，与世界兼容的全球导航系统( GNSS )，全球导航系统( globalnavigationsatellitesystem )系统相结合，“5 g + BDS/GNSS beidounavigationsatellitesystem，中国北斗卫星导航系统)，是通信、导航、时机与决策智能的最新、最新版本的结合。

时间和空之间的位置是物质、能量、信息和人自身运动和状态的特征，也是人们研究其运动实现目标管理和对象控制的基础。 随着科学技术的发展和社会的进步，人们在从事了时间空的位置信息需求后，在实时和瞬间，从静态到动态和高速，从大致到准确完善，从陆地到海洋和天空，从地域到广域和世界，从地球到深度空和宇宙。 当前，在实体550至555之间的虚拟网络550至555之间，自然而然地走向人类自身和社会。 其应用仅限于人的想象力，以GNSS为中心时空位置服务网络在网络和其他观测技术中能够感知的物质、人的近地活动等任何可到达的宏空之间的大规模时间( > um，> 10E-2ns )，即陆海空天和室内 这就是“5G+北斗”，可以扩展时间与空之间的基于位置的通信的融合、普适映射和位置服务的依据。

移动通信的发展在技术上从1G向4G推进，从4G向5G主要被推进。 5G是多业务、多技术融合的移动通信网络，通过需求的牵引和技术的融合、发展和创新，满足未来广泛数据和连接各种业务的快速发展需求，提高用户体验。 此外，5G的重要新技术是一种普遍化的网络，多系统、多层次、多小区、多载波都有城市网络方式，也许是农村需求少、人口少、通信要求少的另一种网络方式。

中国工程院院士、新华网融媒体未来研究院生物传感与智能交通联合实验室学术委员会主任委员刘经南

一、“5G+北斗/GNSS”的意思

进入智能时代，“5G+北斗”是最重要的基础设施，首先说明智能时代的意义。

智能和智慧是生物界唯一的能力，动物智能是自然进化的最高形态，人类智能在其前沿。 生物智能和智慧在时间和空之间的位置对外界做出感觉、认知以及决策，适应行动。 因此我们定义了智能:在哪里感知外界变化，学习记忆经验，推论提升知识，实现决策思维，时间、位置和姿势正确协调自身，适应外界，或局部改变外界状态，实现利害回避。 我给出智慧的下一个定义，大家可以批判地考虑。 智慧是指在感测到一定时间550-555区域内的外界变化的基础上，了解该时间550-555区域内的外界变化规律和作用机制，并实现预测该550-555区域内外的未来或未知变化，以及有利地避免该变化的危害的控制。 例如，蚂蚁的智慧是集体性的，我认为那个集体的智慧超过了人类。 水的高度不够就扔石头等，表现出智慧。

加快基于大数据、计算能力和计算方法的下一代人工智能技术与各种技术的融合，使社会生产和消费从工业化转变为自动化、智能化，人类进入智能时代，这是科技发展的必然结果，智人将多种生物智能和人类自身的智能和智慧自然扩展到了感知、认知、管理和控制社会和机械的必然结果 我发现了以人类的智能为参考，将这些智能赋予人类、社会和环境。 现在的智能建筑是环境，未来的智能道路也是环境，互联网将来成为智能也是环境，不仅给予机器。 这是我的智力理解，在此基础上讨论“5G+北斗”融合的重要意义。

智能时代首先要搞清楚外界的感觉，所以要发展5G广泛存在的感知网络，它总是(时间)，无处不在(内容广泛)，无处不在，无处不能扩展到基本的特征，基于个人和社会的需求，人和人，人和物，物 互联网因不能实现管制决策而受到制约。 这种网络具有非常强烈的环境感知、内容感知和智能性，为个人、行业和社会提供普遍、追随、按需、个性化的信息服务和管制应用程序。

从互联网、“互联网+”物联网到普适网，信息网络的概念不断扩大。 物联网能够实现物与物、物与人之间信息的相互连接，在现在的水平上也只能实现信息的相互连接，也不能实现对外部的控制。 普适网的目的是实现人在虚拟550-555之间和物理550-555之间的感官、协调、融合和控制，需要广域、全球高精度的时间和550-555之间的位置。

5G是智能时代的基础设施，可以实现高带宽、高速、大容量、低功耗、低延迟、万物互联、信息感知和控制。 5G“极快的速度、极大的容量、极慢的延迟”的特征为满足未来的虚拟现实、智能制造、自动驾驶等用户和行业的应用需求提供了基础支持。 5G的延迟为毫秒级，但仍无法实现汽车远程控制的虚拟场所、虚拟场所以及这些问题都需要解决。

解决问题需要新的基础设施。 北斗/GNSS。 定位、导航、感知时间和季节本身是自然进化的生物智能，智能时代的“5G+北斗”将这种PNT生物智能赋予机器和环境，发挥机器和网络环境的智能优势。 人类将自然界的生物智能赋予机器和环境的能力是人工智能。 这需要考虑自然智能应该如何定义，不能像图灵机时代那样定义人工智能。 基于“5G+北斗/GNSS”的普遍映射能力是人的定位、导航、感知时间智能基于现代技术的扩展，是智能时代实现区域和广域乃至全球准确感知的空事件和目标信息的重要基础设施，实现支持广域和全球智能协调控制的能力技术。

北斗/GNSS是唯一的世界性、高精度的时间空标准。 其最大优点是系统的全局性，能够实现全局时间的准确同步，无论是广域还是全局，都能够赋予其他系统感知时间和位置的能力，能够给予道路和环境。 高精度导航增强技术对移动通信网、互联网赋予能量，决定移动信息在网上的瞬时位置，决定其走向和瞬时流速，使移动互联网具有无缝化室内外位置的一体化功能，实现城市全时域/全空域位置的智能城市建设需求 北斗/GNSS和5G相互能量，相互增强。 这样才能产生智能的五大能力:知觉、学习、认知、决策、控制。 由于控制需要精确的位置和时间协调，协调可能达到微秒级，1000倍甚至100万倍。 这五个功能能够实现人类感知和物理时间控制能力。 我们现在可以控制物理时间，但是正确而不可靠。在关键时刻可以实现控制，也不能在广域实现控制。在小工厂和小工厂可以正确地控制，但是在世界上是不能实现的。 今后，能够解决这些问题，实现产业互联网( CPS )的目标:使广域或全球分布的物理设备具有根据感知计算、通信、远程协调、正确控制和自治等5个功能，实现人的感知和物理世界能力的时间、空之间的扩展规模。

二、“5G+北斗/GNSS”的路径

路径与技术问题有关，两者融合的基本原则是“从容易到困难，从简单到复杂”的框架优先，适用较重的服务行业，服务社会。 具体如何实现？

首先，实现北斗/GNSS与5G基站的综合融合。 目前，5G自身控制的级别为几微秒到10微秒，而不得超过10微秒的用户控制的级别为1毫秒，降低了1000倍。 5G宏基站与关键微基站、关键网关、路由器、行业和区域云服务中心的服务器集成了以北斗为中心的自主控制、多频多模式和低功耗GNSS卡。 为5G网络的关键设施提供北斗精确坐标位置和基于北斗的全网精确时间同步，为5G全球基站、网关和主服务器提供北斗统一纳秒级时间系统和厘米级坐标系统。 现在可以连接北斗，监视地震等应用了。 这表明可以实现许多能力。 而且，卡不怎么用电，与5G网络本身相比电力消耗几乎为零。

实现这一步骤，可以拓展新的应用和新的能力。 “5G+北斗”基站本身构成了超高密度、超高精度的地基增强网，成为国家北斗地球基准帧的延长和补充，为地面用户提供精密的定位、授时和时间同步服务。 通过对北斗信号进行检索和修改，时间可以达到纳米级，可以对准确的三维大气湿度进行建模，并可以为精确的大气可降水蒸汽提供大的数据服务。 能够正确分析具体位置和时间的天气水分量，实现正确的天气预报。 比如说，明天西安高新区哪条路从哪条路8点半到9点50分会下几毫米的雨。 这不仅对未来的汽车网络和智能运行十分重要，而且可以实现精细的中国区域三维电离层模型的建立、区域土壤湿度监测、雷电定位预报警报服务等。

第二步骤，5G网络加载北斗/GNSS地面增强信号，并基于5G提供地面增强时空位置服务。 除了使5G网络本身接收北斗信号外，每个基站都有位置，并且可以发射北斗信号。 增强北斗信号源，将天上的卫星运送到地面，发出信号可以按照北斗那样的模式正确定位。 实现这种功能，将产生智能城市建设和管理、监控、自然资源规划管理和正确农业、智能交通监控和风险管理、L4、L5级自动驾驶、无人驾驶基础支持、天气与地质灾害监控和应急救援等多项重要应用。

第三步，构建汽车网络和智能网络在汽车运营中的应用。 实现道路及其周边环境的全时空感觉控制，实现在线车运行的全过程感觉控制。 在该步骤中，实现了精确的时间控制和位置控制，能够解决精确到几毫秒、几纳秒且不能遥控车辆的所有问题，如上所述。

在步骤4中，建立远程实时控制和信息安全的“人-机-物”CPS融合系统。 基于5G构建网络基站、路由、网关、密钥服务器的高精度时钟空体系，可测量、计算、可跟踪、可控制所有网络信息的高精度时钟空的位置，虚拟空之间、实体空之间和人三者融合 通过信息的控制实现外界物理世界的控制达到了智能的目的。 智能是通过操作数学符号来操作物理世界的，是图灵奖获奖者的定义。 只要我们做我们刚才提到的事，就能实现。

我们开发了亚纳秒级稳定的高精度北斗/GNSS精密收获时间严守终端。 这是面向GPS和北斗系统的时间接收终端。 由于过去两个系统的信息延迟不同，这是不可能实现的现在，GPS、北斗延迟非常清晰，实现了一定的稳定性，可用于测试。 我们进行了许多相关实验，测量了网络中有路由器、服务器时路由器、服务器、软件的等待时间。 如果软件感染了病毒，延迟就不同于原来。 我们进行了现场测试的网络安全试验:利用高精度时间戳机测量了高精度网络设备传输数据包的指令级处理时间。 发现硬件和软件错误的原因是软件感染，计算机硬件也出现了某些错误，相当于对硬件和软件环境进行CT扫描，内部处理流程是否改变了 根据实验，通过高精度时间戳功能，可以明显地检测在测定对象的网络设备内部的处理流程中发生的指令等级的变化。 我们认为，这些实验为未来远程控制和信息安全提供了基础。 现在，网络是随机控制的，哪里通网，情报去向哪里，我就此询问了美国的网络专家。 这是网络失控造成的。 “5G+北斗”给互联网带来的最大好处是实现人、机、物跟踪、可监听的自由控制。

第五步，实现室内外一体化导航定位。 这是最难的事情，要实现陆、海、天、空、水中、室内的加入，感知、专业性强，所以要置于第五阶段。

三、“5G+北斗/GNSS”的应用

首先综合北斗卫星系统、地基增强系统、5G通信网络、高核遥感、因特网五维空之间的数据资源，然后构建基础、绿色、智能、普适、安全、可控6个功能。 最后，支持各种应用。

“5G+北斗”应用于服务车网络、智能、无线机器人云控制等行业。 智能、智能电网目前的时间标准太低，各发电厂的交流电力输送到电网，相位必须同步。 现在的锁相精度是18度，容许公差是18度，在时间上相当于1毫秒。 这是引起大型电网自身能源消耗的重要因素之一，由于大型能源浪费，从爱迪生时代到现在没有变化。 将来“5G+北斗”将为全国电网提供5纳秒级和米级时序空，可实现电网全网设备输入输出电压的纳秒级或100纳秒级相位同步。

我还提出了时间空的权利，时间空的准确性和时间空的可靠性，以及时间空的合作。 “5G+北斗+星基通信”是陆海空日和信息网络制造时实现空权的重要基础设施。 现在，由于这些概念的认识，我国“5G+北斗”精密定位联盟的筹备会成立了。 我首先提出这个问题，讲话细腻，深入，华为，移动，连通与武汉大学建立了“5G+北斗”联合研究中心。

“5G+北斗”最重要的是，实现信息时空的位置是可感知、可计算、可测量和可控的。 实现“5G+北斗”的融合和相互能力，有很多机会，有更大的挑战，有很多技术细节，勇敢地面对这一挑战，可以产生霸权技术，创造跨世纪的辉煌技术！