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当“地上的5G”遇上“天上的北斗” 这个万亿市场按下启动键******

　　工业和信息化部的最新数据显示，截至2022年9月末，我国5G基站总数已达222万个，占全国移动基站总数的20.7%，占全球5G基站总数的60%以上。

　　最新发布的《新时代的中国北斗》白皮书指出，中国的北斗系统已成为面向全球用户提供全天候、全天时、高精度定位、导航与授时服务的重要新型基础设施，北斗已经是世界一流的卫星导航系统。

　　虽然最大的5G和一流的北斗，已经足够激动人心。但如果当“地上的5G”与“天上的北斗”握起手来，又将会展开一幅怎样的未来画卷呢？

　　“一个令产业兴奋、令百姓憧憬的万亿市场已经按下启动键。”国际欧亚科学院院士、北京邮电大学教授邓中亮在接受《中国经济周刊》采访时如是总结：天地一体、时空一体、通导一体的网络基础设施将会给人类带来巨大的经济和社会价值，中国应该也有能力走在全球前列。

　　5G+北斗是“天生一对”，让两大“大国重器”强强联手

　　我国先后建成全球最大的4G网络和5G网络，和4G相比，5G应用场景会有很大差别，但也面临着新的挑战。

　　例如在重点应用方向之一的工业互联网领域，要建成智慧矿山、智慧矿井，要实现公路网、铁路网的全覆盖，都需要保证室内、高山、深谷等遮蔽和半遮蔽空间的信号覆盖，且信号不易被干扰。而在智慧交通、无人驾驶等场景，会要求通信网络在满足通信需求的同时，不仅拥有高精度时空感知能力，能通信，也要能定位。

　　从建设北斗到应用北斗，从中国的北斗到世界的北斗，从天上的北斗到身边的北斗……能够实现室内的精准定位是中国北斗在技术上超越GPS等其他卫星导航系统的重要优势之一，这个在“最后一米”上的技术突破意义重大，也将会带来应用场景和产业发展上诸多新的可能性。

　　在邓中亮看来，可以将“5G+北斗”作为抓手，推动通信与导航的深度融合，实现能通信就能高精度定位。二者的融合可以满足全覆盖、高精度需求，相互赋能，彼此增强。

　　“5G是地上的网，北斗是天上的网，5G解决数据高速传输和卫星遮蔽区域高精度定位问题，北斗解决高精度授时和开阔空间高精度定位问题，5G+北斗的融合不仅可以相互赋能，还能够带来海量的高精度、高时效的地理大数据。”邓中亮说。

　　中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其也曾用“天生一对”来形容5G和北斗。“5G对时间和位置提出更高要求，而卫星导航系统能够提供更高精度的位置和时间信息，因此，5G和北斗卫星导航系统具有天然融合性。”他说。

　　实际上，早在2006年，科技部就启动了“羲和”计划，旨在构建天地一体的时空定位系统。作为“羲和”计划室内导航系统的主要负责人和学术带头人，邓中亮和团队通过多年攻关，目前已经形成几百项自主知识产权和一系列关键技术。

　　据邓中亮介绍，“羲和”计划有两个重要目标，一是提高卫星定位的性能和精度，令其服务能力越来越强；二是实现通信信号从室外到室内的定位全覆盖，复杂环境下也能保持服务能力。

　　“北斗+5G融合发展是必然的，这两项‘大国重器’强强联手，将惠及国防军事、智慧城市、自然资源、通信网络、交通、电力等各行各业，带来无限可能。”邓中亮说。

　　当地上的通信网络与天上的卫星网络实现“通导一体”，通俗地说，就是无论何时何地都有信号，告别“不在服务区”；还要能随时随地实现精准定位导航，哪怕是高山大海，哪怕车库深井，都能实现精准到米甚至亚米级别的导航。

　　通信与导航深度融合，“没那么简单”

　　基于“5G+北斗”的通信技术与精准时空技术的融合及应用，将是这些领域基础设施信息化、智能化升级改造不可或缺的重要基础设施。

　　当然，还有一个更为重要的要求，那就是要通过自主创新，不被人“卡脖子”，发展和建设好一个中国自主可控的、全空域、全时域、全频域、高精度、高可靠、高可用的时空体系。

　　邓中亮认为，北斗+5G融合可以从三个层面来理解。一是北斗可支撑5G网络安全高效运行。比如为5G提供高精度授时与同步、百万基站管理等服务，为5G网络应用提供精准的定位导航应用，开拓基于高精度时空基准的通信业务等。

　　二是5G可增强北斗导航服务能力。比如5G自身可实现优亚米级的定位能力，这意味着可与北斗形成信号覆盖互补，从而实现从室外到室内、从地面到地下无缝隙衔接与定位，支撑全空域全时域定位导航服务。而5G网络本身又可成为支撑位置服务业务的通信通道。

　　三是北斗+5G深度融合，将形成泛在、无缝、高精度、高可信的PNT（即Positing定位、Navigating导航、Timing授时）体系，横向无缝覆盖室内、纵向拓展到水下及深空，且能在复杂环境下提供高精度、连续稳定的时空信息服务，进而服务智慧城市、无人系统、万物互联等多个场景。

　　理论逻辑虽然很好理解，但真正实现通导融合却“没那么简单”，需要解决一系列技术难题。“比如，5G和北斗是不同的信号，每个信号都会有‘噪声’，要想实现和睦相处，既能各干各的事，还可以相互增强，并不容易。”邓中亮说。

　　邓中亮教授带领团队研制的“羲和”系统，提出了TC-OFFEND定位与通信融合的新型信号体制。依靠这种技术，有效节约了室内定位成本，把移动通信网变成了一张既能通信的网，又能高精度定位的网。

　　而且更为重要的是，这套系统并不需要新增大量的成本投资，比如通过“隐嵌信噪”技术解决不同的信号“噪声”问题，只需要一块小小的芯片就可以实现，新增的投入成本极低。

　　《中国经济周刊》首席摄影肖翊|摄

　　从技术到产业，万亿级市场按下启动键

　　当然，看到通导融合这一发展趋势的不只是中国。美国也很早就将发展定位导航授时一体的PNT体系上升至国家战略的地位，以弥补原有GPS系统的问题和不足。但除了技术上较量，通导融合“哪家强”，最终还是要在应用上见真章。

　　“我国建成覆盖4G网络，投资规模超过6000亿元，5G网络的投资规模更是超过了1.2万亿元，但也只能覆盖我国的人口密集区域。而北斗卫星实现全球覆盖投资规模约为600多亿元。我国的5G网络建设投资巨大，也需要在更多的应用场景下寻找更多的商业模式，从而让其为经济社会的发展创造更大的价值。”邓中亮介绍说。

　　但在邓中亮看来，实验室里的技术创新突破只是第一步，要想让“5G+北斗”产生更大的经济社会价值，需要社会各方面的通力合作，推动商业模式创新和产业化进程，共同挖掘。

　　《新时代的中国北斗》白皮书也指出，截至2021年，中国卫星导航与位置服务总体产业规模达到约4700亿元，年均复合增长率超过20%。中国北斗广泛应用于经济社会发展各行业各领域，进入交通、能源、农业、通信、气象、自然资源、生态环境、应急减灾等重点行业。中国北斗与大数据、物联网、人工智能等新兴技术深度融合，催生“北斗+”和“+北斗”新业态，支撑经济社会数字化转型和提质增效。

　　而多家第三方机构预测，按照目前北斗系统的产值增加速度，预计2025年其产业规模有望达到万亿元。来自高德地图的数据也显示，截至2022年11月，高德地图调用北斗卫星日定位量已超过2100亿次，且在定位时北斗的调用率已超越了GPS等其他卫星导航系统。

　　邓中亮表示，实际上，智慧物流、智慧医疗、智慧城市、智慧交通、工业互联网、智慧农业……北斗已经发挥着巨大的作用。以重点和焦点所在的工业互联网领域为例，这本身就是一个万亿级别的大市场，特别希望有更多有志之士将北斗和5G与人工智能、新兴技术等融合，发展出更多新兴产业，创造更多新的商业模式，为经济发展带来新的增长点。

　　已经有先行者尝到了甜头。以全国北斗卫星导航应用三大示范区域之一的湖南长沙为例。据长沙市人民政府副市长彭涛在“2022北斗规模应用高峰论坛”上透露，在长沙，北斗技术已成功应用到智能驾驶、驾考驾培、桥梁监测、野生动物追踪、水路安全、防灾减灾、司法、邮政运输、工程机械、公共安全等诸多领域。

　　长沙正在加快推动“北斗+5G”在智能网联汽车领域应用示范，通过5G网络融合北斗卫星导航系统定位技术，长沙的电动智能网联汽车能够对车辆进行高精度厘米级定位，为自动驾驶进行定位护航。目前，这套系统已在全国400多个城市上千个驾考场地中投入使用。驾考中，车辆是否压线、靠边停车是否在规定范围内，都能轻松判定。

　　“力争到2025年，长沙市北斗及相关产业规模突破500亿元，其中北斗核心产业规模突破200亿元，创建省级先进制造业集群，力争创建先进制造业集群。”彭涛说。

静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）