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“5G BDS/GNSS”的作用，路径和愿景
Jingnan Liu, Kefu Gao, Wenfei Guo , Jingsong Cui and Chi Guo
grid.49470.3e, 0000 0001 2331 6153, Research Center of GNSS, Wuhan University, 430079, Wuhan, China; grid.49470.3e, 0000 0001 2331 6153, School of Cyber Science and Engineering, Wuhan University, 430072, Wuhan, China
摘要
在人类迁徙的漫长过程中，通信、定位、导航和决策能力已发展为定位、导航和计时（PNT）智能，从而促进了人类的进化。本文从生物智能的角度定义了智力和机敏性。在这项研究中，确定了由于通信，导航，时间服务和决策制定而产生的新要求。文章指出，无线电PNT服务的方法很多，例如5G，新一代高速通信网络，低延迟和无处不在的移动通信网络以及全球导航卫星系统（GNSS），但集成的应用是在通过智能感知、认知、决策制定和精确的协调为物理世界的调整和控制提供技术支持时，这一点尤其重要。 5G和GNSS [包括北斗导航卫星系统（BDS）]信息与相应设备的融合可以嵌入到机器中以使其智能化。此外，5G和GNSS的融合信息与环境信息一起可以在时空尺度上扩展人类的感知能力和物理世界的控制能力。这将有助于在智能时代在全球范围内发展关键的信息基础设施，也将扩展人工智能的定义。此外，对于“5G BDS/GNSS”本文从实现方法、信息处理和新应用等方面对融合路径进行了分析服务。总的来说，“5G BDS/GNSS 卫星通信”的应用是一个关键的基础设施，对于陆地、海洋、空中、空间和网络，提出了时空控制权。
关键字：5G，BDS / GNSS，无处不在的网络，自然智能，PNT智能
介绍
基于不断变化的声音（包括人类语言）和身体动作之间的相互作用，并获得外界的感知，相互感知和情感交流是人类交流智能的标志。步行，迁移以及土地围封和定居是人类在生存进化过程中获得的定位，导航和定时情报。人类喜欢探索，并且倾向于探索新的环境（例如外部步伐），这取决于他们对发现的内在热爱。从本质上讲，通信，定位，导航和决策是集成在一起的，这可以从以下事实中看出：人类在他们的发展初期通过呼叫，手势和语言来指示位置和位置。当前5G与定位和导航系统（例如BDS和通用兼容的其他GNSS）的缩写（缩写为“ 5G BDS / GNSS”）是通信，导航，定时和决策智能的最现代的集成。
PNT基础结构是研究物质，能量，信息和人体运动以及实现目标管理和对象控制的基础。由于科学技术的发展和社会的进步，对时空信息的需求已从事后转变为实时和瞬时，从静态转变为高速，从粗糙转变为精确，全面，从陆地到海洋和空中，从地区到广域和全球，从地球到深空再到整个世界，当前，信息需求已经发展从物理空间到虚拟网络空间，从自然到人类和社会。（liu和gao2017)
时空信息的应用仅受人类想象力的限制。由于基于GNSS的时空信息服务网络，无处不在的网络和其他观测技术，任何感知物质或人类近地活动都可以跨时间（gt; 1times;10minus;2ns）和空间（gt; 1 micro;m）进行测量，从陆地，海洋，空气，空间，室内，地下，甚至是互联网（发生人类活动的虚拟空间）。这就是所谓的“ 5G BDS / GNSS”，时间和天基通信融合，可提供扩展了普遍存在的测绘和基于位置的服务的基础，以实现相互增强。从1G到4G，移动通信的发展是由技术驱动的。从1G模拟通信到2G全球移动通信系统（GSM）技术，然后是时分多址到3G码分多址技术，再到4G长期演进（LTE）技术，通信技术的主要发展都是由技术进步驱动。尽管从4G到5G的过渡主要由需求驱动，但核心技术仍然是LTE。 5G是通过技术的演进和创新来满足多种服务（包括将来的大量数据和连接）快速发展需求的多服务和多技术融合移动通信网络，并改善了用户体验。此外，5G的关键新技术是无处不在的网络，该网络具有多系统，多级别，多小区和多载波的功能。可能特别需要城市发展另一种联网模式，因为人口和通讯需求都比该国的人口和通讯需求大。（you等人2014;zhang等人2016)
“5G BDS/GNSS”的作用
随着我们进入智能时代，“ 5G BDS / GNSS”将成为最重要的基础架构，智力和智慧是生物为生存和生殖发展所拥有的能力。动物智力是自然进化的最高形式，其中人类智力达到最高水平。生物智能和机敏性都依赖于对周围环境的感知和认知，随后的决策以及基于时空信息为适应环境而采取的行动。因此，智力被定义为感知变化，学习，记忆和形成经验，通过推理发展知识和决策心态，实现时间，位置和态度的精确协调以及完全或部分适应人类的能力。外部环境寻求优势，避免劣势。基于感知在特定时空范围内的外部变化，机敏性使动物能够识别该范围内外部变化的规则和机制，并实现对未来或未知变化的预测，以寻求益处和避免劣势。例如，蚂蚁拥有众多的智能，甚至在某些方面甚至超过了人类。此外，乌鸦足够聪明，可以将石子放进瓶子里，以饮用龙眼中的水，这样水就可以流到它的脖子上了。这些例子说明了生物的聪明。
基于大数据，更强大的计算能力以及最佳算法的新一代人工智能（AI）技术与各种技术之间的互连性，将有助于社会生产和消费从工业化向自动化和智能化发展。人类正在进入智能时代，这是技术发展以及生物智能，人类智能和智能向自然，社会和智人感知，认知，管理和控制机器扩展的必然结果。正在开发的AI旨在探索并不仅向机器而且向人类，社会和环境提供自然情报，例如现有的智能建筑以及即将到来的智能道路和网络。接下来，我们将讨论“ 5G BDS / GNSS”在发展中的情报社会中的作用，道路和愿景。
在智慧时代，人们对基于无处不在的感知网络和5G技术的环境是必不可少的。无处不在的感知网络的扩展具有随时随地，随处（空间），任何事物（包括所有事物）和无处不在（普遍智能）的基本特征。这意味着要实现人对人，人对对象和对象对对象的按需信息访问，传递，存储，认知，管理，控制，决策以及其他基于政府，工业和工业的服务。社会需求。当前的互联网不能满足对信息控制和管理的更高需求。但是，基于5G的感知网络具有足够强的环境感知能力，以及内容感知能力和情报能力，除了可以为人们提供管理和控制应用程序外，还可以提供无处不在的自适应反应，按需和定制的信息服务，公司与社会。
信息网络的概念正在从物联网（IoT）扩展到无处不在的网络。物联网可以将对象以及对象与人联系起来，这不包括对物理环境的控制。因此，无处不在的网络旨在实现虚拟和虚拟网络的感知，协作，集成和控制物理空间，基于广域和全球高精度时间和基于位置的服务。
5G是智能时代的基础设施，具有高带宽，高速，大容量，低功耗，低延迟和万物互联的特点。它的开发旨在满足虚拟现实，智能制造和未来自动驾驶的工业或个人需求。但是，时空信息在网络上不是可感知的或不可调整的。尽管5G的延迟时间为毫秒级，但仍然存在一些悬而未决的问题，例如无法实现自动驾驶汽车的远程控制或无法使用虚拟地址来定位物理地址。
因此，需要新的基础架构，即BDS / GNSS。 PNT和时间本身是自然进化产生的生物智能。“ 5G BDS / GNSS”情报时代可以启用生物PNT情报机器和环境。机器和环境所获得的智能称为AI，与早期的互联网相比，它涵盖了更广泛的范围。基于“ 5G BDS / GNSS”的无处不在的测绘功能为现代技术提供了PNT智能。基础设施不仅可以精确感知广域和全球时空事件和目标信息，还可以进行广域和全球智能合作控制。
BDS / GNSS是唯一提供PNT的全球高精度和高稳定性基础结构。它的最大优势是全球覆盖，它可以实现全球时间服务的精确同步，并使时间和位置对5G和其他系统（如道路，环境和卫星网络）在广阔区域乃至全球的感知能力。高精度定位增强技术使移动通信网络和Internet能够定位移动信息包的即时位置及其方向和瞬时流量。此外，它还允许移动互联网无缝集成室内和室外定位，以实现随时随地实现智慧城市建设的需求（Yin等人2018).
BDS / GNSS和5G相互促进并增强，以产生五种智能能力，即感知，学习，认知，决策以及调整和控制，它们都需要在位置和时间上进行微秒甚至是纳秒级的精确协调。尽管我们目前可以在当前通信技术的支持下利用物理时间，但是它仍然不够精确或可靠。但是，在某些关键时刻，调整和控制可能会变得困难。在某些工厂或车间中可以实现精确的调整和控制，而不是在全球方面。基于对具有广泛区域或全球分布的物理设备的感知，可以使用“ 5G BDS / GNSS”来解决此问题。因此，可以执行诸如计算，通信，精确控制，远程协作和自治等功能来扩展人类在时间和空间尺度上感知和控制物理世界的能力，这是工业互联网（也称为网络物理系统（CPS））的目标。
迈向“5G BDS/GNSS”的道路
为了将5G与BDS / GNSS集成在一起以服务于行业和社会，我们可以遵循从容易到困难，从简单到复杂以及从体系结构到应用程序的规则。建议的步骤概述如下。
BDS/GNSS和5G基站的集成
当前5G基站的同步大约需要几微秒到10micro;s。最终用户等待时间消耗1 ms，比1 micro;s高出近1000倍。行业中的5G宏和微型基站，关键网关，路由器和云服务中心的服务器可能配备了主要由BDS组成的自控，多频带，多模式和低功耗GNSS板，以提供精确的协调位置和时间同步。 GNSS板可为5G基站，网关，路由器和主服务器提供统一的纳秒级时间和厘米级坐标系统。因此，“ 5G BDS / GNSS”系统提供了良好的时空信息服务。此外，由于BDS / GNSS板具有高能效，通常仅消耗0.5–2 W的电能，因此与5G网络相比，其能耗可忽略不计。
因为“ 5G BDS / GNSS”的基站是高密度，高精度的地面增强网络，它是基于BDS数据的国家地面参考帧的补充和扩展，可为地面用户提供精确的定位，定时和时间同步服务。通过对BDS信号进行重新处理和校正，可以达到毫米级的定位精度和纳秒级的时间精度，并且可以基于当前的国家地震监测网络和5G网络提高地震监测，预警和预测的能力。可以建立针对大范围，区域和局部区域的三维（3D）大气湿成分的精确建模，根据5G BDS / GNSS的集成数据，以及可以提供响应的大数据服务，以精确预测大气中的可降水量。此外，它可以在精确的位置和时间分析空气中的水分，并提供准确的以固定的数量，地点和时间进行预测。例如，“明天早上8:30至9:50在西安高科技园区的道路上会有9毫米的降水量”，这对于发展车联网（IoV）和智能驾驶至关重要。此外，它还可以实现精确的区域3D电离层模型，区域土壤湿度监测以及雷电和闪电定位的预警。上面提到的在大气，电离层和土壤湿度中的应用是结合BDS / GNSS和5G基站实现的遥感应用。
5G网络担当BDS / GNSS增强PNT服务的角色
5G基站不仅负责接收用于定位和定时服务的BDS信号，而且还负责发送类似于BDS的导航信息和测距信号（Deng等人2017）。来自5G站的信号可用于基于BDS的精确定位，因为每个基站都有由BDS确定的自己精确且一致的位置和时间。在5G站的支持下，将出现许多与精确PNT信息相关的应用，例如智慧城市建设，管理与控制，自然资源规划，管理与监督，智慧农业，精准农业，灾难性保险，智能交通监控和风险控制。
在IoV和智能互联汽车（ICV）操作中的应用和服务
基于先前的5G BDS / GNSS增强的PNT信息，可以建立基于“ 5G BDS / GNSS”的IoV。 IoV系统包括车辆道路协调以及基于“ 5G BDS / GNSS”的车辆的时间和位置感测。在“ 5G BDS / GNSS”提供的PNT信息的支持下，IoV区域云服务中心可以立即与公安交通管理中心，相关保险公司，车主单位和亲戚以及相关的4S商店连接。基于实时路况信息和时空信息更新的信息服务系统是高精度地图和众包中需要的。此外，IoV包括一个信息服务系统，该系统基于在启动每辆智能互联车辆后对道路的整个过程进行感应和控制的过程。使用由提供的PNT信息“ 5G BDS / GNSS”以及对汽车的实时感测在环境中，可以分别实现IoV和ICV的厘米级位置控制和纳秒级时间控制。
工业互联网/ CPS融合系统
基于“ 5G BD
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