5G通信技術(shù)在陸軍通信中的應(yīng)用

萬露

5G，即第五代通信技術(shù)。與當(dāng)前的4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)具有以下3大優(yōu)勢。第一，更快的下載速度。5G的下載速度至少可達(dá)到4G網(wǎng)速的10倍，最高可達(dá)100倍。第二，更低的延遲。目前4G網(wǎng)絡(luò)的延遲約為3050毫秒，而5G網(wǎng)絡(luò)則能達(dá)到1毫秒甚至更低的延遲。第三，更大的容量。5G的大容量意味著網(wǎng)絡(luò)將同時更好地應(yīng)對更多的需求，從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實體驗到同步高清視頻流，都將得以實現(xiàn)。第四，更高的可靠性。5G將會是可靠度非常高的網(wǎng)絡(luò)，這將使5G廣泛用于一些關(guān)鍵行業(yè)，如健康行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)汽車行業(yè)。第五，更強的靈活性。網(wǎng)絡(luò)切片可以將一個物理5G網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，因此運營商可以根據(jù)使用要求來使用正確的“切片”即可。

從軍用方面來說，5G可以提高戰(zhàn)場的通信速度，使信息傳輸更加快速穩(wěn)定，保障信息的及時性和集成性，為武裝部隊提供更大的系統(tǒng)容量、更多的設(shè)備連接以及超高速傳輸。國際知名智庫戰(zhàn)略和國際研究中心（CSIS）高級副總裁詹姆斯·路易斯在2018年12月發(fā)布的研究報告《5G將如何塑造創(chuàng)新和安全：入門讀本》中預(yù)測：“5G將成為新型軍事技術(shù)的基礎(chǔ)，如機器人、人工智能和一些先進(jìn)的傳感設(shè)備?！?/p>

當(dāng)前，為了在5G領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，各國展開了激烈的競爭。2018年12月，美國國際戰(zhàn)略研究中心發(fā)布題為《5G技術(shù)將重塑創(chuàng)新與安全環(huán)境》的報告。報告將5G通信技術(shù)的競爭上升為國家層面的戰(zhàn)略競爭，認(rèn)為當(dāng)敵對力量涉及5G通信技術(shù)的競爭時，國家安全就會出現(xiàn)薄弱點，面臨風(fēng)險。5G通信技術(shù)將從兩個方面對未來智能化戰(zhàn)爭產(chǎn)生重要的推動作用。一方面，5G通信技術(shù)的通信特性使各國能夠在未來戰(zhàn)場上更加有效地指揮控制各種無人系統(tǒng)。而5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、低延時的特性將使得對戰(zhàn)場各類無人系統(tǒng)的操控更加精準(zhǔn)、各類作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主操控能力將得到極大提升。另一方面，5G通信技術(shù)將進(jìn)一步與人工智能技術(shù)相融合，從而能夠提升戰(zhàn)場智能化程度。由于未來戰(zhàn)場5G網(wǎng)絡(luò)將接入大量不同類型的戰(zhàn)場終端，并隨之產(chǎn)生可觀的戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，基于5G的軍用通信系統(tǒng)將對未來智能化戰(zhàn)場起到舉足輕重的作用。

5G在軍用通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

軍用通信系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中占據(jù)著重要地位，發(fā)揮著不可替代的作用。以信息化和網(wǎng)絡(luò)中心化為核心的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，軍用通信技術(shù)能夠高效、穩(wěn)定、可靠的分發(fā)與共享情報、指揮等信息，將戰(zhàn)場上不同的平臺聯(lián)通為一個作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)體系作戰(zhàn)。在實際作戰(zhàn)過程中，各單元必須借助無線通信技術(shù)，進(jìn)行必要的信息交流，并實時跟蹤作戰(zhàn)情況，靈活變動作戰(zhàn)計劃。而軍事通信在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)下運行，需要在全球范圍內(nèi)提供可彼此協(xié)作的語音、視頻和數(shù)據(jù)服務(wù)，并根據(jù)安全策略、傳輸需求和終端用戶的個人需求進(jìn)行劃分。5G通信技術(shù)作為一種聚合技術(shù)，包含了一系列網(wǎng)絡(luò)制式和技術(shù)，可以為終端用戶提供傳統(tǒng)語音、視頻和數(shù)據(jù)需求方面的服務(wù)。比如，目前5G研究的關(guān)鍵性技術(shù)主要有大規(guī)模的MIMO天線陣列、超密集組網(wǎng)、高頻段通信、非正交多址接入（NOMA）技術(shù)等，這些技術(shù)都將被廣泛應(yīng)用到軍事通信中，為戰(zhàn)場士兵通信、人機通信等實現(xiàn)技術(shù)保障。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的指揮系統(tǒng)已經(jīng)將裝備單兵綜合戰(zhàn)斗系統(tǒng)的參戰(zhàn)士兵作為一個節(jié)點納入戰(zhàn)場自動化指揮和控制的信息平臺中，在戰(zhàn)場上，每一個參戰(zhàn)士兵都是戰(zhàn)場信息網(wǎng)中的一個節(jié)點、一個終端。單兵通信系統(tǒng)是單兵綜合戰(zhàn)斗系統(tǒng)的一個重要組成部分。它可作為單兵偵察通信系統(tǒng)，可在戰(zhàn)斗中實施抵近偵察、敵后滲透偵察以及戰(zhàn)場態(tài)勢信息的通信聯(lián)絡(luò)等任務(wù)。士兵已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中非常重要的一部分，世界各國也早已推出各種研究項目，例如美國未來部隊?wèi)?zhàn)士（FFW）、英國未來步兵技術(shù)（FIST），其目的就是創(chuàng)建完全集成的作戰(zhàn)系統(tǒng)。除了在保護(hù)子系統(tǒng)和武器子系統(tǒng)上的巨大改進(jìn)外，另一主要方面是為士兵提供先進(jìn)的視覺、語音和數(shù)據(jù)通信設(shè)備，以此提升在軍事網(wǎng)絡(luò)的操作邊緣提供重要信息的能力。

未來智能化戰(zhàn)爭對戰(zhàn)場士兵通信提出了很高的要求，主要體現(xiàn)在三個方面。

一是通信傳播，主要包括作戰(zhàn)過程中的語音傳輸、圖像傳輸和視頻傳輸。比如，一小隊協(xié)同部署的步兵部隊通過可穿戴無線通信設(shè)備，在混亂的城市作戰(zhàn)環(huán)境中接收和發(fā)送指令。隨著部隊在該環(huán)境下前進(jìn)，他們之間的通信要求也會隨時發(fā)生變化，從語音信息、文字信息、圖像信息到實時的視頻信息，都需要高效快速的傳輸以保障信息的及時性和有效性。目前，4G LTE的頻段最高頻率約在2吉赫茲左右，其可用頻譜帶寬只有100兆赫茲。相比之下，基于毫米波的5G通信，其頻譜寬帶可翻10倍，時延可精確到毫秒級，因此在戰(zhàn)場通信傳輸方面可以實現(xiàn)更加快速、清晰的傳輸。

二是通信保密。為了實現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為中心的最佳作戰(zhàn)，戰(zhàn)場信息除了必須在士兵中間進(jìn)行有效傳輸，同時也要保持較低的可偵察性和可攔截性。目前，因頻段資源的短缺，軍用移動通信系統(tǒng)和民用移動通信系統(tǒng)常發(fā)生頻段重疊使用、互相干擾的問題。5G通信技術(shù)不僅充分利用了現(xiàn)有的通信資源，同時也向毫米波通信資源擴展，從而使軍隊可以擁有專門頻率，士兵通信可通過軍隊專有頻段進(jìn)行傳輸，從而提高軍隊通信的安全性。

5G將極大地提高戰(zhàn)場單兵態(tài)勢感知能力

三是無線通信設(shè)備電池能耗問題。常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸會消耗很大的能量，在現(xiàn)代戰(zhàn)場中，士兵間通信依靠的是隨身穿戴或是攜帶的無線通信設(shè)備，電池進(jìn)行更換或充電有時往返要耗時數(shù)天。因此，若通信功耗問題得以解決，將極大推動智能化設(shè)備在戰(zhàn)場上的廣泛應(yīng)用。5G通信技術(shù)在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時能夠大幅降低數(shù)據(jù)傳輸過程中的能耗，提高無線通信設(shè)備的電池使用效率，保障戰(zhàn)場士兵通信效率。

在戰(zhàn)場上，地面無人車可以代替人類完成高危、繁重的工作，如偵察、掃雷、工程建設(shè)等，從而減少士兵傷亡。同時，無人車也可以運輸軍用物資，提高軍隊作戰(zhàn)效率，是未來作戰(zhàn)系統(tǒng)中重要的組成部分。各國很早就開始了無人車的研究，2004年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）就發(fā)起了名為“DARPA Grand Challenge”的沙漠無人車競賽，旨在推進(jìn)無人車在軍事領(lǐng)域方面的應(yīng)用;以色列也是軍用無人車開發(fā)和應(yīng)用的先驅(qū)者，其研制的多用途無人車“守護(hù)者”可對軍事基地、重要管線、邊境線等執(zhí)行巡邏任務(wù);俄羅斯在2015年也推出了三款新型烏蘭系列無人車;英、法、德等也在積極發(fā)展多款地面無人車。

無人車系統(tǒng)通過不同的輸入，如傳感器、攝像機等傳輸?shù)臄?shù)據(jù)做出決策，從而進(jìn)一步采取適當(dāng)?shù)男袆?。無人車的性能則取決于諸多因素，包括處理速度、能耗、電池壽命和運行時間等，5G通信技術(shù)將使得無人車在這些方面有顯著的提升。

首先，低延時的通信技術(shù)將極大提高無人車的處理速度。當(dāng)士兵使用觸覺或力傳感器來維持對機器人運動的控制時，要求達(dá)到毫秒級的延遲。一些視覺反饋的場景則需要達(dá)到10毫秒的往返延遲，這樣的響應(yīng)時間意味著對高帶寬的需求。雖然WiFi和4G也能進(jìn)行傳輸，但各有其缺陷。WiFi不支持快速切換，在WiFi熱點覆蓋范圍出入的無人車可能會受到不同程度的損壞，比如發(fā)生應(yīng)用程序重啟，需要時間重新建立連接。雖然可以通過讓無人車同時接收更多WiFi通道來解決切換問題，但隨之而來的是成本的增加和復(fù)雜性的提高。而4G雖然能較好地控制干擾和切換，但其帶寬和頻譜有限，無法很好滿足無人車的需求。而5G通信技術(shù)具有大容量和低延遲的特點，它將LTE接入與新的空中接口結(jié)合在一起，提供更廣的覆蓋范圍、更大的帶寬以及毫秒級的延遲，能夠更好地滿足無人車在戰(zhàn)場上的通信需求。

5G將實現(xiàn)士兵與武器裝備的快速可靠連接，進(jìn)而掌握戰(zhàn)場主動權(quán)

其次，5G通信技術(shù)的應(yīng)用也將降低無人車的能耗，延長其電池壽命。一些戰(zhàn)場無人車是士兵通過遠(yuǎn)程控制器進(jìn)行操控的，遠(yuǎn)程控制器是一個固定的基站，接收來自無人車的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做出決策，再把決策傳遞給無人車。在這個過程中，數(shù)據(jù)傳輸（通常使用WiFi或蜂窩網(wǎng)絡(luò)）和控制器都會對無人車的能耗產(chǎn)生影響。到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了幾代具有不同延遲和數(shù)據(jù)速率的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，其中最重要的是3G、4G 和5G。相比之下，使用5G通信技術(shù)的無人車能耗最低，決策速度最快。比如，傳遞4K畫質(zhì)的圖像時，比起4G網(wǎng)絡(luò)，5G比其少消耗約41焦耳的能量，但決策速度卻快上約1.7秒。

最后，5G網(wǎng)絡(luò)對無人車實現(xiàn)完全自主導(dǎo)航也將起到關(guān)鍵作用。無人車要在路況復(fù)雜的戰(zhàn)場上自主完成任務(wù)，需要依賴其系統(tǒng)中的智能導(dǎo)航系統(tǒng)通過車身上的傳感器和攝像頭采集周圍環(huán)境的圖像進(jìn)行建圖，從而規(guī)劃行車路線。與傳統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)相比，智能導(dǎo)航系統(tǒng)所建立的地圖包含更多的信息，除了道路形狀、通行方向、車道等信息，還包含障礙物的類別，道路標(biāo)志識別等。在行進(jìn)過程中，無人車之間還能通過車載通信設(shè)備實時通信，以控制方向盤，調(diào)整速度，避免碰撞，實現(xiàn)任務(wù)之間的相互配合。這些功能都必須依靠5G網(wǎng)絡(luò)的超大帶寬和超低延時特點得以實現(xiàn)。

5G通信技術(shù)對軍事的影響

5G可以改善戰(zhàn)場通信，使信息傳輸更快、更穩(wěn)定，從而提高信息的及時性和集成性。理論上，5G可以提供實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能在戰(zhàn)場上充分發(fā)揮潛力所需要的快速傳輸和帶寬。從這點來看，5G可以幫助實現(xiàn)軍事智能化。就像5G可以在智能城市實現(xiàn)大規(guī)模的機器間的通信一樣，隨著戰(zhàn)爭從“信息化”向“智能化”的轉(zhuǎn)變，基于相似網(wǎng)絡(luò)下的傳感器和設(shè)備就顯得非常有優(yōu)勢?；?G的大范圍集成的基礎(chǔ)設(shè)施可以為各國提供運營上的優(yōu)勢，通過數(shù)據(jù)分析效率的不斷提高，或許還能實現(xiàn)實時協(xié)調(diào)或指揮控制，提高態(tài)勢感知能力。

5G將使戰(zhàn)場聯(lián)通更為順暢，體系更為復(fù)雜，同時電磁環(huán)境也更加復(fù)雜

5G時代，軍事智能化將極大改變戰(zhàn)場形態(tài)。軍隊作戰(zhàn)利用增強現(xiàn)實技術(shù)，可實現(xiàn)對目標(biāo)物方位識別、遠(yuǎn)程偵察和預(yù)警，及時快速更新情報，刷新單兵或基層指揮員作戰(zhàn)電腦上的戰(zhàn)場資訊，實現(xiàn)指揮網(wǎng)絡(luò)化、及時化、一體化戰(zhàn)場控制。一旦5G通信系統(tǒng)全球部署，將具有與軍用通信系統(tǒng)相同甚至更強的服務(wù)能力。各類軍用移動終端除接入軍中戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)外，也可以直接利用5G通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行加密數(shù)據(jù)通信，為軍隊提供“廣覆蓋、高速率、強兼容”的空地一體化備份通信能力，極大提升戰(zhàn)場的信息化保障能力。

當(dāng)前，各國都在積極探索5G時代在軍事方面的潛力。在未來的智能化戰(zhàn)爭場景中，或許將能夠通過5G建立一個延伸至市級的國家網(wǎng)絡(luò)體系，并迅速動員大量資源支持戰(zhàn)爭。軍民共用通信系統(tǒng)的構(gòu)建使軍方能夠從民用經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施中獲益。各國在致力構(gòu)建基于5G的軍民共用通信系統(tǒng)上都做出了相當(dāng)?shù)呐Α?/p>

2018年12月1日，韓國電信、LG UPlus和SK電訊三家運營商開通了5G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，韓國成為亞洲首個開通5G商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的國家。SK電訊在一份新聞稿中正式宣布了5G的推出。該公司擁有迄今為止最廣泛的商業(yè)部署，目前在韓國的13個城市和縣都有服務(wù)。而韓國電信和LG UPlus在同一天啟動了各自5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)接入，不過目前似乎規(guī)模較小。多家媒體報道稱，韓國電信在光通信推出了首個5G服務(wù)，該公司已在首爾和韓國其他6個大城市部署了5G基礎(chǔ)設(shè)施。

美國也將網(wǎng)絡(luò)部署作為國家信息安全的核心內(nèi)容?；ヂ?lián)網(wǎng)如“神經(jīng)系統(tǒng)”一般，融入美國社會的各個領(lǐng)域。美國將關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施作為國家網(wǎng)絡(luò)安全保障的重點，政府、網(wǎng)軍、企業(yè)和社會組織作為國家網(wǎng)絡(luò)安全保障的主體，協(xié)調(diào)配合，共同保障國家網(wǎng)絡(luò)安全。2017年5月，T-Mobile宣布，2020年將實現(xiàn)5G的全國覆蓋。愛立信、英特爾將與T-Mobile合作開展5G部署，使用600MHz無線頻率，到2020年完成實時的、移動的全國5G建設(shè)，重點是5G熱點。2018年，Verizon宣布將在美國3～5個城市推出5G居民寬帶服務(wù)，目前，Verizon的5G試驗已在加利福尼亞、喬治亞、馬薩諸塞、密歇根、新澤西、德克薩斯和華盛頓特區(qū)展開。

結(jié)語

5G不僅僅擁有巨大的商業(yè)價值，在軍事應(yīng)用方面更是有非常廣闊的應(yīng)用前景。5G技術(shù)是未來智能化戰(zhàn)場的關(guān)鍵，更多的智能設(shè)備，如機器人、人工智能、無人車、主站坦克等將在基于5G的信息系統(tǒng)中實現(xiàn)戰(zhàn)場互聯(lián)，協(xié)同配合。5G也將明顯提升未來戰(zhàn)場的信息共享速度，實時傳輸包括文字、語音、圖像、視頻之類的作戰(zhàn)信息數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)指揮人員可以通過云計算技術(shù)，快速分析戰(zhàn)場形勢，實現(xiàn)決策優(yōu)勢，也可以通過高清視頻通信，實現(xiàn)可視化指揮模式。5G將有潛力助力軍隊構(gòu)建更加完善的軍事物聯(lián)網(wǎng)體系，實現(xiàn)一個“萬物互聯(lián)”的未來戰(zhàn)場。

責(zé)任編輯：彭振忠