5G軍事應(yīng)用前景分析

方芳　彭玉婷

第五代移動通信系統(tǒng)（5G）是新一代寬帶無線移動通信系統(tǒng)，能極大增強無線通信能力，并正在與人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)緊密融合，以“5G+”的形式與工業(yè)、交通、醫(yī)療、金融、建筑等垂直領(lǐng)域相結(jié)合，催生“改變社會”的新移動互聯(lián)模式。5G不僅在國民經(jīng)濟與社會發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色，還對軍事安全至關(guān)重要。

5G簡述

5G將具10～20Gbp的峰值速率、100Mbps～1Gbps的用戶體驗速率、每平方千米100萬的連接數(shù)密度、1毫秒的空口時延、500千米/小時的移動性支持、每平方米10Mbps的流量密度等關(guān)鍵能力指標，相對4G提升3～5倍的頻譜效率以及百倍的能效。如果說1G是土路，2G是柏油路，3G是高速公路，4G是加寬高速公路，那么5G將是集高速公路、高速鐵路、高速水運航線、高速空運航線等于一體的交通網(wǎng)。

隨著世界新軍事革命加速推進，作戰(zhàn)域由陸、海、空等傳統(tǒng)領(lǐng)域向太空、網(wǎng)絡(luò)空間等非傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展，作戰(zhàn)樣式由“以平臺為中心”向“以網(wǎng)絡(luò)為中心”轉(zhuǎn)變，未來戰(zhàn)爭的跨域協(xié)同、全頻譜集成、大數(shù)據(jù)驅(qū)動、一體化智能化等趨勢愈加明顯，信息通信技術(shù)已成為謀取軍事優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略手段。5G基于體系創(chuàng)新方式實現(xiàn)了多種技術(shù)和系統(tǒng)融合，勢必會滲透到軍事信息通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，進而引起指揮控制、情報監(jiān)視偵察、無人系統(tǒng)控制等領(lǐng)域的變革。

5G在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)引起美國、韓國、歐洲等國家和地區(qū)注意，特別是美國認為“5G是新軍備競賽，任何主導5G技術(shù)的國家都將在21世紀的大部分時間擁有經(jīng)濟、情報和軍事上的優(yōu)勢”。這些國家和地區(qū)已經(jīng)積極采取行動開展相關(guān)探索。

各國探索5G軍事應(yīng)用的主要動向

美國第一，開展5G軍事應(yīng)用評估。2019年4月，美國國防部國防創(chuàng)新委員會發(fā)布《5G生態(tài)系統(tǒng)：國防部面臨的風險與機遇》報告，認為5G為重塑國防部網(wǎng)絡(luò)和信息流程、提高戰(zhàn)場態(tài)勢感知和決策效能提供了機遇，然而由于傳播和成本限制，目前美國側(cè)重的毫米波方案在大規(guī)模部署、廣域組網(wǎng)方面存在較大難度，而中國占優(yōu)勢的6GHz以下（Sub-6GHz）的中頻頻譜（3～4GHz）將成為未來幾年廣域網(wǎng)的全球標準，這將給美國防安全帶來很多潛在風險。

該報告提出以下3點建議措施。一是國防部需要制定共享Sub-6GHz頻譜的計劃，以塑造未來的5G生態(tài)系統(tǒng)，包括評估需要共享多少帶寬和哪些帶寬，在什么時間范圍內(nèi)進行共享，以及共享將如何影響國防部系統(tǒng);二是國防部必須做好在“后西方”移動通信生態(tài)系統(tǒng)中運作的準備，應(yīng)制定包括工程和戰(zhàn)略層面的系統(tǒng)安全性和彈性的研發(fā)投資計劃;三是國防部應(yīng)倡導美國調(diào)整貿(mào)易政策，以遏制可能將國家安全資產(chǎn)和任務(wù)置于危險之中的供應(yīng)鏈漏洞。

1G到5G的演變

2019年6月，美國國防部國防科學委員會也發(fā)布《5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國防應(yīng)用》報告，認為5G最大的應(yīng)用潛力在于對未來戰(zhàn)爭或軍事網(wǎng)絡(luò)的潛在影響，并對5G國防應(yīng)用前景及潛在風險進行了評估。該報告認為，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國防領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景：其大容量、高速率、低功耗、低延時等優(yōu)勢可強化美國國防部當前任務(wù)能力，并實現(xiàn)能力創(chuàng)新，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、安全增強、新型無線電技術(shù)能滿足多樣化的應(yīng)用場景和通信需求。

該報告還針對美國國防部擬制定的5G戰(zhàn)略提出了10條建議，主要歸納為5方面。一是在頻譜資源方面，根據(jù)即將出臺的《國家頻譜戰(zhàn)略》制定國防部頻譜戰(zhàn)略規(guī)劃，建立新的頻譜共享機制，保障5G頻譜資源需求;二是在關(guān)鍵技術(shù)方面，加強5G核心技術(shù)——毫米波通信技術(shù)的發(fā)展與轉(zhuǎn)化，制定并執(zhí)行為期3年的5G科技路線圖，重點關(guān)注衛(wèi)星通信、人工智能、大規(guī)模多天線陣列系統(tǒng)、霧計算、毫米波芯片等技術(shù)與5G的融合;三是在標準方面，加快制定5G器件、技術(shù)、應(yīng)用等標準;四是在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面，在低強度競爭環(huán)境中實現(xiàn)5G應(yīng)用，并為高強度競爭環(huán)境及關(guān)鍵領(lǐng)域開發(fā)有針對性的安全5G系統(tǒng)，同時建立測試環(huán)境以探索創(chuàng)新應(yīng)用場景;五是在網(wǎng)絡(luò)安全方面，與相關(guān)機構(gòu)合作開展5G網(wǎng)絡(luò)脆弱性評估，制定安全評估程序和風險降低計劃，制定5G供應(yīng)鏈管理戰(zhàn)略，對5G網(wǎng)絡(luò)安全性、供應(yīng)鏈可靠性和安全性進行全面把控。

第二，啟動5G技術(shù)軍事應(yīng)用試驗。2019年6月，美國國會通過《2020財年國防授權(quán)法》草案，批準國防部新設(shè)立“下一代信息通信技術(shù)”項目，計劃斥資1.75億美元，加速推進5G軍事應(yīng)用研究。

同年10月，美國國防部宣布選定首批4個軍事基地用于5G技術(shù)相關(guān)原型平臺的部署和軟件測試，分別是：空軍希爾基地，主要構(gòu)建動態(tài)頻譜共享測試平臺，以演示在使用大功率中頻雷達的競爭環(huán)境中采用5G的能力;陸軍麥考德基地，主要利用5G將增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實集成到訓練靶場內(nèi)，測試虛擬和實時環(huán)境中的任務(wù)規(guī)劃和訓練;海軍陸戰(zhàn)隊佐治亞后勤基地、海軍圣地亞哥基地，主要測試智能倉庫利用5G能力來增強后勤運作的能力。這些基地可提供便利的頻譜資源利用途徑、成熟的光纖和無線基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵設(shè)備的訪問權(quán)限，能為基礎(chǔ)設(shè)施改進和更新需求提供支持，具備使用動態(tài)頻譜共享進行可控實驗的能力。

2020年2月，美國國防部公布2021財年國防預(yù)算需求文件，強調(diào)將研究投資集中在四大新興技術(shù)領(lǐng)域，其中5G/微電子領(lǐng)域的2021財年預(yù)算申請是15億美元。美國國防部希望通過5G技術(shù)來實現(xiàn)“無處不在的連接性”，并表示將加速推進5G軍事應(yīng)用的探索和實踐。

第三，積極探索毫米波通信技術(shù)軍事應(yīng)用。毫米波通信技術(shù)是5G核心技術(shù)之一，可實現(xiàn)熱點區(qū)域超高速覆蓋，美國已經(jīng)開展其軍事應(yīng)用的先期探索。

5G采用毫米波和Sub-6兩種頻譜的優(yōu)劣勢對比

DARPA于2013年啟動100Gbps射頻骨干網(wǎng)項目，旨在開發(fā)工作于70～80GHz毫米波頻段的機載無線骨干網(wǎng)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)率達100Gbps的空-空和空-地通信。2018年1月，在項目第二階段測試中，DARPA聯(lián)合諾斯羅普·格魯曼公司在城市環(huán)境中（20千米范圍內(nèi)）操作演示了速率為100Gbps的數(shù)據(jù)鏈路，樹立了無線傳輸速度新標桿。在2018年6月開始的第三階段飛行測試中，又演示了速率為100Gbps、通信距離達100千米的空-地鏈路，如果降低數(shù)據(jù)率，距離還可進一步延伸。該項目的完成將使美軍空中通信邁上新臺階。

歐洲2018年7月，歐洲空客公司推出安全空中軍事通信網(wǎng)絡(luò)解決方案——“天空網(wǎng)絡(luò)”（NFTS）。NFTS將多種技術(shù)進行整合，包括衛(wèi)星鏈路（地球同步軌道和中、低地球軌道衛(wèi)星）、戰(zhàn)術(shù)空-地/地-空/空-空鏈路、話音鏈路、激光通信連接和5G移動通信單元，以形成彈性全球網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。空客公司的通信網(wǎng)絡(luò)解決方案可在飛機、衛(wèi)星、指揮中心和地面/海上部署的移動部隊之間實現(xiàn)互操作，從而解決單架飛機在分離網(wǎng)絡(luò)中運行時面臨的問題，這就更好地發(fā)揮了5G在通信速率以及傳輸可靠性上的優(yōu)勢。

NFTS項目啟動后，分別于2018年9月和2019年6月進行了兩次比較重要的演示測試。在第一次測試中，空客公司成功演示了利用高空氣球作為空中節(jié)點，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)對ISR數(shù)據(jù)的高速傳輸;在第二次測試中，空客公司以多功能加油運輸機（MRTT）作為空中節(jié)點，模擬在MRTT、戰(zhàn)斗機、地面部隊和地面聯(lián)合空中作戰(zhàn)中心之間建立寬帶通信鏈路的場景，成功展示了跨多個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和多種技術(shù)的安全端到端通信的實時運行。

韓國? 2019年4月，韓國軍事學院與韓國SK電訊公司簽署了一項商業(yè)協(xié)議，將成立一所智能軍事學校，融合人工智能、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等與5G相關(guān)的技術(shù)，用于軍事訓練，以促進新一代信息技術(shù)融入國防和軍事領(lǐng)域。例如，在基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的戰(zhàn)斗實踐項目中引入5G技術(shù)，以其低延遲、快速和超連接性提高訓練效率，增強訓練效果。

5G軍事應(yīng)用前景分析

與以往移動通信系統(tǒng)相比，5G是一種技術(shù)和運用上的革命性變革，各項關(guān)鍵能力指標相比4G均有大幅提升：用戶體驗速率提升10倍，峰值速率提升20倍，流量密度提升100倍，能量效率提升100倍，連接數(shù)密度提升10倍，時延縮短到之前的1/10，頻譜效率提升3倍，移動性提高近1倍。5G對通信能力的極大增強，將與人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等新信息技術(shù)緊密融合，推動軍事移動通信網(wǎng)絡(luò)乃至作戰(zhàn)樣式的快速變革發(fā)展。

第一，5G推進毫米波通信技術(shù)實用化，實現(xiàn)大容量、高速率、抗截獲軍事移動通信。毫米波通信技術(shù)因其通信容量大、安全保密和抗干擾能力強、傳輸質(zhì)量高等突出特點而備受青睞，但也由于傳播距離短、損耗大、易受阻擋等短板，應(yīng)用受限。5G網(wǎng)絡(luò)的大量小基站、大規(guī)模天線系統(tǒng)（M-MIMO）和波束成形技術(shù)為毫米波通信技術(shù)實用化提供了解決方案。5G網(wǎng)絡(luò)通過部署大量小型基站的方式加強傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，間接彌補了毫米波穿透性差、傳播距離短的缺陷;M-MIMO以128個收發(fā)單元以上的大規(guī)模天線陣列解決了毫米波發(fā)射和接收的問題，可大幅提高信號傳輸速度，增強信號強度;波束成形技術(shù)使發(fā)射出去的毫米波聚焦到一個精準指向，波束周圍的信號強度成指數(shù)衰減，具有較強的抗干擾、抗截獲能力，特別適合保密通信。

DARPA的100Gbps射頻骨干網(wǎng)項目構(gòu)想

5G（外圈）與4G（內(nèi)圈）性能指標的對比

在未來戰(zhàn)場上，為實現(xiàn)實時態(tài)勢感知和高效輔助決策需要有大量數(shù)據(jù)信息被傳輸交換，而高清圖像、視頻等軍事數(shù)據(jù)的爆炸式激增已經(jīng)給現(xiàn)有軍事通信網(wǎng)絡(luò)造成極大挑戰(zhàn)。DARPA分析稱，僅一架全球鷹無人機進行數(shù)據(jù)傳輸所需的帶寬就高達500Mbps，相當于美軍在第一次海灣戰(zhàn)爭中所使用的全部帶寬;DARPA研發(fā)的商業(yè)時標陣列（ACT）先進相控陣雷達數(shù)據(jù)傳輸量預(yù)計達到108Gbps，大大超過目前軍事通信網(wǎng)絡(luò)的承載能力。5G毫米波通信技術(shù)為解決這一挑戰(zhàn)提供了途徑，在戰(zhàn)術(shù)指揮控制、作戰(zhàn)平臺點對點通信等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

第二，5G采用新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促進戰(zhàn)場移動網(wǎng)絡(luò)深度融合、靈活適變。當前，戰(zhàn)場移動通信基礎(chǔ)設(shè)施平臺基于專用硬件實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)功能與硬件的緊耦合和網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)的緊耦合，導致設(shè)備復(fù)雜度高、資源配置能力不強、靈活性及協(xié)同性缺乏。5G基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)構(gòu)建新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使5G網(wǎng)絡(luò)成為“柔性”網(wǎng)絡(luò)，可滿足多樣化的應(yīng)用場景和通信需求。此外，5G實施異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源切片統(tǒng)一控制，可有效增強戰(zhàn)場信息通信網(wǎng)絡(luò)的深度融合，支持戰(zhàn)場平臺全域互聯(lián)和戰(zhàn)場信息充分共享，將從多方面深刻改變未來聯(lián)合作戰(zhàn)模式，提升感知、決策、交戰(zhàn)、保障等資源的網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、體系化協(xié)同運用能力。

第三，5G支撐人工智能技術(shù)軍事應(yīng)用，助力智能作戰(zhàn)樣式形成。5G的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算等技術(shù)與人工智能技術(shù)相融合，將大大促進人工智能技術(shù)的深度軍事應(yīng)用。在基于5G技術(shù)的海量終端接入、海量數(shù)據(jù)傳輸、全要素互聯(lián)、高實時協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)支撐下，將會由實體向虛擬拓展覆蓋整個戰(zhàn)場空間的智能化作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)。特別是在無人機集群控制方面，可根據(jù)任務(wù)場景對帶寬、時延等的不同需求靈活配置網(wǎng)絡(luò)資源、敏捷重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能，滿足面向任務(wù)的差異化應(yīng)用需求，將對有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)和無人蜂群作戰(zhàn)研究起到極大的推動作用。

對5G軍事應(yīng)用探索的幾點認識

5G將直接推動通信技術(shù)和產(chǎn)品的體系躍升，牽引材料、芯片、器件、軟件等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，帶動人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的縱深應(yīng)用，已成為新一輪信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)革命的戰(zhàn)略制高點，也已成為當前大國博弈的焦點。對于5G軍事領(lǐng)域應(yīng)用探索，有如下幾點認識。

一是應(yīng)加深5G軍事應(yīng)用需求研究。5G基于其核心技術(shù)優(yōu)勢，通信能力和服務(wù)能力得到極大增強，對軍事通信領(lǐng)域起到強力推進作用，可以更好地支撐新的作戰(zhàn)應(yīng)用。但是，軍事通信網(wǎng)絡(luò)具有與民用網(wǎng)絡(luò)不同的特性，如缺少大規(guī)模固定基礎(chǔ)設(shè)施支撐、網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化、電磁環(huán)境和傳播條件復(fù)雜等。以高速移動場景通信為例，民用5G移動通信支持最高500千米/小時的移動速度，可以滿足地面車輛、高鐵等移動設(shè)施的需求，而在艦機通信、機間通信、無人機集群、巡飛彈編隊等軍事應(yīng)用場景下，設(shè)備與設(shè)備、平臺與平臺間的移動速度將達到1000千米/小時甚至更高。軍用5G相關(guān)技術(shù)上還面臨著一些問題需要解決，具體軍事應(yīng)用場景也有待深化論證。應(yīng)深入研究5G技術(shù)在相關(guān)軍事應(yīng)用場景的可行性，對潛在應(yīng)用場景進行分類，提出功能和指標要求。

二是充分借鑒民用5G技術(shù)發(fā)展軍用5G網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)具有很好的軍民兩用性，如商用M-MIMO經(jīng)過適度改造后即可移植到軍事應(yīng)用中。應(yīng)充分利用、借鑒商用5G技術(shù)、標準、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，成體系布局軍用網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備、典型系統(tǒng)，同時開展相關(guān)標準規(guī)范的研究和制訂工作。

各國已啟動6G研究

三是提前布局6G、毫米波、太赫茲等前沿技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。按照移動通信技術(shù)的更迭時間，一代技術(shù)從研發(fā)到應(yīng)用大概需要10年。在5G即將投入商用時，各國已經(jīng)紛紛啟動6G技術(shù)概念的設(shè)計和研發(fā)工作。目前世界上對6G的研究處于探索階段，6G的技術(shù)方案、性能特征、應(yīng)用場景、建設(shè)運行等都未形成定論，但可以肯定的是，6G將在5G的基礎(chǔ)上進一步變革信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)和泛在連接，實現(xiàn)人與機器、機器與機器的無距離感互動，使人類社會進入泛在智能化信息時代。6G的軍事應(yīng)用將促成軍事信息體系的根本性變革，對軍事組織形式、對抗方式及裝備體系等產(chǎn)生難以估量的影響。2019年2月，美國總統(tǒng)特朗普在推特上呼吁美國盡可能快速地發(fā)展5G，甚至直接過渡到6G;3月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）同意開放95GHz～3THz的頻段，用于6G技術(shù)試驗，研究人員將有10年的使用許可來對6G技術(shù)、產(chǎn)品與服務(wù)進行試驗探索，這標志著美國已正式啟動6G技術(shù)研發(fā)。此外，毫米波、太赫茲、區(qū)塊鏈、量子計算等對通信能力和信息安全有重大影響的前沿技術(shù)也應(yīng)積極研究、超前布局，以避免技術(shù)突襲，確保發(fā)展優(yōu)勢。

責任編輯：葛? 妍