5G通信技術在陸軍通信中的應用

萬露

5G，即第五代通信技術。與當前的4G網絡相比，5G網絡具有以下3大優勢。第一，更快的下載速度。5G的下載速度至少可達到4G網速的10倍，最高可達100倍。第二，更低的延遲。目前4G網絡的延遲約為3050毫秒，而5G網絡則能達到1毫秒甚至更低的延遲。第三，更大的容量。5G的大容量意味著網絡將同時更好地應對更多的需求，從物聯網設備生成的數據、虛擬現實體驗到同步高清視頻流，都將得以實現。第四，更高的可靠性。5G將會是可靠度非常高的網絡，這將使5G廣泛用于一些關鍵行業，如健康行業和互聯網汽車行業。第五，更強的靈活性。網絡切片可以將一個物理5G網絡劃分為多個虛擬網絡，因此運營商可以根據使用要求來使用正確的“切片”即可。

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

當前，為了在5G領域處于領先地位，各國展開了激烈的競爭。2018年12月，美國國際戰略研究中心發布題為《5G技術將重塑創新與安全環境》的報告。報告將5G通信技術的競爭上升為國家層面的戰略競爭，認為當敵對力量涉及5G通信技術的競爭時，國家安全就會出現薄弱點，面臨風險。5G通信技術將從兩個方面對未來智能化戰爭產生重要的推動作用。一方面，5G通信技術的通信特性使各國能夠在未來戰場上更加有效地指揮控制各種無人系統。而5G網絡的高速率、低延時的特性將使得對戰場各類無人系統的操控更加精準、各類作戰系統的自主操控能力將得到極大提升。另一方面，5G通信技術將進一步與人工智能技術相融合，從而能夠提升戰場智能化程度。由于未來戰場5G網絡將接入大量不同類型的戰場終端，并隨之產生可觀的戰場數據，基于5G的軍用通信系統將對未來智能化戰場起到舉足輕重的作用。

5G在軍用通信系統中的應用前景

軍用通信系統在現代化戰爭中占據著重要地位，發揮著不可替代的作用。以信息化和網絡中心化為核心的現代戰爭中，軍用通信技術能夠高效、穩定、可靠的分發與共享情報、指揮等信息，將戰場上不同的平臺聯通為一個作戰網絡，實現體系作戰。在實際作戰過程中，各單元必須借助無線通信技術，進行必要的信息交流，并實時跟蹤作戰情況，靈活變動作戰計劃。而軍事通信在異構網絡的保護下運行，需要在全球范圍內提供可彼此協作的語音、視頻和數據服務，并根據安全策略、傳輸需求和終端用戶的個人需求進行劃分。5G通信技術作為一種聚合技術，包含了一系列網絡制式和技術，可以為終端用戶提供傳統語音、視頻和數據需求方面的服務。比如，目前5G研究的關鍵性技術主要有大規模的MIMO天線陣列、超密集組網、高頻段通信、非正交多址接入（NOMA）技術等，這些技術都將被廣泛應用到軍事通信中，為戰場士兵通信、人機通信等實現技術保障。

現代戰爭的指揮系統已經將裝備單兵綜合戰斗系統的參戰士兵作為一個節點納入戰場自動化指揮和控制的信息平臺中，在戰場上，每一個參戰士兵都是戰場信息網中的一個節點、一個終端。單兵通信系統是單兵綜合戰斗系統的一個重要組成部分。它可作為單兵偵察通信系統，可在戰斗中實施抵近偵察、敵后滲透偵察以及戰場態勢信息的通信聯絡等任務。士兵已經成為現代戰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，例如美國未來部隊戰士（FFW）、英國未來步兵技術（FIST），其目的就是創建完全集成的作戰系統。除了在保護子系統和武器子系統上的巨大改進外，另一主要方面是為士兵提供先進的視覺、語音和數據通信設備，以此提升在軍事網絡的操作邊緣提供重要信息的能力。

未來智能化戰爭對戰場士兵通信提出了很高的要求，主要體現在三個方面。

一是通信傳播，主要包括作戰過程中的語音傳輸、圖像傳輸和視頻傳輸。比如，一小隊協同部署的步兵部隊通過可穿戴無線通信設備，在混亂的城市作戰環境中接收和發送指令。隨著部隊在該環境下前進，他們之間的通信要求也會隨時發生變化，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，因此在戰場通信傳輸方面可以實現更加快速、清晰的傳輸。

二是通信保密。為了實現以網絡為中心的最佳作戰，戰場信息除了必須在士兵中間進行有效傳輸，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，軍用移動通信系統和民用移動通信系統常發生頻段重疊使用、互相干擾的問題。5G通信技術不僅充分利用了現有的通信資源，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行傳輸，從而提高軍隊通信的安全性。

5G將極大地提高戰場單兵態勢感知能力

三是無線通信設備電池能耗問題。常規的網絡數據傳輸會消耗很大的能量，在現代戰場中，士兵間通信依靠的是隨身穿戴或是攜帶的無線通信設備，電池進行更換或充電有時往返要耗時數天。因此，若通信功耗問題得以解決，將極大推動智能化設備在戰場上的廣泛應用。5G通信技術在提高數據傳輸速率的同時能夠大幅降低數據傳輸過程中的能耗，提高無線通信設備的電池使用效率，保障戰場士兵通信效率。

在戰場上，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，提高軍隊作戰效率，是未來作戰系統中重要的組成部分。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）就發起了名為“DARPA Grand Challenge”的沙漠無人車競賽，旨在推進無人車在軍事領域方面的應用;以色列也是軍用無人車開發和應用的先驅者，其研制的多用途無人車“守護者”可對軍事基地、重要管線、邊境線等執行巡邏任務;俄羅斯在2015年也推出了三款新型烏蘭系列無人車;英、法、德等也在積極發展多款地面無人車。

無人車系統通過不同的輸入，如傳感器、攝像機等傳輸的數據做出決策，從而進一步采取適當的行動。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，低延時的通信技術將極大提高無人車的處理速度。當士兵使用觸覺或力傳感器來維持對機器人運動的控制時，要求達到毫秒級的延遲。一些視覺反饋的場景則需要達到10毫秒的往返延遲，這樣的響應時間意味著對高帶寬的需求。雖然WiFi和4G也能進行傳輸，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，比如發生應用程序重啟，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場上的通信需求。

5G將實現士兵與武器裝備的快速可靠連接，進而掌握戰場主動權

其次，5G通信技術的應用也將降低無人車的能耗，延長其電池壽命。一些戰場無人車是士兵通過遠程控制器進行操控的，遠程控制器是一個固定的基站，接收來自無人車的數據，進行數據處理，做出決策，再把決策傳遞給無人車。在這個過程中，數據傳輸（通常使用WiFi或蜂窩網絡）和控制器都會對無人車的能耗產生影響。到目前為止，已經出現了幾代具有不同延遲和數據速率的蜂窩網絡，其中最重要的是3G、4G 和5G。相比之下，使用5G通信技術的無人車能耗最低，決策速度最快。比如，傳遞4K畫質的圖像時，比起4G網絡，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網絡對無人車實現完全自主導航也將起到關鍵作用。無人車要在路況復雜的戰場上自主完成任務，需要依賴其系統中的智能導航系統通過車身上的傳感器和攝像頭采集周圍環境的圖像進行建圖，從而規劃行車路線。與傳統的導航系統相比，智能導航系統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，道路標志識別等。在行進過程中，無人車之間還能通過車載通信設備實時通信，以控制方向盤，調整速度，避免碰撞，實現任務之間的相互配合。這些功能都必須依靠5G網絡的超大帶寬和超低延時特點得以實現。

5G通信技術對軍事的影響

5G可以改善戰場通信，使信息傳輸更快、更穩定，從而提高信息的及時性和集成性。理論上，5G可以提供實現物聯網和人工智能在戰場上充分發揮潛力所需要的快速傳輸和帶寬。從這點來看，5G可以幫助實現軍事智能化。就像5G可以在智能城市實現大規模的機器間的通信一樣，隨著戰爭從“信息化”向“智能化”的轉變，基于相似網絡下的傳感器和設備就顯得非常有優勢。基于5G的大范圍集成的基礎設施可以為各國提供運營上的優勢，通過數據分析效率的不斷提高，或許還能實現實時協調或指揮控制，提高態勢感知能力。

5G將使戰場聯通更為順暢，體系更為復雜，同時電磁環境也更加復雜

5G時代，軍事智能化將極大改變戰場形態。軍隊作戰利用增強現實技術，可實現對目標物方位識別、遠程偵察和預警，及時快速更新情報，刷新單兵或基層指揮員作戰電腦上的戰場資訊，實現指揮網絡化、及時化、一體化戰場控制。一旦5G通信系統全球部署，將具有與軍用通信系統相同甚至更強的服務能力。各類軍用移動終端除接入軍中戰術通信網絡外，也可以直接利用5G通信網絡，進行加密數據通信，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，極大提升戰場的信息化保障能力。

當前，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絡體系，并迅速動員大量資源支持戰爭。軍民共用通信系統的構建使軍方能夠從民用經濟和基礎設施中獲益。各國在致力構建基于5G的軍民共用通信系統上都做出了相當的努力。

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商業網絡，韓國成為亞洲首個開通5G商業網絡的國家。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部署，目前在韓國的13個城市和縣都有服務。而韓國電信和LG UPlus在同一天啟動了各自5G網絡的商業接入，不過目前似乎規模較小。多家媒體報道稱，韓國電信在光通信推出了首個5G服務，該公司已在首爾和韓國其他6個大城市部署了5G基礎設施。

美國也將網絡部署作為國家信息安全的核心內容。互聯網如“神經系統”一般，融入美國社會的各個領域。美國將關鍵基礎設施作為國家網絡安全保障的重點，政府、網軍、企業和社會組織作為國家網絡安全保障的主體，協調配合，共同保障國家網絡安全。2017年5月，T-Mobile宣布，2020年將實現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，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，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展開。

結語

5G不僅僅擁有巨大的商業價值，在軍事應用方面更是有非常廣闊的應用前景。5G技術是未來智能化戰場的關鍵，更多的智能設備，如機器人、人工智能、無人車、主站坦克等將在基于5G的信息系統中實現戰場互聯，協同配合。5G也將明顯提升未來戰場的信息共享速度，實時傳輸包括文字、語音、圖像、視頻之類的作戰信息數據。作戰指揮人員可以通過云計算技術，快速分析戰場形勢，實現決策優勢，也可以通過高清視頻通信，實現可視化指揮模式。5G將有潛力助力軍隊構建更加完善的軍事物聯網體系，實現一個“萬物互聯”的未來戰場。

責任編輯：彭振忠