5G軍事應用前景分析

方芳　彭玉婷

第五代移動通信系統（5G）是新一代寬帶無線移動通信系統，能極大增強無線通信能力，并正在與人工智能、大數據等信息技術緊密融合，以“5G+”的形式與工業、交通、醫療、金融、建筑等垂直領域相結合，催生“改變社會”的新移動互聯模式。5G不僅在國民經濟與社會發展中扮演著關鍵角色，還對軍事安全至關重要。

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。

隨著世界新軍事革命加速推進，作戰域由陸、海、空等傳統領域向太空、網絡空間等非傳統領域擴展，作戰樣式由“以平臺為中心”向“以網絡為中心”轉變，未來戰爭的跨域協同、全頻譜集成、大數據驅動、一體化智能化等趨勢愈加明顯，信息通信技術已成為謀取軍事優勢的重要戰略手段。5G基于體系創新方式實現了多種技術和系統融合，勢必會滲透到軍事信息通信網絡領域，進而引起指揮控制、情報監視偵察、無人系統控制等領域的變革。

5G在軍事領域的應用已經引起美國、韓國、歐洲等國家和地區注意，特別是美國認為“5G是新軍備競賽，任何主導5G技術的國家都將在21世紀的大部分時間擁有經濟、情報和軍事上的優勢”。這些國家和地區已經積極采取行動開展相關探索。

各國探索5G軍事應用的主要動向

美國第一，開展5G軍事應用評估。2019年4月，美國國防部國防創新委員會發布《5G生態系統：國防部面臨的風險與機遇》報告，認為5G為重塑國防部網絡和信息流程、提高戰場態勢感知和決策效能提供了機遇，然而由于傳播和成本限制，目前美國側重的毫米波方案在大規模部署、廣域組網方面存在較大難度，而中國占優勢的6GHz以下（Sub-6GHz）的中頻頻譜（3～4GHz）將成為未來幾年廣域網的全球標準，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生態系統，包括評估需要共享多少帶寬和哪些帶寬，在什么時間范圍內進行共享，以及共享將如何影響國防部系統;二是國防部必須做好在“后西方”移動通信生態系統中運作的準備，應制定包括工程和戰略層面的系統安全性和彈性的研發投資計劃;三是國防部應倡導美國調整貿易政策，以遏制可能將國家安全資產和任務置于危險之中的供應鏈漏洞。

1G到5G的演變

2019年6月，美國國防部國防科學委員會也發布《5G網絡技術的國防應用》報告，認為5G最大的應用潛力在于對未來戰爭或軍事網絡的潛在影響，并對5G國防應用前景及潛在風險進行了評估。該報告認為，5G網絡技術在國防領域具有巨大應用前景：其大容量、高速率、低功耗、低延時等優勢可強化美國國防部當前任務能力，并實現能力創新，網絡功能虛擬化、安全增強、新型無線電技術能滿足多樣化的應用場景和通信需求。

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，根據即將出臺的《國家頻譜戰略》制定國防部頻譜戰略規劃，建立新的頻譜共享機制，保障5G頻譜資源需求;二是在關鍵技術方面，加強5G核心技術——毫米波通信技術的發展與轉化，制定并執行為期3年的5G科技路線圖，重點關注衛星通信、人工智能、大規模多天線陣列系統、霧計算、毫米波芯片等技術與5G的融合;三是在標準方面，加快制定5G器件、技術、應用等標準;四是在網絡應用方面，在低強度競爭環境中實現5G應用，并為高強度競爭環境及關鍵領域開發有針對性的安全5G系統，同時建立測試環境以探索創新應用場景;五是在網絡安全方面，與相關機構合作開展5G網絡脆弱性評估，制定安全評估程序和風險降低計劃，制定5G供應鏈管理戰略，對5G網絡安全性、供應鏈可靠性和安全性進行全面把控。

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

同年10月，美國國防部宣布選定首批4個軍事基地用于5G技術相關原型平臺的部署和軟件測試，分別是：空軍希爾基地，主要構建動態頻譜共享測試平臺，以演示在使用大功率中頻雷達的競爭環境中采用5G的能力;陸軍麥考德基地，主要利用5G將增強現實和虛擬現實集成到訓練靶場內，測試虛擬和實時環境中的任務規劃和訓練;海軍陸戰隊佐治亞后勤基地、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設施、關鍵設備的訪問權限，能為基礎設施改進和更新需求提供支持，具備使用動態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財年國防預算需求文件，強調將研究投資集中在四大新興技術領域，其中5G/微電子領域的2021財年預算申請是15億美元。美國國防部希望通過5G技術來實現“無處不在的連接性”，并表示將加速推進5G軍事應用的探索和實踐。

第三，積極探索毫米波通信技術軍事應用。毫米波通信技術是5G核心技術之一，可實現熱點區域超高速覆蓋，美國已經開展其軍事應用的先期探索。

5G采用毫米波和Sub-6兩種頻譜的優劣勢對比

DARPA于2013年啟動100Gbps射頻骨干網項目，旨在開發工作于70～80GHz毫米波頻段的機載無線骨干網傳輸系統，實現數據率達100Gbps的空-空和空-地通信。2018年1月，在項目第二階段測試中，DARPA聯合諾斯羅普·格魯曼公司在城市環境中（20千米范圍內）操作演示了速率為100Gbps的數據鏈路，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，如果降低數據率，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絡解決方案——“天空網絡”（NFTS）。NFTS將多種技術進行整合，包括衛星鏈路（地球同步軌道和中、低地球軌道衛星）、戰術空-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，以形成彈性全球網狀網絡。空客公司的通信網絡解決方案可在飛機、衛星、指揮中心和地面/海上部署的移動部隊之間實現互操作，從而解決單架飛機在分離網絡中運行時面臨的問題，這就更好地發揮了5G在通信速率以及傳輸可靠性上的優勢。

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點，實現5G網絡對ISR數據的高速傳輸;在第二次測試中，空客公司以多功能加油運輸機（MRTT）作為空中節點，模擬在MRTT、戰斗機、地面部隊和地面聯合空中作戰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網絡和多種技術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協議，將成立一所智能軍事學校，融合人工智能、增強現實和虛擬現實、物聯網、云計算、大數據等與5G相關的技術，用于軍事訓練，以促進新一代信息技術融入國防和軍事領域。例如，在基于虛擬現實和增強現實的戰斗實踐項目中引入5G技術，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軍事應用前景分析

與以往移動通信系統相比，5G是一種技術和運用上的革命性變革，各項關鍵能力指標相比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、大數據、邊緣計算等新信息技術緊密融合，推動軍事移動通信網絡乃至作戰樣式的快速變革發展。

第一，5G推進毫米波通信技術實用化，實現大容量、高速率、抗截獲軍事移動通信。毫米波通信技術因其通信容量大、安全保密和抗干擾能力強、傳輸質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，應用受限。5G網絡的大量小基站、大規模天線系統（M-MIMO）和波束成形技術為毫米波通信技術實用化提供了解決方案。5G網絡通過部署大量小型基站的方式加強傳統蜂窩網絡，間接彌補了毫米波穿透性差、傳播距離短的缺陷;M-MIMO以128個收發單元以上的大規模天線陣列解決了毫米波發射和接收的問題，可大幅提高信號傳輸速度，增強信號強度;波束成形技術使發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射頻骨干網項目構想

5G（外圈）與4G（內圈）性能指標的對比

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

第二，5G采用新型網絡架構，促進戰場移動網絡深度融合、靈活適變。當前，戰場移動通信基礎設施平臺基于專用硬件實現，網絡功能與硬件的緊耦合和網絡拓撲架構的緊耦合，導致設備復雜度高、資源配置能力不強、靈活性及協同性缺乏。5G基于軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）技術構建新型網絡基礎設施，使5G網絡成為“柔性”網絡，可滿足多樣化的應用場景和通信需求。此外，5G實施異構網絡資源切片統一控制，可有效增強戰場信息通信網絡的深度融合，支持戰場平臺全域互聯和戰場信息充分共享，將從多方面深刻改變未來聯合作戰模式，提升感知、決策、交戰、保障等資源的網絡化、服務化、體系化協同運用能力。

第三，5G支撐人工智能技術軍事應用，助力智能作戰樣式形成。5G的新型網絡架構、網絡切片、邊緣計算等技術與人工智能技術相融合，將大大促進人工智能技術的深度軍事應用。在基于5G技術的海量終端接入、海量數據傳輸、全要素互聯、高實時協同的網絡支撐下，將會由實體向虛擬拓展覆蓋整個戰場空間的智能化作戰網絡。特別是在無人機集群控制方面，可根據任務場景對帶寬、時延等的不同需求靈活配置網絡資源、敏捷重構網絡功能，滿足面向任務的差異化應用需求，將對有人-無人協同作戰和無人蜂群作戰研究起到極大的推動作用。

對5G軍事應用探索的幾點認識

5G將直接推動通信技術和產品的體系躍升，牽引材料、芯片、器件、軟件等基礎產業的快速發展，帶動人工智能、云計算、大數據等領域的縱深應用，已成為新一輪信息技術和產業革命的戰略制高點，也已成為當前大國博弈的焦點。對于5G軍事領域應用探索，有如下幾點認識。

一是應加深5G軍事應用需求研究。5G基于其核心技術優勢，通信能力和服務能力得到極大增強，對軍事通信領域起到強力推進作用，可以更好地支撐新的作戰應用。但是，軍事通信網絡具有與民用網絡不同的特性，如缺少大規模固定基礎設施支撐、網絡拓撲動態變化、電磁環境和傳播條件復雜等。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用場景下，設備與設備、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相關技術上還面臨著一些問題需要解決，具體軍事應用場景也有待深化論證。應深入研究5G技術在相關軍事應用場景的可行性，對潛在應用場景進行分類，提出功能和指標要求。

二是充分借鑒民用5G技術發展軍用5G網絡。5G技術具有很好的軍民兩用性，如商用M-MIMO經過適度改造后即可移植到軍事應用中。應充分利用、借鑒商用5G技術、標準、系統和網絡，成體系布局軍用網絡的關鍵技術、核心裝備、典型系統，同時開展相關標準規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、太赫茲等前沿技術研發應用。按照移動通信技術的更迭時間，一代技術從研發到應用大概需要10年。在5G即將投入商用時，各國已經紛紛啟動6G技術概念的設計和研發工作。目前世界上對6G的研究處于探索階段，6G的技術方案、性能特征、應用場景、建設運行等都未形成定論，但可以肯定的是，6G將在5G的基礎上進一步變革信息網絡，實現萬物互聯和泛在連接，實現人與機器、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生難以估量的影響。2019年2月，美國總統特朗普在推特上呼吁美國盡可能快速地發展5G，甚至直接過渡到6G;3月，美國聯邦通信委員會（FCC）同意開放95GHz～3THz的頻段，用于6G技術試驗，研究人員將有10年的使用許可來對6G技術、產品與服務進行試驗探索，這標志著美國已正式啟動6G技術研發。此外，毫米波、太赫茲、區塊鏈、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也應積極研究、超前布局，以避免技術突襲，確保發展優勢。

責任編輯：葛? 妍