5G技術(shù)軍事運用及作戰(zhàn)影響分析*

王兵學，盧宏超，楊 川

(陸軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局駐成都地區(qū)第二軍事代表室，成都 610041)

0 引 言

第五代移動通信技術(shù)(5G)是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡相比，5G在傳輸速率和穩(wěn)定性方面都有質(zhì)的飛躍，不僅意味著更快的數(shù)據(jù)傳輸速度和更大的網(wǎng)絡容量，還將為無限量機器間的網(wǎng)絡連接與日常通信提供基礎(chǔ)。為了能夠有效適應未來快速發(fā)展的數(shù)據(jù)流量、海量設備連接、各種業(yè)務出現(xiàn)以及全新場景，5G技術(shù)正在全球范圍內(nèi)掀起研究的熱潮[1]。

5G技術(shù)的真正潛力是對未來戰(zhàn)爭的影響。2018年12月，美國戰(zhàn)略與國際問題研究中心發(fā)布題為《5G技術(shù)將重塑創(chuàng)新與安全環(huán)境》的報告，高度強調(diào)5G技術(shù)具有的重要軍事價值，并預言5G技術(shù)將成為新軍事能力的基礎(chǔ)技術(shù)。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)：對美國國防部的風險與機遇》的報告，進一步解析5G技術(shù)從技術(shù)層面到可應用領(lǐng)域再到未來戰(zhàn)爭乃至國家戰(zhàn)略的影響。當前，圍繞5G技術(shù)的大國競爭日趨激烈，以“五眼聯(lián)盟”為代表的西方情報體系紛紛以國家安全和軍事威脅為借口，在5G技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ覈扇「鞣N圍堵手段。美國更是尋求通過主導5G系統(tǒng)標準化，促進地面移動通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的無縫融合，推動新一代空地一體化通信網(wǎng)絡建設和軍民共用通信系統(tǒng)構(gòu)建，以期達到改變未來戰(zhàn)場信息指揮體系的目的[2]。

毫無疑問，5G技術(shù)自然也是部隊未來作戰(zhàn)過程中需要重點關(guān)注的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是隨著大數(shù)據(jù)、機器學習、邊緣計算、虛擬現(xiàn)實等手段的不斷成熟，其在推動部隊由信息化邁向智能化所可能產(chǎn)生的突破性作用更是被廣為期待。

1 5G技術(shù)特征及其軍事運用

5G技術(shù)的三大典型特征是超高速率、超大容量和超低延時[3]。

(1)超高速率

5G網(wǎng)絡具備很大的通信頻段，傳遞速度也實現(xiàn)了快速提升。在測試過程中，實現(xiàn)了10 Gb/s峰值下載速率，比4G LTE蜂窩網(wǎng)絡快100倍。較高的速度可以實現(xiàn)云端與終端之間的有效連接，構(gòu)成相互影響與促進的發(fā)展路徑。

(2)超高并發(fā)

5G基站能夠給很多終端帶來同時服務，能夠?qū)崿F(xiàn)每平方公里100萬臺設備的連接，相較于4G上千臺設備的連接，其連接能力實現(xiàn)了大幅度的增長。

(3)超低延時

5G網(wǎng)絡的網(wǎng)絡延遲(更快的響應時間)低于1 ms，而4G的長期演進技術(shù)升級版(Long Term Evolution-Advanced，LTE-A)為30～70 ms。在5G環(huán)境下，智能制造云化機器人能夠在1 ms的端到端通信延時中，達到99.99%的連接率，該指標也是未來工業(yè)4.0的主要發(fā)展趨勢。

5G技術(shù)的上述特征決定了其三類主要軍事運用場景，即彈性作戰(zhàn)體系構(gòu)建、高效戰(zhàn)場即時通信和海量裝備接入，關(guān)系如圖1所示。

圖1 5G技術(shù)與軍事運用

(1)彈性作戰(zhàn)體系構(gòu)建

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是體系化戰(zhàn)爭，依托5G技術(shù)高速率、低延時的特性，可實現(xiàn)根據(jù)軍事行動類型和任務需求，在戰(zhàn)時近實時地重新排列組合數(shù)量眾多、分散部署的作戰(zhàn)要素，構(gòu)建形成不同配置和不同表現(xiàn)形式的作戰(zhàn)體系，為指揮官提供更有創(chuàng)造性作戰(zhàn)方式和手段，打亂對手的行動計劃，實現(xiàn)戰(zhàn)略目標。

(2)高效戰(zhàn)場即時通信

5G移動通信網(wǎng)絡具備覆蓋面廣、適應性好、兼容性強等特點，能夠提供高速可變速率傳輸，可滿足不同作戰(zhàn)方向、作戰(zhàn)區(qū)域、作戰(zhàn)部隊的聯(lián)網(wǎng)需要，實現(xiàn)戰(zhàn)場信息終端的互聯(lián)互通。支持軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡功能虛擬化，可實現(xiàn)通信控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，提升通信網(wǎng)絡部署效率和安全性。

(3)海量裝備接入

借助5G技術(shù)帶來的低功耗、低延時，加上5G網(wǎng)絡的大規(guī)模天線、全頻譜接入和新型多址手段，保證了可以讓海量的裝備接入到網(wǎng)絡中。因為海量裝備的接入，戰(zhàn)場數(shù)據(jù)和信息量呈現(xiàn)出爆炸式增長。通過高效采集、傳輸和處理海量的戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，完成戰(zhàn)場態(tài)勢感知，從而為指揮官提供全面準確的分析和決策視角。

2 5G技術(shù)對信息作戰(zhàn)方式的影響

通過普遍運用5G技術(shù)，未來作戰(zhàn)部隊將組建由機群、艦隊、坦克、火炮、導彈等裝備構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)，并與作戰(zhàn)人員鏈接形成高效的作戰(zhàn)體系[4]。此時，作戰(zhàn)方式將發(fā)展成為涵蓋信息域、認知域、物理域和社會域中人與人、人與物、物與物之間有交互關(guān)系的領(lǐng)域。為此，本節(jié)以信息作戰(zhàn)方式中三個重要方面即信息共享、態(tài)勢感知和指揮控制的變化為例，進一步深化5G技術(shù)的影響分析。

2.1 5G技術(shù)與信息共享

智能化戰(zhàn)爭對信息化戰(zhàn)場信息共享的要求主要體現(xiàn)在以下三個方面：

一是信息種類。參與傳輸?shù)男畔㈩愋秃w各類結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化電子偵察數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場指令數(shù)據(jù)以及語音、圖像、視頻數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)過程中，這些信息的傳輸往往是交替進行的，但完整、高效而快速將是普遍要求。

二是信息安全。無論是當前普遍采用的網(wǎng)絡中心作戰(zhàn)還是全新的決策中心作戰(zhàn)，戰(zhàn)場信息除了必須在裝備及士兵中間進行有效傳輸外，也要保持較低的可偵察性和可攔截性。

三是信息傳輸。常規(guī)的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸需要大量的能量支持，未來隨著可穿戴設備、無人系統(tǒng)的廣泛普及，如何提升信息傳輸?shù)募皶r性、有效性等問題將被更進一步放大。

5G技術(shù)將推動構(gòu)建圖2所示的信息共享關(guān)系，加速實現(xiàn)士兵與武器裝備的快速可靠連接。

圖2 5G技術(shù)與信息共享[5]

首先，借助5G技術(shù)的天生優(yōu)勢，戰(zhàn)場信息共享將更加快速和及時，作戰(zhàn)協(xié)同能力也顯著增強。以城市作戰(zhàn)為例，作戰(zhàn)開始階段通過單兵部署或步兵分隊潛入的方式掌握作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)力量等信息時，通過5G技術(shù)接收和發(fā)送指令。隨著作戰(zhàn)進程的推進，單兵之間、分隊與指揮所之間通信要求逐漸轉(zhuǎn)變，前期要求不高的語音、圖像、視頻等信息，都需要得到5G技術(shù)支持的高效和實時傳輸。作戰(zhàn)進入白熱化階段后，大量戰(zhàn)士和裝備加入，信息共享則轉(zhuǎn)向5G技術(shù)的多終端、多連接能力發(fā)展[6]。

其次，在5G技術(shù)支持下，4G的LTE-A存在的頻段資源不再短缺，從而軍用移動通信系統(tǒng)發(fā)生頻段重疊使用、互相干擾的情況也將不復存在。在5G技術(shù)支持下，信息共享除了可以充分利用現(xiàn)有通信資源外，還可向毫米波通信資源擴展，從而使軍隊擁有專有頻率，確保士兵與士兵之間、士兵與裝備之間、裝備與裝備之間的信息通過專有頻率傳輸，提升信息共享的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

再次，5G技術(shù)將改善信息傳輸效率，提升信息處理性能。一方面，5G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；另一方面，低延時的通信技術(shù)可以促進信息的自主決策速度，避免決策等待所帶來的能耗。

2.2 5G技術(shù)與態(tài)勢感知

戰(zhàn)場態(tài)勢感知的一般工作是融合陸、海、空、天各種傳感器網(wǎng)絡，對一定時間、空間的戰(zhàn)場態(tài)勢要素進行理解，形成當前實時及未來戰(zhàn)場狀態(tài)的描述，但目前態(tài)勢感知體系構(gòu)建的難點十分突出[7]：

其一，信息獲取困難。現(xiàn)代戰(zhàn)場空間不斷擴大，為了獲取更全面、完整的戰(zhàn)場信息，需要構(gòu)建分布于戰(zhàn)場空間的各類傳感器網(wǎng)絡，因此如何完成傳感器網(wǎng)絡的統(tǒng)一組網(wǎng)，保障單個傳感器或傳感器網(wǎng)絡遭到打擊破壞時不影響整個傳感器網(wǎng)絡的生存能力，是保障態(tài)勢感知的關(guān)鍵。

其二，基礎(chǔ)保障困難。未來戰(zhàn)場態(tài)勢感知將呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)海量冗余、系統(tǒng)錯綜復雜等特點，易引發(fā)包括局部空間傳輸擁塞、通信網(wǎng)絡毀傷、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換低效等在內(nèi)的多種問題。

其三，感知計算困難。由于多維信息的接入，戰(zhàn)場數(shù)據(jù)數(shù)量和復雜度都成倍增加，信息融合在融合結(jié)構(gòu)、不確定性信息處理、多模態(tài)融合處理、強相關(guān)處理等方面面臨較大挑戰(zhàn)，如何高效地挖掘出對戰(zhàn)場決策有用的數(shù)據(jù)是亟需解決的問題。

5G時代依賴5G技術(shù)構(gòu)建立體跨域態(tài)勢感知網(wǎng)絡勢在必行[8]，如圖3所示。由于網(wǎng)絡帶寬和傳輸時延已經(jīng)不再是阻礙因素，因此態(tài)勢感知網(wǎng)絡可以設計得具有更高的韌性和冗余特點，從而支持通過作戰(zhàn)要素的交叉重構(gòu)，不僅避免單一要素破壞而導致整體感知失效，而且還使得任意傳感器都可以快速加入戰(zhàn)斗，提升兵力生成速度。其中，得益于前文所述5G技術(shù)為信息共享帶來的巨大增益，態(tài)勢感知的基礎(chǔ)保障難題迎刃而解。

圖3 5G技術(shù)與態(tài)勢感知

上述網(wǎng)絡下，戰(zhàn)場數(shù)據(jù)和信息量激增成為必然。5G技術(shù)具備基于大數(shù)據(jù)和人工智能系統(tǒng)將正在發(fā)生的實時事件、正在做出的決策、即將發(fā)生的事情、過去發(fā)生的事情中所有的數(shù)據(jù)整合在一起，做出實時分析和預測的能力[9]。幫助作戰(zhàn)指揮員獲得過去需要經(jīng)過十幾個小時甚至幾天才能得出的結(jié)論，為指揮官提供實時情報分析結(jié)果，建立對戰(zhàn)場態(tài)勢的高度實時動態(tài)感知。同時，聯(lián)合作戰(zhàn)指揮機構(gòu)參謀還可以利用歷史信息進行決策，并通過歷史信息與實時數(shù)據(jù)的結(jié)合，獲得更加全面準確的視角。

在人工智能和深度學習的推動下，衛(wèi)星也在探索星上數(shù)據(jù)處理的可能性，實現(xiàn)基于天基平臺的戰(zhàn)場態(tài)勢感知。另外，由于算力的優(yōu)化，還能夠額外完成一些戰(zhàn)場輔助的工作，如對戰(zhàn)場士兵的身體狀況、行為進行監(jiān)控，進而輔助作戰(zhàn)指揮實現(xiàn)戰(zhàn)場兵力調(diào)整等。

2.3 5G技術(shù)與指揮控制

信息作戰(zhàn)指揮控制向智能化、無人化、自主化方向發(fā)展是大勢所趨。利用5G技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)遠程控制無人車、無人機等無人裝備，還可以推動毫秒級傳感器測量、自動解算及裝備與裝備通信，加速作戰(zhàn)循環(huán)，從而滿足未來戰(zhàn)場對高速度、大機動的更高要求[10]。

新一代指揮控制系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖4所示。通過虛擬化計算，將計算機、網(wǎng)絡、存儲設備等硬件資源層設備統(tǒng)一管理，提供實現(xiàn)人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實及物聯(lián)網(wǎng)設備接入所需的資源。人工智能、大數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實作為新一代指揮信息系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，為各類指控基礎(chǔ)和信息計算服務接入提供支撐，有效指導現(xiàn)有業(yè)務和新型業(yè)務的智能實現(xiàn)。另外，作為戰(zhàn)斗層的前端設備的無人機、無人船、機器人、單兵、各類偵察平臺、各類傳感器等，依托5G和邊緣計算技術(shù)，其角色也實現(xiàn)了轉(zhuǎn)變。

圖4 5G技術(shù)與指揮控制

目前，數(shù)學建模、計算機仿真方法可以通過離線、靜態(tài)、輔助的形式應用于指揮控制系統(tǒng)的信息決策，但隨著未來戰(zhàn)爭日趨復雜，這種既沒有足夠精確的系統(tǒng)模型又不能建立可以解析地預測系統(tǒng)短期行為模型的研究方法，可取的效果將越來越低。這種情況下，指揮控制平行系統(tǒng)[12]應運而生，而5G技術(shù)和平行指揮控制系統(tǒng)之間則存在著必然聯(lián)系。首先，在開展平行指揮與控制的時候，需要將物理、軟件定義或數(shù)字孿生的人工指揮控制與管理系統(tǒng)當作主要依據(jù)，對可視化、虛擬社會與混合擴展現(xiàn)實等技術(shù)進行管理，5G網(wǎng)絡的開放性是一個很好的選擇。其次，平行的在線嵌入式計算實驗獲得了很多人工信息，進而對實時I/O能力提出了更多要求，在多數(shù)環(huán)境下要獲得5G甚至是更大的支持。最后，在平行驅(qū)動與執(zhí)行的環(huán)節(jié)中，任務的明確與闡述都是通過交互式動漫、決策劇場等開展，利用虛實互動實現(xiàn)虛實互相間的閉環(huán)指揮與管理反饋，5G給其帶來了更強大的保障。

3 結(jié)束語

5G技術(shù)所體現(xiàn)出的顯著特點和優(yōu)勢不僅帶動了武器裝備的快速發(fā)展，還將對作戰(zhàn)樣式、保障方式甚至編制體制等帶來深遠影響。可以毫不夸張地說，未來戰(zhàn)爭模式都會因5G技術(shù)帶來改變甚至顛覆。在此背景下，本文首先分析了5G技術(shù)特征及其軍事運用，隨后研究了5G技術(shù)對信息作戰(zhàn)方式的影響，指出5G技術(shù)能夠為現(xiàn)代化作戰(zhàn)提供強有力的通信及信息支撐，在信息共享、態(tài)勢感知和指揮控制三種典型作戰(zhàn)方式中發(fā)揮重要作用。在未來工作中，應繼續(xù)開展基于5G技術(shù)的作戰(zhàn)指揮理論、作戰(zhàn)指揮樣式和作戰(zhàn)指揮實踐的探索、研究和應用，積極提高軍事指揮效能和部隊戰(zhàn)斗力。