美國海軍5G技術的應用研究進展分析

朱 煒 崔 蕾 周智偉

1.海裝廣州局駐重慶地區第一軍事代表室；2.中國船舶集團有限公司第七一四研究所

5G技術具有大規模連接、大寬帶、高可靠、低時延等優勢，在自動駕駛、指揮控制、物流倉儲、后勤維保、情報監視與偵察等軍事領域具有巨大的應用潛力，受到美軍高度關注。在國防部指導下，美國海軍大力開展5G技術軍事應用探索，挖掘技術價值。2022年5月3日，美國海軍信息戰系統司令部負責籌建的“5G智能倉庫”交付使用，標志著美國國防部5G試點項目、海軍5G技術應用研究取得重大突破。

一、美國海軍5G技術應用研究現狀

美國海軍在《國防部5G戰略》《5G戰略實施計劃》等文件指導下，積極參與國防部5G技術項目，圍繞智能倉庫、邊緣計算、網絡接入、物流跟蹤等領域布局應用研究項目，并探索5G技術在海戰自主與無人系統、指揮控制、情報監視與偵察等領域的應用。

1. 演示5G技術在倉儲環節的應用

為驗證5G技術的軍用價值，逐步擴大該技術的軍用范圍，2019年11月，美國國防部圍繞動態頻譜共享測試平臺、增強/虛擬現實訓練、智能倉庫三大方面征詢有關5G技術大規模實驗和原型設計方案。2020年10月，美國國防部宣布為5個軍事基地的5G技術測試項目撥付6億美元，其中包括喬治亞州奧爾巴尼海軍陸戰隊后勤基地、加利福尼亞州圣地亞哥科羅納多海軍基地的5G智能倉庫項目。

奧爾巴尼海軍陸戰隊后勤基地5G智能倉庫重點關注如何利用5G技術提高倉庫運作效率，具體內容包括實現倉庫的數字化與自動化，構建自動系統、增強/虛擬現實系統、機器視覺系統等，實現海軍后勤系統一體化。2021年7月，美國海軍舉行了為期2天的技術演示，展示了5G技術如何提高物資接收、儲存、發放、庫存統計、審計效率。2022年8月，美國海軍再次進行該倉庫5G技術演示，展示了非公用共享頻譜的獨立組網與非獨立組網方案，以及物流、倉儲解決方案，包括自主機器人、高密度機器人存儲系統、基于微軟D365軟件的倉庫管理系統以及光學字符識別功能，還演示了彈性分布式定位網絡和分布式相干多輸入多輸出技術。

科羅納多海軍基地5G智能倉庫重點關注海軍岸上設施和海軍部隊間的物資運輸，具體內容包括研發使用5G技術的自動叉車或其他用于拾取和物資運輸的車輛技術、自動機器視覺或增強現實系統等，如圖1所示。2022年2月，美國電話電報公司（AT&T）演示了5G網絡解決方案，其5G核心無線訪問網絡（RAN）達到了4Gbit/s以上的傳輸速度，以及小于10ms的延遲。2022年5月，科羅納多海軍基地5G職能倉庫舉行落成儀式并移交使用。2022年11月，該基地啟用了2臺模塊化垂直升降機，用于提高庫存物資運轉速度。

圖1 科羅納多海軍基地5G智能倉庫

2. 探索5G和邊緣計算技術的結合

2021年9月，為探索和開發基于5G和邊緣計算的海事解決方案，美國海軍研究生院與AT&T公司達成一項為期3年的合作研發協議，計劃開發基于5G和邊緣計算的海上應用程序，實現有人船和無人船的相互連接。2022年8月，美國海軍研究生院在加利福尼亞州蒙特雷的海濱設施舉行海上安全5G節點剪彩儀式，該節點使用了AT&T公司研制的5G天線。5G和邊緣計算的結合將產生先進技術解決方案，如無人駕駛和自動駕駛汽車的連接系統，以及改善多域態勢感知、指揮和控制、培訓、物流、預測性維護和數據分析的技術。

3. 驗證5G新型空中接口

2020年6月，在第一批5G技術試點項目基本確定后，美國國防部公布了新一批5G技術測試和實驗地點，其中海軍和海軍陸戰隊各承擔1項網絡接入項目，分別是諾福克海軍航空站岸－艦連接、海軍陸戰隊彭德爾頓大本營前進作戰基地－戰術作戰中心連接。

諾福克海軍航空站岸－艦連接項目旨在開發一個使用5G技術的試驗臺，利用商用碼頭和船上5G基礎設施實現艦船與碼頭和艦船之間的內部數據通信，以提高艦船在碼頭維護、補給的效率，如圖2所示。項目重點驗證5G技術在碼頭運營的應用，包括維護、補給和使用5G技術進行艦船與岸上網關的無線連接。該項目于2022年2月完成初步設計評審。

圖2 諾福克海軍航空站設施

海軍陸戰隊彭德爾頓大本營前進作戰基地－戰術作戰中心連接項目旨在建造“基于開放系統的可互用、可重構基礎設施解決方案”（OSIRIS）的5G測試平臺，驗證車輛、傳感器、用戶設備和其他終端通過5G技術接入網絡的能力。2022年2月，海軍陸戰隊授予洛克希德·馬丁公司、英特爾、DISH無線等5家公司合同，用于5G測試平臺研制。

4. 演示5G在運輸、配送環節的應用

“補給設備5G識別”（5GISE）系統是美國海軍空戰中心分部研發的先進后勤跟蹤系統，該系統使用全球定位系統跟蹤器、射頻識別標簽、5G網絡、移動設備和定制軟件，實現對加油車、牽引車、設備、飛機等資產的定位、跟蹤、顯示等功能，以大幅提升海軍機場、航母甲板上士兵調配物資的效率，提高戰備狀態。2022年1月，美國海軍空戰中心飛機分部快速原型設計、實驗、演示辦公室與大西洋戰斗機聯隊、海軍空戰中心飛機分部萊克赫斯特數字部門、思科系統公司共同對5GISE系統進行了測試，驗證了5GISE系統可在5G骨干網上運行。

5. 探索5G在自主與無人系統、指揮控制領域的應用

在自主與無人系統方面，2021年7月，美國海軍陸戰隊部署新一代通信和災難響應車原型“戰術人道主義行動響應車”（THOR）。這是第一款應用5G技術的災難響應和指揮中心車原型，可在任何環境下的任何網絡中運行。2022年7月，美國海軍南加州科技橋辦公室測試了THOR的改進項目“電動戰術人道主義行動響應車”（eTHOR），旨在用電動自動駕駛汽車搭載5G基站，為前沿基地作戰的機器人、無人系統、船只等提供5G專網。

在指揮控制方面，2022年4月，海軍首席數字創新官邁克爾·加爾布雷斯透露，海軍正在積極研究5G、物聯網、數據收集如何與海軍主要網絡“互動”，并利用“對位壓制工程”項目提供的通信能力，消除軍種間的通信障礙。

二、5G技術對美國海軍作戰的影響

未來，美國海軍5G技術成熟并廣泛應用后，將大幅提升海軍的情報監視偵察能力、后勤維保效率，從而增強海軍的作戰能力。

1. 改善戰術前沿態勢感知能力

在5G大容量、高速率通信技術的輔助下，美國海軍戰術前沿部隊可建立局部通信網絡，接入部署的無人偵察系統、低功耗長續航固定式傳感器等，與戰術邊緣計算設備組網，利用機器學習、人工智能等新興技術在戰術前沿地區即時處理態勢感知信息，降低對后方數據中心的依賴，改善態勢感知的同時提高戰場應變能力。

2. 奠定海洋物聯網應用基礎

軍事物聯網利用大量提前部署的低功耗、低成本傳感器完成早期情報收集與持續監視，海洋物聯網概念則是軍事物聯網在海戰領域的應用。這些大量部署的水面/水下傳感器可與低功耗、小型化的5G通信基站組成傳感器網絡，定期與通信衛星或來訪的無人系統連接，傳輸情報監視數據。這些傳感器平時可用于采集對手裝備的各種數據、水文氣象等戰場信息，在戰時可監視對手的動向。

3. 提高海軍后勤、維保與補給效率

海軍作戰領域覆蓋海上、水下、空中、灘涂、網絡與電磁，裝備種類繁多、數量龐大。海軍的后勤、維保與補給成為制約海軍戰力發揮的重要因素。利用5G通信技術，海軍可大幅改善后勤、維保的物資、財務管理能力，提高中轉效率，將后勤物資、維保設備與零件盡快運送到所需部門。此外，利用5G通信技術，美國海軍可在本土與海外基地大量部署自主補給機器人，提高油料、食品、彈藥等物資裝載補給的速度，縮短任務執行的中斷時間，提高執勤率。

三、幾點啟示

1. 通信技術是現代軍隊作戰的基礎，需要提前謀劃

雖然美軍高度重視5G技術，美國海軍也在大力推進5G的軍事應用，但美軍在5G方面的領先優勢并不明顯，主要是早期美軍并未重視5G技術。一方面，美軍現有通信體系比較完善，5G技術只是作為補充出現，并未顛覆現有通信技術。另一方面，民用領域的5G技術占用頻率與美軍部分軍用裝備沖突，而頻譜共享政策和技術未能得到發展。由此可見，提前謀劃通信技術、編制相應的政策法規、預留頻率資源非常重要。

2. 軍事通信技術的發展需要自頂而下推動

通信技術是數據和信息傳輸的基礎，發展和部署軍用通信技術需要自頂而下推進。美國國防部制定了美軍的5G發展戰略和具體實施計劃，并選擇了智能倉庫、通信接入等試點項目，意在統一5G技術標準，降低5G軍事應用的復雜度。而各軍種開展的虛擬和增強現實培訓、邊緣計算、指控等5G應用，可為國防部進一步推動5G應用提供參考。

3. 后5G、6G技術軍用發展需要持續關注

美國國防部已經啟動了后5G技術研究，旨在通過與其他政府科技機構合作，重新獲得無線通信技術優勢地位，如6G或更高標準。世界主要國家也都開展了6G技術的預研，意圖搶占先機。持續關注后5G、6G技術的發展，積極參與相關標準、規范的制定，及時謀劃相關技術的軍事應用，對縮短我軍通信技術研發到軍事應用的周期至關重要。