基于5G移动通信技术的舰船通信系统分析

汪泽安 陈肯 包盈盈

【摘要】    信息化时代的到来使得国际科学技术水平不断提高，5G通信技术成为信息时代的产物，将其应用于舰船通信系统中，是现代通信技术发展的重要课题之一。本文简单介绍了5G移动通信技术，通过对舰船通信系统的特点研究，探索舰船通信系统中5G移动通信技术的应用效果，以供相关人员参考。

【关键词】    5G    移动通信技术    舰船通信系统

引言：

舰船通信系统是现代海军作战中的核心指挥系统神经，其考虑到舰船通信作战的实际使用要求，在舰船网络上层结构的基础上，适应5G移动通信技术，有效优化通信网络的信息传输速度，实现交互式网络通信业务。

一、5G移动通信技术介绍

在科学技术的发展过程中，传统的2G、3G以及4G通信技术已经无法满足人们的实际需要，因此，5G技术应运而生，5G的英文全称为5th generation wireless systems，其中文含义为第五代移动通信技术。在现阶段的社会发展过程中，由于5G技术具备成本低、信息承载量大、数据产生速率高等优点，是4G通信速度的百倍以上，能够达到每秒10Gb的，传播效率，在下载文件时，传统4G网络需要消耗一小时的时间，在5G移动通信技术的支持下，能够在短短几秒钟之内完成。5G移动通信技术的影响力较大，实际应用环节能够保障用户的通信质量，减少作业流程，节约通信成本，这为以移动信息为载体的5G设备提供了远大的发展前景。需要注意的是，尽管在当前的社会发展过程中，5G技术的应用给人们的生活工作带来了极大的方便，但随之而来的问题与挑战同样受到了人们的广泛关注。5G通信技术的信号在不断优化的过程中，已经逐渐实现了无死角覆盖，其影响效果较强，但自身需要监测监管工作的范围就更为广阔，其工作任务也不断加重[1]。

二、舰船通信系统特点分析

现代舰船通信系统的发展主流方向为“纵向-横向”一体化集成模式，其核心目的在于构建扁平化舰船信息网络通信系统，实际应用特点主要表现在以下几个方面。其一，系统信息集成度较高。舰船通信系统主要由信息融合与无线协同技术构建结合而成，其在实际指挥作战环节能够做到海、陆、空等多样化平台联合作战指挥，完成不同作战区域之间的信息传输，强化战场联合作战能力。其二，系统通信方式多样化。现代船舰上的通信系统设备多种多样，适用于不同作战环境，面对信息量巨大的有线及无线通信模式，通信系统设备之间具备全方位立体通信能力。其三，通信系统高可靠性服务。现代舰船通信系统中，军事网络频段较多，若想实现舰船平台的互联互通作业，要求舰船具备“高频段、高可靠性”的网络系统服务，保证舰船通信服务“联得通、通得好”。其四，高效化信息处理能力。全球信息化发展的格局下，可以预见的是未来战争方式将会以无形、无人、无声联合化模式为主导，在这种环境下信息就是战斗力，高效化信息处理水平就是舰船通信系统的“武器”，这直接关系着战争的走向。

三、舰船通信系统中5G移动通信技术的应用分析

3.1系统组网架构

基于5G移动通信技术舰船通信系统应用了软件定义网络（SDN技术），其作为控制云端数据接收、转发的核心技术，通过集中控制、网络开放的多阶级架构，实现舰船通信系统的高效化资源调度，借此优化整个通信系统的虚拟化水平。在网络功能虚拟化（NFV技术）的支持下，舰船通信系统的与计算速度更加灵活，实现开放的网络架构模式，灵活应用数据存储、网络计算设备，实现动态化通信部署，强化网元的灵活编排功能，增强通信系统的灵活性。信息技术的改革推动舰船通信系统信息化管理模式应用，基于通用ICT系统的数字信息化管理平台，为SDN技术的数据传输提供实时的网络化通信。整个系统应用自动重连、冗余切换等技术，满足舰船通信系统对于PLC嵌入式系统的自定义通信需求。在SDN技术与NFV技术基础上，应用网络切片技术（NS技术），将同一通信物理网络划分为多个相互独立的虚拟网络，减少专用物理网络应用数量，降低舰船通信系统的建造硬件成本[2]。

舰船通信系统中声音及振动波形等特型数据传输模式，是现阶段数据传输领域的最高技术，其对于解决传统光纤有线网络铺设费用、场地布线等问题，都有着极佳的适用表现。可以在5G移动通信技术的帮助下，通过项目节点进行流程管控，将数据传输与平台项目推进相结合，由无线视觉与声音及振动波形等特型数据传输系统代替人力管理模式，避免人为因素对数据传输信息对接造成的不利影响，并在此基础上构建多态传感器同口径集成感知系统。在无线侧提供用户所需要的云端计算网架结构，使整个通信系统的数据存储计算能力更靠近用户的前端服务（MEC技术），降低通信过程中的网络延迟，实现高质量网络通信体验。借助通信过程控制系统（APC）的网格化分布，完成MES/ERP精密数据分析，以及数字化系统改造等任务，优化星地宽带通讯、遥控和目标检测等多样化功能。

3.2物联通信技术

5G通信为舰船通信系统设备连接提供了技术支持，能够进行智能設备的远距离操控管理，有效提高了工作人员的日常业务处理能力。首先，物联技术能够帮助舰船通信计算机系统进行集中管理，在计算机网络体系运行过程中，需要对海量数据进行量化评定，实现对整个计算机系统的动态感知。这需要考虑到计算机网络中不同等级、来源、节点上的信息数据，以及数据之间夹杂其它信息的可能性。在物联通信技术的应用喜爱，优化信息传播媒介进行信息交换和通信的效率，设置信息交流阈值来完成数据集中管理，完成对数据信息来源的实时锁定，从而实现舰船通信系统网络集中化管理[3]。

其次，物联通信技术能够帮助舰船通信系统中的网络故障节点进行处理，基于5G通信技术的信息安全保障机制，完成对通信系统网络中的病毒源逆向追踪。模拟异常节点检测方案，需要在方案可行性的基础上，发挥物联技术的优势，实现节点数据提取优势功能互补，并且在通信系统电流信号灵敏、速动等方面性能上的提高，同一异常节点检测系统配备不同测试原理判据成为可能。假定计算机网络通信范围内的网络流量为均值，经过统计后进行异常节点错误数据检测，依托Matlab软件进行滤波器系数序列计算，将原始信号通过滤波器组得到各个子带的输出序列，完成舰船通信系统故障节点比对测试。

最后，物联技术能够帮助舰船通信系统完善数据传递链，5G通信技术的支持下，通信系统智能化连接成为可能，其为物联技术功能应用奠定了良好基础。物联技术应用的核心，是传感器技术与嵌入式技术，就常规计算机网络系统而言，大量的用户数据是其进行数据交流的基础，这也是物联技术在计算机网络中的主要处理方式，通过IP网络节点中的信息来搜集云端源数据，完成网络传播源定位，在5G终端的帮助下，其流量消耗小于4G模式，舰船通信系统网络运行建设成本得到管控。

3.3云端协议技术

5G通信技术呈现出的特征为信息数据的共享传输，随着科学技术的发展，现代通信网络技术较为成熟。在舰船通信系统中应用5G移动通信技术，能够借助云端协议技术提高计算机沟通能力，确保舰船通信工作的顺利完成，提高计算机通信速度。2017年11月，国家颁布了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，标志着我国IPv6发展革命开始。伴随着物联网、LTE等新兴业务的发展，舰船通信系统中网络地址短缺的问题逐渐被提上日程。IPv6协议建设与5G网络是国家互联网发展的两大战略领域，进行舰船通信系统中5G移动通信技术的IPv6协议关键技术研究，符合国家网络战略发展需求。探索其模型架构、协议过渡、检索缓冲、安全管理等内容，需要同时保持对网络的控制权和安全性，为构建万物互联的智能时代奠定网络基础。强化舰船通信系统感知层信息检索效率，依托云端网络，实现舰船通信数据的平稳传输，控制信息处理时间，拓展数据传输层，优化无线传输渠道，为用户及时提供所需信息。此外，云端协议网络技术在舰船通信系统中的作用，实现了云端技术的个性化服务，完成集成有线信号向无线网络信号过度，包括传感器、舰船操作控制中心的网络访问卡设备通讯。云端网络自身具备优秀的联网服务功能，以及自我发现的技术应用特点，能够轻松出入各物联网节点，为舰船通信系统中的设备通讯作业提供便利，进行多样化电力通信需求的自动化分析，提高舰船通信质量。

3.4系统升级建议

5G移动通信技术的推动作用下，大宽带成为行业主流，其根本目的是支撑更高清晰度的视频业务。在这种背景下，舰船通信系统原PON+EoC模式的网络承载能力，已无法满足业务发展需求，需要进行通信系统升级扩容。同轴电缆宽带接入技术（简称为HINOC），是舰船通信系统审计方案中将光纤网络同舰船通信设备之间进行传输解决的有效方案，其在光纤的网络结构基础上，完成内部电缆信息网构建。该技术应用优点在于不需要对舰船原有电缆线路进行改造，在原有EoC区域进行HINOC设备叠加，完成舰船通信网络平滑升级，就能够完成多种高速数据业务双向传输工作[4]。

我国信号通信频率标准中明确规定，同轴电缆860MHz以下的频率可用于广播通信信号传输，而860MHz以上的频率带并未被使用，将这部分称为带外信道。其特质为整个系统在1.2GHz以下的环境中变化情况并不明显;在16MHz的宽带内，频谱较平;在1.2GHz-1.5GHz区间内，其衰减速度较大，发射较长，开发成本较高。所以，HINOC技术在舰船通信系统工作中的使用频域为800M-1.5G，并分为多个等频宽信道。通过对I/Q 不平衡、射频相位噪音等问题进行处理，使其成为提高系统特性的重要方法之一。在高性能纠错码方面，现阶段广电标准场景的帧长相对较长，提高短数据帧业务能够有效增强系统纠错能力。

四、结束语

5G移动通信技术在舰船通信系统中的应用，能够极大程度上增强舰船通信效率，满足舰船设备现代通信需求。依托“纵向-横向”一体化集成发展模式，强化系统抗干扰能力，优化信息传输速率，应对未来海上复杂的信息化战爭要求。在实际发展过程中，部分通信设备维护成本过高，不适用于大范围使用环境，这都是未来舰船通信系统发展需要攻克的难题。

参  考  文  献

[1]徐文斌.软件无线电技术在5G移动通信系统中的应用研究[J].中国新通信，2020，22（11）：22.

[2]邱超，宋艳萍，陶玉刚.基于5G移动通信技术的舰船通信系统探讨[J].数字通信世界，2020（05）：267+261.

[3]程飞，章平，陈新泉，等.5G移动通信系统中协作定位技术展望[J].天津理工大学学报，2020，36（02）：45-51.

[4]高翔.5G移动通信技术在城市轨道交通车地无线通信系统中的应用[J].城市轨道交通研究，2018，21（S2）：61-64.