5G在军事领域的应用与分析

2022-11-10朱赫男徐磊

广东通信技术 2022年10期

［朱赫男徐磊］

1 5G网络发展

移动数据通信早已变成了人类日常生活中可有可无的一部分，为适应未来爆炸性的移动数据信息流量发展、海量的设施连接、以及不断涌现的各种新型服务与应用场景等，更高性能的第5代移动数据通信（5G）操作系统应运而生。5G时代，5G不仅肩负着继续发展移动通信网的责任，同时要涵盖物联网的需求，真正成为一个万物互联的世界。

2018年12月，美国全球问题研究机构发表名为《5G技术将重塑创新与安全环境》的报道内容，高度强调了5G技术将拥有巨大的军用优势，并预测出5G技术将作为中国未来军队发展的重要关键技术，将促进军队地面移动通讯体系和军事卫星通信系统的无缝结合，并促进新型军事空地一体化通讯系统构建和军队共享通信体系建设，进而实现了变革未来战争通信与指挥系统的重要目的。

2020年，《工业和信息化部有关推进5G加速发展的通知》中提出：为进一步贯穿并落实习近平主席总书记有关促进5G网络建设加快蓬勃发展的重要讲话精髓，全力推进5G网络安全工程建设、应用普及、技术快速发展和安全维护，发挥5G等新型基础设施的规模效应和引领功能，有效支撑经济社会高质量蓬勃发展。相关事项包括要推进国家5G网络安全工程建设部署，进一步丰富5G技术使用场景，不断强化国家5G关键技术研究力度，着力构筑国家5G安全保障体系，并做好具体组织落实。

而在5G标准推进过程中，3GPP根据技术与规范专家们针对R17所做出的设计与规划，根据“互联网智能化、功能细致化、服务外延化”3个大趋势共设有20多个技术标准立项，将更加细化为面向互联网智能运维的数据收集和服务提升，包括了基于网络智能运维的信息收集与服务提升，基于增能垂直服务的无线切片强化、精准定向、IoT与URLLC强化、低成本终端，包括基于网络拓展的非地面通信（卫星通讯及地空宽带通信）、覆盖强化、MIMO强化（含高铁强化）等项。此标准规范的实施，全面提升5G网络对军事领域重要性，为弹性作战、高效战场的即时通讯、海量设备大链接等军事活动起到关键作用。

不管在哪个层次，5G技术本身也是中国军队在未来作战过程中必须着重关注的科技领域，特别是随着发展的大数据、物联网、边缘云、AR/VR等技术日益成熟，对促进中国军队从信息化走向智能化所可以产生的影响突破，有着十分重要的作用。

2 5G关键指标

在技术效能层面，5G网络将拥有10～20 Gbit/s的峰值速度，100 Mbit/s～1 Gbit/s的数据体验速度，每平方公里一百万的接入量密度，1 ms的空口时延，500 km/h的移动性能力，每平方米10 Mbit/s的速率密度等基础性能指标，较4G增加了3～15倍的信号质量、近百倍的效率。由于对5G服务的高速需求，对频率、时延、覆盖范围、频谱、移动性和容量等的KPI要求都很严格，峰值频率由1 Gbit/s上升至 20 Gbit/s，数据服务频率由 10 Mbit/s上升至100 Mbit/s，空口时延由 10 ms下降至 1 ms，接口数密度由10万/km²上升至100万/km²，最大移动速率由350 km/h上升至 500 km/h。

在主要应用情景方面，未来的5G系统将支撑扩展型移动宽带（eMBB，Enhance Mobile Broadband）、具有高可靠度和超低时延的数据通信（uRLLC，Ultra Reliable and Low Latency Communication）及其大型机器间通信（mMTC，Massive Machine Type of Communication）三大类的重要应用场合，如图1所示。

图1 IMT-2020应用场景

eMMB——增强型移动带宽，保证大量数据传输:增强型移动带宽主要指需要尽可能大的带宽，具有更大的吞吐量、低时延等，以使用户能够获得更好的用户体验。主要表现在网络容量的提升，支持不同的设备同时进行大量的数据传输，带宽增强也意味着传输速率增加。

mMTC——海量机器类通信，大量设备接入，数据传输：海量机器类通信主要体现在物联网领域，表现为海量的物联网设备之间的数据传输，需要传输的数据信息量并不大，是5G相对于前几代通信技术的一个全新的应用领域。

uRLLC——超可靠、低时延，传输速率快、稳定性可靠：相比于4G网络，中国移动5G引入了“自包含集成子帧”、可延伸的数据传输时隔等创新技术，数据传输延时明显减小，最低可低至1 ms，同时可靠性也大于4G，所以该技术使用场景也可应用于一些对网络时间延迟非常敏感，而且对数据安全性很高的情况应用领域。

3 5G在军事领域的应用

基于5G应用三大领域的特点分析，未来军用应用领域将在弹性战略系统建设、高效战场即时通讯以及海量设备接入三大场景广泛应用。

（1）弹性作战体系构建

借助5G科技的高效率、低时延的特点，利用行动通信、模块化信息技术、分布式计算信息技术和负载均衡信息技术，将离散配置的战斗资源优势加以有机整合，而构成的一个弹性、移动的战斗资源池，同时具有模块化、联通性、分布式、易扩充和按需业务等特性，为作战单位按需获得战斗网络资源创造机会，为实现“跨域协同”提供条件保障。

通过获取陆、海、空、天的正交对战信息，实现陆、海、空、天、电、热网络等各战域的信息作战资源整合，将所有战斗要素信息汇聚成云，如图2所示。实现作战信息的网状交换，从而提高空天情报信息获取效果，有效推动战斗指挥效率改善，进一步增强空天信息作战协调的效能。

弹性作战结构，其外在表现形式是一个军事服务的整体集成，结合了“云计算”的运用和研究，并针对军事行动的现实需要将整体构架，如图3所示。分为了信息层、技术层、平台层、使用层和管理人员等五大结构。

资源层：利用模块化方法，将大量离散配置的同型异构的网络资源，加以抽象整合以建立各种简单易用，且弹性可扩的大数据池。

能力层：通过资源层所提供的相关战斗信息资料，以作战为目的将其整合封装为一定的战斗技能。

平台层：基于能力层封装的战斗技能，按照不同的战斗阶段和流程，组成具体的战斗功能。

应用层功能：将基于平台层提供的战斗能力动态配置的作战功能，以满足作战活动的类型与需要的应用。

管理层：主要负责对作战系统各层服务人员进行的管理工作。

5G网络的新特性，能够很大限度支持弹性战斗系统建设的实现，以进一步完成军事行动的战略目标，在战时通过重新排列组合数量庞大、分散配置的战斗要素，构建并形成了各种配置不同表现形式的战斗系统，为指挥员们创造出更多创新的战斗方法与武器，进而实现战略目标完成。

（2）高效战场即时通信

对于军事部门与军队之间的从平时办公、战备值班、战备执勤，直至战时行动指挥的人员进行相互信息沟通、组合运用时，要充分考虑军事部门内的横向部门之间职能分工，以及纵层级领导或指挥的组织架构特征，并科学合理地规划使用部门功能与人员的组合运用，分析各类关系，以建立有序、严密且安全可靠的高效工作流程。

随着我国5G通信的广泛开发，其具有覆盖面广、适应性强、可靠性高的优点，可以实现较高可靠的传输速率，同时具有通信类型多、可记录性好、保密程度高和易于管理的特点特性，从而为军事活动的工作效率提升起到了极大帮助。在各个作战方向、作战地区、参战兵力之间实现了作战信号终端的互联互通。

例如某个或多级的军事部门在战备值班时，其主要任务就是了解敌我环境等状况，并组织协调战备活动和应付突发事件等。横向方面，各部门都会根据职能分工设有若干个部门值班部位，在值班主任的带领下协调一致地工作，从而建立了本级值班体系纵向方面，各个部队的各部门值班逐级向上级同类机关值班主任负责，从而建立部门间值班体系。当横向和纵向相结合时，便构成了完善的部门战备值班体系，如图4所示。

图4 战备值班系统组成

按照上述战备值班体系组成，每位参与值班工作的人，均以实际身份（姓名单位职务和值班身份等）进入了网上的战备值班空间，成为空间成员。理论上，这些成员都能在这个统一的网络空间界面中，完成即时消息交互或者使用其他功能；但考虑到由于人员职业层次、横向各部门值班之间的职能区别和纵向各个部队间的人员层级差异，而造成的对不同信息内容与数据资料的知悉范围和深度的约束，以及整个信息系统的有序流转与管理需要，将实际参与战备值班的各类人区分为值班首长本级值班和部门值班三类群组，如图5所示。

图5 群组划分示意图

利用这个群组划分，让值班人员在群里共同讨论时阅、听看发言以及对专业数据库和知识文献数据库的检索权等；此外，赋予部门人员（如首长和部门领导等）临时性研讨会召开权利，或通知专门人员参加集体研讨交流的临时性群组。

（3）海量装备接入

随着未来战争大量各种类型的战争终端接入，需要巨大的信息处理能力和数据分析力量，而且随着海量装备的接入，战争数据处理能力和信息量将呈现出爆炸性增加。借助5G技术所提供的低功耗、低时延，再加上5G网络的大规模天线、全频谱连接和新型多址手段，确保了能够将如此海量的装备连接到互联网中，如图6所示。

图6 5G海量接入军事化作业

随着巨大宽带、超高速的5G信道数据传输，以及基于5G技术的万物互联网等人工智能科技的爆发，中国军队武器装备的操作模式或将出现历史性转变，已经实现了大范围的无人操作模式，而未来的部队操作将以“机器人士兵”为主，大规模的无人机、机器人、无人车辆和无人系统进行战斗、运输补给等后勤；另外，可穿戴设备，包括AR、VR头盔等也会大规模使用，能够快速收集、传递和管理大量的作战信息，并完成对作战状态认知，进而给指挥员带来更全面精准的大数据分析和判断能力，从而提升攻击精度或者侦察水平。它将完全打破部队的编组架构与行动模式，实行“扁平化”快速指导，必要时联合参谋部还能够直接指挥到一部战车、一部直升机、一把大炮等等。