5G移动通讯正在成为电信生态体系中一切利益相关方的焦点。5G移动通讯在吞吐量、推迟、衔接设备数量、安全性以及可用性方面的优势使其在军事范畴的运用备受重视。本文首先从技能和经济两个方面概述了与5G通讯相关的要害概念，然后确认了5G技能或许进步军事通讯才干的一系列运用，要点剖析了5G技能怎么进步其时通讯体系在战场物联网（IoBT）、指挥部（大型固定指挥部（LHQ）或灵敏移动指挥部（MHQ））通讯、无人作战体系（UCS）、后勤和卫星通讯方面的功用，最终依据西班牙5G国家观察站对5G基础设备公私协作伙伴联络（5G PPP）主张的要害参数的分类，给出了施行5G军事运用服务的具体要求。

　　不管从技能视点，仍是从社会和经济视点，5G移动通讯技能都可以称为一场完全的革新。估计从2025年起5G技能将成为最首要的无线年，全球运转的移动设备数量为149.1亿，估计到2025年将添加至182.2亿。移动通讯事务总量在2005年时还不到10EB（Exabyte，艾字节），但2020年现已超越了49EB，估计2025年将到达237EB。5G技能一方面可以应对移动通讯事务指数级添加，另一方面可以进步新运用服务的速率和可靠性，并下降推迟。

　　5G技能于2017年开端布置，其时3GPP通过了其第一个技能规范。从2017年到2019年，全球展开了很多5G实验和试点，并开端布置第一批商用5G非独立（NSA）网络。大多数技能先进国家在2020年开端商业5G体系布置。自2021年以来，全球有38个国家的超越68家移动网络运营商正在出资5G独立（SA）网络。全球移动通讯体系协会（GSMA）猜测，到2025年，5G将成为北美区域干流技能。

　　5G技能需求展开多项无线电接入网（RAN）、新空口（NR）以及核心网要害技能的研制，具体包含大规模多输入多输出（MIMO）、波束成形、网络密布化和小蜂窝、毫米波通讯、载波聚合、云化RAN（分布式射频单元（RRU）和基带单元（BBU））、优化正交频分多址（OFDM）、新式非正交同享媒体接入技能（non-orthogonal shared medium access）或动态频谱同享等技能。

　　世界电信联盟（ITU）在UIT-R M.2803主张中确认了5G移动技能的三种首要运用场景。

　　需求着重的是，场景类型、所需参数和频谱可用性之间密切相关。关于某些运用，需求在参数之间进行权衡，例如，只要在可用带宽较低的低频段中才干完成较大掩盖规模，但这样就无法完成低时延或许海量移动宽带。这种权衡在军事运用中十分重要。

　　公共安全、国家安全以及军事范畴将很或许也从5G技能中获益。北约科技安排IST-ET-096使命组进行了初次5G军事运用研讨。该使命组发布了“5G技能：军事远景”技能陈述，确认了五种军事运用场景：

　　本节要点剖析了5G技能怎么进步其时通讯体系在战场物联网（IoBT）、指挥部（大型固定指挥部或灵敏移动指挥部）通讯、无人作战体系、后勤与卫星通讯方面的功用。

　　指挥控制（C2）概念在曩昔几年间有了很大开展，阅历了从指挥控制与通讯（C3）、指挥控制、通讯与核算机（C4）到指挥控制、通讯、核算机、情报、监督与侦查（C4ISR）的开展过程。C4ISR体系可以称为整个战场的“大脑”，而物联网（IoT）设备则是布置在战场上的“感知器官”。未来战场将由很多智能和非智能互联设备组成，它们将担任搜集、整合、传输以及处理信息，构成战场物联网（IoBT）。这些设备或许包含武器体系、车辆、机器人、无人体系或人类可穿戴传感器以及其他设备。

　　人类可穿戴设备或战士便携式设备可分为三大类。第一类设备与战士健康有关，用于监控战士身体健康状况，增强其作战才干。此类设备包含医疗传感器、带GPS定位的智能手表、活动、智能戎衣以及外骨骼。第二类是视觉与监督设备，包含智能头盔或眼镜和可穿戴相机等设备，用于搜集战士所在战场环境信息，并实时发送到指挥中心，完成与该排级单位中其他战士协同作战。最终一类是态势感知设备，包含增强实践（AR）眼镜、夜视镜或热像仪等设备，用于增强战斗人员对周围环境的了解和知道。一切由传感设备搜集的信息都有必要进行传输、存储和处理，以取得战场态势感知信息。

　　5G技能可以在满意所需带宽的状况下供给满意的衔接密度，并通过布置边际核算才干来满意推迟要求。此外，将5G运用于IoBT还需应对一些网络安全、能耗、频谱运用或专用网络与公共网络布置相关应战性问题。如上所述，5G将可以很好地满意物联网通讯需求，一起寻求与其他通讯手法构成互补。5G或许满意日益添加的战术边际服务需求。

　　可布置陆战指挥部是作战指挥官作出决议方案的实践场所。考虑到一项具体使命，有两种类型的指挥部：（1）大型固定指挥部，在师或集团军级单位建立，担任拟定战略或战争层面决议方案；（2）小型机动指挥部或指挥所，在旅或团级单位建立，担任在战场上指挥战术作战举动。

　　大型固定指挥部一般是一栋砖混营地修建，配备有后勤和通讯设备，但并不是永久性基础设备，运用时刻或许是几周、几个月乃至几年。大型固定指挥部实例如北约快速布置部队西班牙指挥部。移动指挥部是一种易于移动的基础设备，由车辆和帐子组成，其特点是具有较高灵敏性，可以快速重新布置。

　　因为大型固定指挥部和移动指挥部的用处不同，通讯要求也不同。大型固定指挥部内部通讯一般需求安稳的固定通讯完成增强移动宽带。另一方面，因为指挥部或许坐落公共电信基础设备邻近，或许可以运用具有全球掩盖才干的恰当军事电信基础设备，例如卫星通讯，大型固定指挥部的全球连通才干一般可以得到确保。因此，在大型固定指挥部内部，5G可以通过专网完成固定无线G网络切片（NS）衔接到公共5G基础设备特有的安全服务切片。网络切片是最具潜力的5G技能之一，可供给通讯基础设备即服务（IaaS），同享一切物理服务，为不同笔直运用创立QoS参数和安全级别不同的不同独立虚拟网络。网络切片技能可满意公共网络上运转的军事通讯服务在阻隔、可用性、安全性和其他功用方面的特定要求。在5G服务施行方面，6 GHz中频段将是大型固定指挥部内部通讯的首选，这一频段可完成掩盖规模和容量之间的合理平衡，26 GHz频段用于热门区域的特定运用，如运用虚拟实践或自主后勤车辆进行部队练习。

　　移动指挥部可以布置在任何地方，但出于可用性、技能水平以及安全性等方面的考虑，公共基础设备并不可信，因此有必要运用恰当的5G基础设备。鉴于此，应将整个体系分为连级单位内部通讯和连级单位到移动指挥部通讯。连级单位内部通讯应由搭载在车辆上的具有必定边际/雾核算才干的移动5G站供给。因为布置单位之间同享实时信息，推迟将是一个需求考虑的重要参数。此外，连级单位的掩盖规模一般在几百米以内，因此26 GHz毫米波频段十分合适此场景。

　　连级单位到移动指挥部之间的通讯需求在掩盖规模和容量之间进行归纳考量，应运用中频段（Sub 6 GHz），并结合波束成形技能完成所需的千米级掩盖规模。运用波束构成（模仿或数字）可完成将给定发射天线阵列信号向接纳终端方向发送。在接纳端对信号进行组合，以完成最大接纳信噪比（SNR）。天线阵列体系中的这种SNR增益称为波束成形增益。波束成形技能现在现已运用到4G-LTE，在5G体系中它要与大规模MIMO相结合运用以取得最优功用。选用波束成形技能有许多长处，如完成更大网络容量、更广掩盖规模以及更高QoS。

　　挪威国防配备局近期在Rygga空军基地进行了5G试点，布置了一个掩盖800 MHz、sub 6 GHz以及毫米波频段（64×64 MIMO）整个频率规模的固定基站（gNB），通过特定切片衔接到公共网络，并布置一个称为车载蜂窝（cell on wheels）的移动5G专用网络。后者是一个全自治车载5G专用网络（FUDGE），为军事笔直范畴供给边际核算才干。

　　无人机可以自主或许遥控形式履行包含情报、监督与侦查（ISR）在内的多种军事使命。跟着技能（尤其是移动技能）的不断开展，新式无人机运用形式正在不断涌现，包含：

　　无人机用作暂时空中5G基站是最具立异性的运用。在此形式中，无人机用作5G gNB，弥补了由指挥部供给的衔接才干，为战场战士供给无线掩盖和衔接才干。此外，依据无人机的飞翔高度和续航时刻，可以考虑以下分类方法：

　　低空渠道（LAP），掩盖规模较小，续航时刻较短，可用于弥补布置在移动指挥部车辆上的gNB；

　　高空渠道（HAP），续航时刻较长（有或许长达数月），掩盖规模较大。在此状况下，UAV-HAP可以供给大区域连通才干，或许由HAP平自供给衔接，或许作为固定基础设备的弥补。

　　蜂群无人机由多架小型、近程、低成本、低空飞翔无人机组成，它们可独自或成组控制。蜂群无人机可用于多种使命。当蜂群无人机履行协同使命时，有必要使其具有必定的人工智能，以应对快速改变的战场环境。这一才干可以通过具有多接入边际核算才干的低空无人机完成。这些低空渠道无人机还将担任完成相应的5G切片。

　　归纳上述运用形式，本文提出一种针对战场作战运用的5G-无人作战体系（UCS）多层架构。

　　第1层（L1）：地上层，因为某些运用要求超低推迟，移动指挥部有具有5G gNB和移动边际核算（MEC）才干的车辆，该车应可以与更高层级的其他指挥中心（乃至大型指挥部）衔接。

　　第2层（L2）：飞翔高度低于500米的IoBT无人机蜂群层。蜂群中的无人机一般是美国联邦航空办理局（FAA）界说的1类无人机（依据尺度和有效载荷），用于康复战场多媒体信息。

　　第3层（L3）：低空渠道5G衔接层，由多架低空长航时（LALE）或许中空中航时（MAME）无人机组成，其间LALE无人机飞翔高度低于5000米，MAME无人机飞翔高度低于8000米，用于供给与无人机蜂群层的无线G gNB移动站暗影掩盖区域的衔接。

　　第4层（L4）：大型无人机层，由一架或多架独立飞翔的无人机组成，一般是5类大型无人机，依据具体使命有不同通讯要求。

　　第5层（L5）：高空渠道层，飞翔高度超越20000米，可用于为战场区域供给大局掩盖，也可用作完成指挥所会聚网络的第一步。高空渠道层一般搭载有大型有效载荷，因此乃至可以完成一些雾/边际核算才干。

　　图3给出了5G-无人作战体系（UCS）的示意图。图中蓝线代表终端（战士、用户、车辆中的可穿戴设备等）与接入点之间的无线衔接。红线代表具有URLLC服务所需MEC功用的接入点（5G gNB）之间的衔接。绿线代表到最近指挥中心的回传衔接，依据具体服务，指挥中心可以是移动指挥部，也可以是大型指挥部。

　　运用无人机作为暂时gNB还存在一些应战，如无人机能量有约束、对严重资源和终端分配问题以及多架无人机一起履行作战使命时的彼此搅扰、物理安全（无人机或许被击落）以及网络耐性、鲁棒性和网络安全问题。此外，从通讯的视点来看，上行回传链路需求特别考虑。战场中的回传链路必定会通过无线链路来完成，可是路由对每项服务的功用有重要影响，例如在推迟方面。在L1层的直接无线回传，或许是最短途径，但它要求机动指挥部与车载gNB之间视距可见。在L3层中，视距可见或许可以完成，可是在一架或多架低空渠道无人机完成回传才干或许会因为耗费更多能量而影响体系续航时刻。在L5层中，视距可见条件必定可以满意，而且高空渠道有满意能量，可是此处理方案或许无法运用到某些URLLC事务。一些研讨标明，为了到达1 ms的推迟，数据处理中心与gNB的间隔不该超越21千米。除了频段分配之外，一切这些问题都有必要在无人作战体系（UCS）的规划中加以考虑。

　　5G技能还或许会增强一些与民用运用相相似的军事范畴相关运用的功用。工业4.0是最早选用5G技能的范畴之一，5G技能一项有出路的笔直运用是“智能后勤”。5G技能在该范畴的运用触及方针盯梢、自主地上车辆和空中载具运转、通过增强实践（AR）为职工供给长途帮忙、机器人监控、视频监控或用于猜测性保护的环境传感器。

　　现在有一些国家的军方正在进行5G技能试点。例如，美国海军陆战队在奥尔巴尼海军陆战队后勤基地正在实验用于车辆存储和保护的5G智能库房技能，并于2021年7月成功进行了为期两天的体系演示。此次试点项目偏重用于库存办理的自动驾驶轿车的超高速和超低推迟操作，用于库存盯梢的机器学习，以及用于进步工作效率的增强/虚拟实践运用。

　　另一个军民交融运用的成功事例是5GENESIS项目。该项目旨在评价移动视频在差人法律举动中的运用状况。此项目由西班牙马拉加大学、马拉加市差人局以及一家西班牙商业运营商协作施行。差人局是此项意图最终用户，将运用商用电线G网络掩盖区域内接纳和发送实时视频。在此试点中，安全问题由商用5G网络的相应切片处理。

　　5G技能的另一运用范畴是增强（AR）和虚拟实践（VR）。AR/VR可用于不同意图，包含工业生产、猜测性保护、安全以及沉溺式部队练习，乃至长途支撑战士安全等要害操作（长途确诊和手术）。美国陆军正在Lewis-McChord联合基地和Yakima战术练习基地运用5G技能和AR/VR进行战术练习，美国空军廷克空军基地也在运用5G进行沉溺式教育训练。

　　5G非地上网络（NTN）是3GPP 5G NR Release 17规范中的新特性，完成了对5G地上衔接的扩展。此项技能现在正在探究傍边，以验证卫星作为放大器和转发中继的5G衔接的可行性。这种卫星通讯架构是将NTN集成到未来B5G架构中的初次测验。

　　考虑到新式巨型卫星星座和未来空间卫星才干联网需求，值得一提的是美国防高档研讨方案局开发的天基自适应通讯节点（Space-BACN）项目。Space-BACN项目方针是开发一种低成本、可重新配置的光通讯终端，它可适配大多数星间光链路规范，并可在不同的卫星星座之间进行切换。BACN将打造一种低轨卫星“互联网”，使现在无法互操作的军用/政府和商用/民用卫星星座之间完成无缝通讯。Space-BACN项目还将测验一种顶层卫星网络，其测验成果或许会为考虑第六代移动无线G）的未来特征供给有用信息。估计3GPP Release 18规范将持续评论NTN，并提出NTN频率主张。正在评论两个频率规模：FR1（sub 6 GHz）和FR2（高于10 GHz）。

　　本文主张NTN技能可以依据欧盟“天基安全衔接方案”进行开发。卫星通讯将在没有地上网络的区域供给无处不在的掩盖，包含履行军事使命和没有可用数字基础设备的区域。此外，现有数字通讯服务也存在中止或不可靠的危险。地球停止轨迹（GEO）或非地球停止轨迹（NGSO）卫星可以搭载5G/UHF通讯有效载荷，供给要害安全通讯和服务，完成高速数据速率和低推迟机制。5G NTN在增星通讯方面负重致远。

　　5GPPP界说了一组要害功用目标（KPI），用于描绘作为5G首要用例（轿车、文娱、动力、工业以及健康）的5个笔直职业运用的技能目标要求。这些目标包含：

　　密度（Dens），单位面积内最大互联设备数量，需求100个设备/平方米；

　　可靠性（Rl），用于衡量固定推迟下呈现的损坏信息量。某些健康相关运用或许需求99.9999%的可靠性；

　　依据5GPPP陈述具体给出的5G试点和实验成果，5GNO确认了不同笔直职业中一组特定运用或服务与KPI的定性分类之间的联络，并生成了一份表格。西班牙瓦伦西亚理工大学的5G/B5G观察站也进行了一项相似研讨，要点是将不同运用/服务依照eMBB、URLLC和MMTC场景进行分类。从上述研讨中，可以推断出前面章节中描绘的5G军事运用要求，如表1所示。

　　本文提出了5G移动通讯在军事范畴的潜在运用，包含战场、连级单位内部、移动指挥部、大型固定指挥部和后勤等多种区域，并提出了一种根据无人机的五层无人作战生态体系架构。此外，5G在军事范畴的运用仍面对多项应战。其间最首要的问题是网络安全。跟着网络数字接入点数量的添加，潜在危险也相应添加。网络切片可以在最大程度上处理此问题，但问题仍无法防止。技能鲁棒性、互通、频谱同享也需求考虑。回传问题或许也是5G施行面对的一项应战。因为数据速率和推迟方面的要求，可用技能较少。当然首选技能是选用光纤，但它只能用于大型固定指挥部，而不适用于移动指挥部或战场上的移动gNB。

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