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實(shí)現(xiàn)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）IMT-2020愿景的5G規(guī)范和技術(shù)代表了國(guó)際移動(dòng)通信（IMT）標(biāo)準(zhǔn)的范式轉(zhuǎn)變。5G將在許多領(lǐng)域取得技術(shù)突破，尤其是在空中接口層面。隨著第一個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)的推出，包括軍方在內(nèi)的許多參與者都對(duì)5G給予了極大關(guān)注。與任何突破性技術(shù)一樣，5G技術(shù)易引發(fā)大量炒作和錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

為了支持北約總部C3參謀機(jī)構(gòu)（NHQC3S）的通信互操作性和頻譜工作計(jì)劃，北約通信和信息局（NCI）對(duì)5G技術(shù)及其軍事應(yīng)用潛力進(jìn)行了技術(shù)評(píng)估。由于5G技術(shù)較為復(fù)雜且5G標(biāo)準(zhǔn)化和開發(fā)仍處于不斷發(fā)展中，NCI項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)正在以一種漸進(jìn)方式開發(fā)產(chǎn)品。NCI首先提交了一份題為《5G技術(shù)軍事應(yīng)用潛力——NHQC3S的初步認(rèn)識(shí)》的技術(shù)報(bào)告，隨后形成了一份題為《5G技術(shù)在北約應(yīng)用的潛力-初步評(píng)估》的技術(shù)報(bào)告，旨在：1）向北約利益相關(guān)者提供信息豐富的技術(shù)認(rèn)識(shí)和建議；2）確定5G技術(shù)和5G基礎(chǔ)設(shè)施的軍事應(yīng)用機(jī)會(huì)；3）提出初步5G參考軍事場(chǎng)景及支持原理；4）為與利益相關(guān)者的后續(xù)討論提供結(jié)論和建議。

本文對(duì)《5G技術(shù)在北約應(yīng)用的潛力-初步評(píng)估》這一報(bào)告進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，首先概述了5G技術(shù)，確定了支持軍事應(yīng)用的5G關(guān)鍵技術(shù)特性，并提出了一些使用5G系統(tǒng)或技術(shù)可能為軍事用戶帶來(lái)巨大利益的5G初步參考應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)論它是作為專用5G實(shí)現(xiàn)還是使用公共5G基礎(chǔ)設(shè)施，最后向軍事通信利益相關(guān)方提供了一些建議。

5G技術(shù)背景

1.1

IMT-2020愿景和使用場(chǎng)景

國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信部門（ITU-R）在2015年提出了未來(lái)一代國(guó)際移動(dòng)通信（IMT）標(biāo)準(zhǔn)愿景（2020年及以后的IMT），并給出了通信使用場(chǎng)景和用戶應(yīng)用。

IMT-2020使用場(chǎng)景如下：

● 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）。eMBB是“傳統(tǒng)”IMT服務(wù)，以人為中心，要求高業(yè)務(wù)帶寬、高用戶密度和中低移動(dòng)性，即增強(qiáng)4G數(shù)據(jù)服務(wù)。固定無(wú)線接入（FWA）服務(wù)是一項(xiàng)特例，它為有線接入基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)不足地區(qū)提供最后一英里固定連接。

● 超可靠低延遲通信（URLLC）。URLLC通信服務(wù)為在移動(dòng)環(huán)境中不需要高吞吐量但需要高連接能力的應(yīng)用提供吞吐量有限、低延遲和高可用性數(shù)據(jù)服務(wù)。應(yīng)用實(shí)例包括近實(shí)時(shí)人-機(jī)（或機(jī)器-機(jī)器）接口，如遠(yuǎn)程控制或工業(yè)應(yīng)用。

● 大規(guī)模機(jī)器類通信（mMTC）。此項(xiàng)通信服務(wù)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用。在IoT應(yīng)用中，有海量無(wú)線連接能力較差的互聯(lián)設(shè)備需要低吞吐量和間歇性低容量非延遲敏感數(shù)據(jù)。

ITU-R還傳達(dá)了兩條重要關(guān)鍵信息：

● IMT-2020技術(shù)范圍將擴(kuò)展到前幾代IMT未考慮的垂直業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

不同5G使用場(chǎng)景有不同需求，這與所謂“一刀切”的技術(shù)方法不兼容，并且沒有一種設(shè)計(jì)可以滿足所有需求。

● 在IMT-2020中，使用場(chǎng)景是針對(duì)底層通信層特性和服務(wù)；應(yīng)用是指使用5G網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)提供的通信服務(wù)的開放系統(tǒng)互連（OSI）模型高層。

1.2

IMT-2020的標(biāo)準(zhǔn)化

第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）是最具影響力的規(guī)范機(jī)構(gòu)，致力于滿足IMT-2020要求的IMT技術(shù)和規(guī)范。3GPP將其工作計(jì)劃與IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間表進(jìn)行了協(xié)調(diào)，從Release 15開始，3GPP技術(shù)被稱為“5G”（第五代）技術(shù)。5G由前幾代蜂窩移動(dòng)技術(shù)演進(jìn)（如長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE））和全新技術(shù)構(gòu)成。

2018年，3GPP將Release 15作為IMT-2020候選技術(shù)提交國(guó)際電聯(lián)進(jìn)行評(píng)估。此次提案的內(nèi)容包括4G LTE（演進(jìn)無(wú)線電接口）、5G新空口（5G NR，一種全新無(wú)線電接口）和一種新核心網(wǎng)絡(luò)。ITU-R于2020年6月對(duì)該提案進(jìn)行了評(píng)估。由于5G遵循與現(xiàn)有LTE技術(shù)（尤其是無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）和4G核心網(wǎng)——演進(jìn)的分組核心（EPC）主要系統(tǒng)組件）互通的原則，因此3GPP實(shí)施了基于兩個(gè)階段的規(guī)范策略:

● 5G第1階段。包含Release 15，定義了新空口（5G NR）和對(duì)4G LTE的改進(jìn)。第1階段僅針對(duì)已經(jīng)擁有廣大客戶群的2020年以后eMBB使用場(chǎng)景。這種方法讓移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可實(shí)現(xiàn)LTE技術(shù)平穩(wěn)過(guò)渡和持續(xù)使用，同時(shí)向用戶提供IMT-2020能力。

● 5G第2階段。Release 16及以后，包括三種IMT-2020使用場(chǎng)景（eMBB、URLLC和mMTC）的必要使能技術(shù)。

值得注意的是，由于考慮到3GPP 版本（Release）的成熟度，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在推銷僅基于Release 15的5G，該版本的使用場(chǎng)景范圍有限（僅限eMBB）。因此，最初推出的5G主要向移動(dòng)或固定用戶（通過(guò)固定無(wú)線接入服務(wù)（FWA））提供改進(jìn)的4G數(shù)據(jù)服務(wù)。

3GPP系統(tǒng)主要組成和5G關(guān)鍵基礎(chǔ)

根據(jù)3GPP的提案，Release 15將作為IMT-2020候選技術(shù)。圖1給出了3GPP 5G系統(tǒng)概念簡(jiǎn)單視圖，包括蜂窩5G網(wǎng)絡(luò)的主要系統(tǒng)組成和5G主要技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)的主要系統(tǒng)組成（根據(jù)3GPP Release 15）和5G的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)（根據(jù)IMT-2020愿景）

5G系統(tǒng)由以下組件組成:

● 用戶設(shè)備（UE），是移動(dòng)設(shè)備的總稱，包括多種實(shí)例，如智能個(gè)人設(shè)備、終端、車輛、物等。允許并鼓勵(lì)通過(guò)設(shè)備之間的直接通信提供鄰近服務(wù)（ProSe）。

● 接入網(wǎng)，是全新的，并且可以容納多種接入技術(shù)，例如3GPP和非3GPP空口和固定接口（如LTE、WiMAX、CDMA2000、Wi-Fi等）。其主要組成部分是由5G NR基站（gNB）組成的3GPP 5G NR無(wú)線接入網(wǎng)。

● 5G核心網(wǎng)，明確分離控制面和用戶面，控制面控制5G服務(wù)（如授權(quán)和移動(dòng)性管理）；用戶面提供用戶數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、服務(wù)質(zhì)量）。

● 數(shù)據(jù)網(wǎng)，承載應(yīng)用功能（運(yùn)營(yíng)商信任的服務(wù)）和用戶應(yīng)用。數(shù)據(jù)網(wǎng)可以是互聯(lián)網(wǎng)或其他任何網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)IMT2020愿景，5G新空口包括5項(xiàng)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)：1）毫米波，可實(shí)現(xiàn)極高頻譜帶寬；2）小蜂窩，覆蓋小，基站密度高；3）大規(guī)模多輸入多輸出（massive MIMO），允許多個(gè)同時(shí)數(shù)據(jù)流（利用移動(dòng)通信的多徑傳播特性）；4）波束成形，可實(shí)現(xiàn)可控?cái)?shù)據(jù)流，改進(jìn)無(wú)線電鏈路并減少干擾；5）全雙工，同頻同時(shí)收發(fā)。

5G核心網(wǎng)絡(luò)包括三項(xiàng)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)：1）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，可實(shí)現(xiàn)全虛擬化架構(gòu)；2）網(wǎng)絡(luò)切片，允許根據(jù)使用/客戶需求定制邏輯端到端網(wǎng)絡(luò)；3）邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)資源按需使用，即靠近接入網(wǎng)。

由于IMT-2020愿景中確定的許多技術(shù)在3GPP Release 15中不可用，并且僅計(jì)劃在以后版本中形成技術(shù)規(guī)范（或者甚至沒有計(jì)劃，如全雙工），就會(huì)出現(xiàn)有關(guān)5G NR技術(shù)的大量“夸大宣傳”。

5G軍事應(yīng)用的關(guān)鍵使能技術(shù)

本文確定了5種主要5G使能技術(shù)，即頻譜、5G新空口、5G核心網(wǎng)、鄰近服務(wù)和非地面網(wǎng)絡(luò)，它們可能為5G軍事應(yīng)用帶來(lái)重大機(jī)遇。

3.1

頻譜

5G使用前幾代IMT的無(wú)線電頻譜，但也為IMT服務(wù)帶來(lái)了新頻段，最值得注意的是6GHz以上頻段。IMT-2020的可用頻段是在權(quán)衡覆蓋范圍和容量后進(jìn)行劃分的。

● 6GHz以上頻段（高頻段或毫米波）。高頻段可實(shí)現(xiàn)連續(xù)大段頻譜分配（高達(dá)800MHz）。毫米波傳播受到雨衰、高傳播損耗和準(zhǔn)光學(xué)行為（需要視距條件）的影響。

● 1.5GHz至6GHz之間的頻段（中頻段）。中頻段也能夠?qū)崿F(xiàn)足夠大的連續(xù)頻譜分配（高達(dá)100MHz），支持eMBB場(chǎng)景，可抗雨衰，在覆蓋范圍和容量之間實(shí)現(xiàn)了較好平衡，并允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商與LTE無(wú)線電站點(diǎn)共址部署5G系統(tǒng)。

● 1GHz以下頻段（低頻段）。低頻段為5G提供宏覆蓋能力，但由于固有的低頻譜可用性以及只能為IMT服務(wù)提供窄帶，因而不能提供eMBB能力。這些頻段提供高覆蓋能力，但容量有限，只適用于低業(yè)務(wù)密度區(qū)域。

中、高IMT頻段已實(shí)現(xiàn)非常好的頻譜協(xié)調(diào)。3GPP Release 15以一種不同方式定義了5G頻段，如頻率范圍1（FR1，410至7125MHz）和頻率范圍2（FR2，24.25至52.60GHz）。

5G技術(shù)還將通過(guò)傳統(tǒng)接入或頻譜聚合（授權(quán)、共享和非授權(quán)）實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型頻譜的利用。

3.2

5G新空口（NR）

5G NR解決核心網(wǎng)與用戶設(shè)備之間的接口（包括移動(dòng)性管理和其他功能），是5G生態(tài)系統(tǒng)中技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。5G無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）由LTE基站（eNB）和5G NR基站（gNB）組成，其最突出的特點(diǎn)是：

● 支持兩個(gè)頻率范圍。5G NR支持FR1和FR2頻率范圍，分別允許每個(gè)“載波”帶寬使用高達(dá)100MHz和400MHz的頻譜。不同頻譜使用方法是采用載波聚合技術(shù)或多無(wú)線電接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

● 物理層設(shè)計(jì)。4G LTE和5G NR都使用正交頻分復(fù)用調(diào)制實(shí)現(xiàn)多址接入和無(wú)線電資源分配。5G NR提供頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）兩種模式，但毫米波僅在TDD模式下工作。5G NR進(jìn)一步將多輸入多輸出（MIMO）的使用擴(kuò)展到大規(guī)模MIMO，并在IMT中引入了有源天線概念，可實(shí)現(xiàn)波束成形和波束控制。采用波束成形有助于顯著降低自干擾并改善鏈路預(yù)算。

● 集成接入回傳（IAB）。IAB使用部分gNB無(wú)線電資源用于回傳，允許gNB通過(guò)5G NR空中接口相互通信。它有利于實(shí)現(xiàn)密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署，無(wú)需將所有g(shù)NB連接到骨干網(wǎng)絡(luò)。

3.3

5G核心網(wǎng)（CN）

5G eMBB、URLLC、mMTC使用場(chǎng)景的要求各不相同。由于成本效率和可擴(kuò)展性是5G開發(fā)的驅(qū)動(dòng)力，于是5G 核心網(wǎng)提供了一種可擴(kuò)展的靈活網(wǎng)絡(luò)解決方案，可支持不同使用需求。5G核心網(wǎng)最顯著的技術(shù)特性包括:

● 網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片是一種網(wǎng)絡(luò)編排技術(shù)，允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商定義主網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)（一個(gè)切片），其中每個(gè)切片可以針對(duì)特定服務(wù)和性能目標(biāo)和/或特定客戶進(jìn)行優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)切片是跨層抽象，包括RAN和靈活資源分配。它是一種端到端技術(shù)，需要用戶設(shè)備、無(wú)線電接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的特定功能。預(yù)期從3GPP Release17開始將會(huì)探討網(wǎng)絡(luò)切片。

● 移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）。借助虛擬化方法，5G可利用移動(dòng)云計(jì)算（MCC）等先進(jìn)概念，資源池可以實(shí)現(xiàn)去中心化（分布式MCC），拓展到邊緣（RAN）。通過(guò)運(yùn)行完全獨(dú)立的5G NC和使用MCC集群的小型RAN，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用級(jí)低延遲和5G集群的自主運(yùn)行（無(wú)回傳連接）。

3.4

鄰近服務(wù)（ProSe）

在3GPP中，ProSe服務(wù)主要針對(duì)用戶設(shè)備（UE）之間的通信，無(wú)需5G RAN或5G核心網(wǎng)干預(yù)。在此之前，ProSe是通過(guò)設(shè)備到設(shè)備（D2D）通信實(shí)現(xiàn)。D2D最早是在3GPP Release 12（作為L(zhǎng)TE技術(shù)）引入，但由于用例有限，最終未被業(yè)界實(shí)施。在5G中，3GPP將D2D技術(shù)稱為5G直通鏈路（5G Sidelink），此技術(shù)現(xiàn)在對(duì)于小區(qū)覆蓋擴(kuò)展、應(yīng)急/公共安全以及機(jī)器對(duì)機(jī)器交互很有吸引力。5G直通鏈路的工作范圍有限（鏈接預(yù)算不足），但有可能用于特定場(chǎng)景。

3.5

非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）

5G NTN將5G NR技術(shù)范圍和相關(guān)優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到非地面平臺(tái)。機(jī)載5G NR架構(gòu)允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在地面網(wǎng)絡(luò)（使用5G NR空中接口）不可用位置提供基于5G的服務(wù)，因此不需要任何中間協(xié)議或技術(shù)轉(zhuǎn)換。5G NTN可以由衛(wèi)星、高空平臺(tái)或任何其他能夠搭載NTN有效載荷的空中載具提供。由于傳播延遲相對(duì)較低，低地球軌道（LEO）衛(wèi)星和飛機(jī)成為最有前途的搭載平臺(tái)。5G NTN技術(shù)解決方案正在Release 16中進(jìn)行評(píng)估，而相關(guān)規(guī)范預(yù)計(jì)將在3GPP Release 17中公布。

5G技術(shù)的軍事應(yīng)用機(jī)遇

前文中確定的許多5G使能技術(shù)相關(guān)特性和技術(shù)將有可能在不同軍事場(chǎng)景中應(yīng)用到軍事能力。需要注意的是，涉及新技術(shù)和概念的軍事能力開發(fā)是一個(gè)遞歸的長(zhǎng)期過(guò)程（基于循序概念開發(fā)、系統(tǒng)開發(fā)和原型制作、實(shí)驗(yàn)和測(cè)試以及與利益相關(guān)者分析和討論的工作流程），5G技術(shù)將有可能應(yīng)用到以下軍事情境：

（1）在不同類型頻譜和多個(gè)頻段中實(shí)現(xiàn)5G NR，可實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比專用軍事5G系統(tǒng)。

5G將使用不同類型頻譜（授權(quán)、免授權(quán)和共享頻譜）、新頻段（如毫米波頻率，提供高容量視距應(yīng)用）和低頻段（例如，可實(shí)現(xiàn)高機(jī)動(dòng)戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景）。此外，由于不同國(guó)家/地區(qū)將使用不同細(xì)分頻段實(shí)現(xiàn)5G，這實(shí)際上為在具有軍事利益的頻段中以具有成本效益的方式實(shí)現(xiàn)5G軍事能力提供了機(jī)遇。

例如，歐洲將在3.5GHz頻段大規(guī)模實(shí)現(xiàn)5G，而日本則選擇在4.5~4.9GHz頻段實(shí)現(xiàn)5G。后者在北約4.4~5.0GHz戰(zhàn)術(shù)中繼頻段范圍內(nèi)，是戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的理想選擇，這樣就能夠使軍事通信供應(yīng)商可以較為容易地采購(gòu)關(guān)鍵使能構(gòu)件（如芯片組和天線系統(tǒng)）。

（2）毫米波5G NR有助于實(shí)現(xiàn)尖端高容量和電磁特征隱蔽的軍事系統(tǒng)。

在軍事環(huán)境中，毫米波的傳播特性有助于實(shí)現(xiàn)相對(duì)隱蔽的無(wú)線電系統(tǒng)。5G NR技術(shù)（如波束成形）增強(qiáng)了毫米波的潛在能力，因此軍事場(chǎng)景中的毫米波5G NR研究值得關(guān)注。

（3）5G NR大規(guī)模MIMO和波束成形為實(shí)現(xiàn)高容量戰(zhàn)術(shù)無(wú)線通信系統(tǒng)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

超大型MIMO天線陣列（大規(guī)模MIMO）與波束成形的結(jié)合將顯著提高5G NR與包括LTE在內(nèi)的“經(jīng)典”無(wú)線電技術(shù)的性能，為實(shí)現(xiàn)高性能、高性價(jià)比的戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)鋪平了道路，但這些系統(tǒng)同時(shí)面臨天線對(duì)準(zhǔn)要求的挑戰(zhàn)。

例如，波束成形為在戰(zhàn)場(chǎng)上快速部署自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)天線（self-pointing antennas）（如不需要人工對(duì)準(zhǔn)戰(zhàn)術(shù)天線），并且也有助于減少外部干擾和降低截獲概率。

（4）5G鄰近服務(wù)（ProSe）和集成接入回傳（IAB）對(duì)5G多層和/或網(wǎng)狀戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用很有吸引力。

ProSe（即5G直通鏈路，用于UE-UE無(wú)線電鏈路）和5G IAB（用于gNB-gNB無(wú)線電鏈路）能夠?qū)崿F(xiàn)許多想要實(shí)現(xiàn)多層和/或網(wǎng)狀無(wú)線系統(tǒng)的“無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施”戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景。

IAB有助于在戰(zhàn)場(chǎng)上快速部署自主5G集群（沒有到地面基礎(chǔ)設(shè)施的骨干連接）和海上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，特別是在挑戰(zhàn)性傳播條件下需要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)。

（5）網(wǎng)絡(luò)虛擬化和切片能力為軍方提供了新機(jī)會(huì)，也提出了新挑戰(zhàn)。

5G核心網(wǎng)和接入網(wǎng)組件虛擬化以及網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為軍方提供了一系列新機(jī)遇，同時(shí)也提出相關(guān)技術(shù)和安全挑戰(zhàn)。

例如，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)允許軍隊(duì)在作戰(zhàn)區(qū)域使用公共5G基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)切片作為類似專用基礎(chǔ)設(shè)施，這是一些用于戰(zhàn)術(shù)用途的“比薩餅盒式”專用軍事系統(tǒng)解決方案（盒中系統(tǒng)解決方案），或者用于戰(zhàn)術(shù)用途的多用途專用5G系統(tǒng)（如在同一個(gè)專用戰(zhàn)術(shù)5G系統(tǒng)中提供eMBB和URLLC能力，以支持多媒體通信和藍(lán)軍跟蹤或后勤應(yīng)用）。

（6）5G NTN可能會(huì)在戰(zhàn)術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)造新的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

5G NTN技術(shù)架構(gòu)的技術(shù)規(guī)范并非是5G標(biāo)準(zhǔn)化的重點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)也不可能實(shí)現(xiàn)，但它可能會(huì)創(chuàng)造新機(jī)會(huì)，通過(guò)機(jī)載或基于衛(wèi)星的5G系統(tǒng)，將戰(zhàn)術(shù)通信和應(yīng)用服務(wù)擴(kuò)展到缺少基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域（支持通信基礎(chǔ)設(shè)施）。

例如，機(jī)載5G NTN系統(tǒng)可以覆蓋戰(zhàn)術(shù)聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域，向地面機(jī)動(dòng)部隊(duì)提供寬帶通信和其他應(yīng)用（如部隊(duì)跟蹤、情報(bào)等）以及向偏遠(yuǎn)的戰(zhàn)術(shù)指揮部提供回傳連通能力。

初始參考5G軍事應(yīng)用領(lǐng)域

5.1

方法

5G標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)帶來(lái)的機(jī)會(huì)有可能克服以前的技術(shù)缺點(diǎn)和多項(xiàng)運(yùn)行挑戰(zhàn)，這推動(dòng)了有關(guān)初始5G參考軍事場(chǎng)景的討論和開發(fā)。這些初始場(chǎng)景有助于促進(jìn)與不同利益相關(guān)方的后續(xù)討論，包括北約科學(xué)家、軍事用戶、政策制定者、能力開發(fā)人員、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界，但同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是，5G軍事場(chǎng)景同時(shí)也在不斷變化。隨著討論的深入，應(yīng)用場(chǎng)景將得到細(xì)化、進(jìn)一步發(fā)展和/或擴(kuò)充。

這種場(chǎng)景開發(fā)方法，主要將5G用做無(wú)線通信系統(tǒng)，而不是5G生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用和服務(wù)平臺(tái)。因此，場(chǎng)景描述側(cè)重于5G的底層通信層（ISO的第4層及以下）及其對(duì)上面應(yīng)用層的改進(jìn)服務(wù)，這是后續(xù)分析的內(nèi)容。

在北約通信和系統(tǒng)局的一份技術(shù)報(bào)告中，詳細(xì)描述了四個(gè)不同5G軍事應(yīng)用領(lǐng)域的十個(gè)場(chǎng)景，涉及作戰(zhàn)用例、基于5G的技術(shù)概念、5G關(guān)鍵使能技術(shù)、軍事用戶獲得的作戰(zhàn)利益、概念本身及其制定和實(shí)現(xiàn)（由軍事通信行業(yè)）的挑戰(zhàn)等。四個(gè)5G軍事應(yīng)用領(lǐng)域是：（1）用于遠(yuǎn)征作戰(zhàn)的可部署通信與信息系統(tǒng)（CIS）；（2）陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)；（3）海上作戰(zhàn)；（4）靜態(tài)通信。

5.2

可部署CIS（DCIS）

圖2和圖3給出了兩種DCIS場(chǎng)景，分別部署大型可部署作戰(zhàn)指揮部（DHQ）和小型可部署作戰(zhàn)指揮部，負(fù)責(zé)遠(yuǎn)征作戰(zhàn)和戰(zhàn)役級(jí)指揮（指揮與控制（C2）），并考慮在可部署作戰(zhàn)指揮部?jī)?nèi)部使用高性能5G系統(tǒng)提供無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)可部署作戰(zhàn)指揮部的快速架設(shè)和撤收。

圖2 在可部署CIS場(chǎng)景中的大型可部署作戰(zhàn)指揮部

圖3 可部署CIS場(chǎng)景中的小型可部署作戰(zhàn)指揮部

對(duì)于大型作戰(zhàn)可部署指揮部場(chǎng)景（圖2），建議使用專用5G實(shí)現(xiàn)提供無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）分布和區(qū)域覆蓋無(wú)線電（ACR）傳輸服務(wù)。在此概念中，部署毫米波頻率高容量WMAN專用5G蜂窩作為固定無(wú)線接入（FWA）點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PTMP）系統(tǒng)，工作頻段為26GHz頻段（北約協(xié)調(diào)頻段）。對(duì)于ACR系統(tǒng)，此概念是基于實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠覆蓋整個(gè)可部署指揮部區(qū)域及以外的多媒體宏覆蓋蜂窩，通過(guò)一個(gè)低頻段（低于1GHz，理想情況下在北約225~400MHz UHF頻段）專用5G蜂窩實(shí)現(xiàn)。此系統(tǒng)可以為可部署指揮部附近的移動(dòng)用戶提供增強(qiáng)容量和多媒體服務(wù)（視頻、消息、寬帶數(shù)據(jù)和其他應(yīng)用）。

對(duì)于小型作戰(zhàn)可部署指揮部場(chǎng)景（圖3），采用一個(gè)專用單層高容量5G系統(tǒng)在5G Sub-6GHz（中）頻段（理想情況下在4.4~5GHz頻段，通常稱為NATO Band IV）提供WMAN和無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）組合連接能力，滿足容量和靈活性要求。在此概念中，可能采用一個(gè)5G基站提供高容量（即利用一條100MHz寬帶無(wú)線信道就可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)約1Gb/s的總系統(tǒng)容量）和小型可部署指揮部周圍的移動(dòng)性，作戰(zhàn)單元帳篷大部分不會(huì)對(duì)無(wú)線電頻率造成遮擋。用戶可以使用此基礎(chǔ)設(shè)施承載所有應(yīng)用服務(wù)（實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)等）。當(dāng)使用4.4~5.0GHz頻段時(shí)，雖然其對(duì)移動(dòng)通信不理想，但易實(shí)現(xiàn)頻譜管理，可以通過(guò)5G NR的高性能特性（如波束成形和大規(guī)模MIMO）以及電磁透明帳篷補(bǔ)償。

5.3

陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)

圖4和圖5給出了典型陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)場(chǎng)景（同一個(gè)場(chǎng)景的兩種不同情況），主要針對(duì)多國(guó)陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)。這些用例涉及旅及以下級(jí)陸地作戰(zhàn)，使用5G系統(tǒng)在戰(zhàn)術(shù)級(jí)提供增強(qiáng)無(wú)線連接，用于在最良性情況下的可互操作寬帶戰(zhàn)術(shù)通信。

為應(yīng)對(duì)中/高電子戰(zhàn)（EW）威脅場(chǎng)景設(shè)計(jì)了多款戰(zhàn)術(shù)波形，它們具有高系統(tǒng)增益系數(shù)和低電磁信號(hào)特征，但數(shù)據(jù)速率有限。5G技術(shù)雖然魯棒性不足，但頻譜效率和帶寬非常高，可考慮用作戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的高性價(jià)比實(shí)用增強(qiáng)系統(tǒng)（尤其是在不太可能出現(xiàn)電子戰(zhàn)威脅的場(chǎng)景中）。

圖4 陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)場(chǎng)景中的地面組網(wǎng)

圖5 陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)場(chǎng)景中的非地面組網(wǎng)

在此概念中，專用5G實(shí)現(xiàn)可視為支持陸地戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的常規(guī)戰(zhàn)斗網(wǎng)無(wú)線電（CNR）網(wǎng)絡(luò)能力的增強(qiáng)系統(tǒng)，其第一層有兩種組網(wǎng)方式。在地面組網(wǎng)方式中（圖4），在旅/營(yíng)指揮部部署一個(gè)低于1GHz的地面5G宏蜂窩，并將提供從連級(jí)單位到旅/營(yíng)指揮部的增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)回傳連接。在非地面組網(wǎng)方式中（圖5），戰(zhàn)術(shù)回傳連接由一個(gè)機(jī)載5G非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）提供，以應(yīng)對(duì)非常不利的地形條件（或旅/營(yíng)指揮部和連級(jí)單位之間相隔距離較遠(yuǎn)的情況）。

對(duì)于提供連級(jí)通信的第二層，可在機(jī)動(dòng)連指揮所部署一個(gè)低于1GHz的戰(zhàn)術(shù)5G蜂窩（在北約UHF頻段的高頻段，400MHz），為配備戰(zhàn)術(shù)5G移動(dòng)終端（具有5G直通鏈路模式）的移動(dòng)部隊(duì)提供增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)通信和其他服務(wù)。這種增強(qiáng)服務(wù)將在良性電子戰(zhàn)條件下補(bǔ)充CNR網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知并向徒步士兵提供功能服務(wù)。

5.4

海上作戰(zhàn)

海上場(chǎng)景如圖6、圖7和圖8所示，涉及三個(gè)不同海上場(chǎng)景：海軍特混部隊(duì)，海岸/港口通信和兩棲通信。海上場(chǎng)景針對(duì)無(wú)線視距條件下的近距離海軍通信，并考慮使用高性能5G系統(tǒng)增強(qiáng)艦-艦、艦-兩棲和艦-岸通信連接，為常規(guī)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星、CNR和子網(wǎng)中繼常規(guī)海上通信提供低延遲和高容量增強(qiáng)通信系統(tǒng)。

圖6 海軍特混部隊(duì)場(chǎng)景

圖7 海岸/港口通信場(chǎng)景

圖8 兩棲通信場(chǎng)景

對(duì)于海軍特混部隊(duì)場(chǎng)景（圖6），給出了一種基于集成接入回傳（IAB）技術(shù)的5G系統(tǒng)，用于在Sub-6GHz（中低）頻段提供艦-艦通信。在此概念中，每艘艦船上都部署支持IAB的gNB，最終形成了一個(gè)網(wǎng)狀視距網(wǎng)絡(luò)。由于集成接入回傳（IAB）技術(shù)利用了gNB天線和無(wú)線電特性，這種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)將提供高吞吐量和低延遲艦-艦通信。

對(duì)于海岸/港口通信場(chǎng)景（圖7），利用岸基公共或?qū)Ｓ?G宏蜂窩提供艦-岸連接，用于補(bǔ)充并為衛(wèi)星通信系統(tǒng)減負(fù)。此概念可以通過(guò)公共5G網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)部署岸基專用5G軍事通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)也考慮綜合使用岸基蜂窩覆蓋和終端直通鏈路實(shí)現(xiàn)多跳范圍擴(kuò)展。

對(duì)于兩棲通信場(chǎng)景（圖8），提出了一種艦載5G專用蜂窩，用于增強(qiáng)本地兩棲回傳通信。在此概念中，由部署在兩棲攻擊艦上的Sub-1GHz 5G蜂窩（在700MHz頻段）和具備直通鏈路的5G終端，為兩棲機(jī)動(dòng)部隊(duì)提供高數(shù)據(jù)速率本地回傳連接，增強(qiáng)戰(zhàn)斗網(wǎng)無(wú)線電和戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星能力。

5.5

靜態(tài)通信

靜態(tài)通信場(chǎng)景如圖9和圖10所示，針對(duì)兩種不同場(chǎng)景：內(nèi)部IT基礎(chǔ)設(shè)施和備用WAN連接。兩者都屬于靜態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，利用高性能5G系統(tǒng)提供靜態(tài)站點(diǎn)與軍事園區(qū)/指揮部之間的無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)高吞吐量和高保障無(wú)線連接。

圖9 內(nèi)部IT基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)景

圖10 備用WAN連接場(chǎng)景

對(duì)于內(nèi)部IT基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)景（圖9），建議在靜態(tài)軍事區(qū)域提供專用5G基礎(chǔ)設(shè)施，提供WLAN分布。在此概念中，基于5G的高容量無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行于非授權(quán)頻段（理想情況下在5.0GHz非授權(quán)子頻段中（法規(guī)因國(guó)家而異）），用作基線技術(shù)，向北約靜態(tài)指揮部中所有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供企業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)連接。這種服務(wù)質(zhì)量（QoS）能得到保證的無(wú)線局域網(wǎng)解決方案將為所有無(wú)線連接網(wǎng)絡(luò)和用戶終端提供高質(zhì)量固定和移動(dòng)連接，并為用戶和設(shè)施管理人員提供高質(zhì)量用戶體驗(yàn)和非常高的靈活性。

對(duì)于備用廣域網(wǎng)連接場(chǎng)景（圖10），建議使用公共5G基礎(chǔ)設(shè)施為北約靜態(tài)指揮部提供備用廣域網(wǎng)連接（當(dāng)常規(guī)連接暫時(shí)不可用時(shí)）。在此概念中，當(dāng)常規(guī)廣域網(wǎng)連接不可用時(shí)，可采用5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片為高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)提供到互聯(lián)網(wǎng)的備用廣域網(wǎng)連接。

結(jié)論

基于目前獲得的研究成果，可以得出下列結(jié)論：

（1）5G是一項(xiàng)復(fù)雜且快速發(fā)展的技術(shù)。

5G生態(tài)系統(tǒng)從一開始就能夠適應(yīng)多種使用場(chǎng)景（eMBB、URLLC和mMTC）和不同應(yīng)用，并且實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的突破，但其在制定規(guī)范的過(guò)程中可能會(huì)遇到重大實(shí)施挑戰(zhàn)。此外，其標(biāo)準(zhǔn)化和開發(fā)工作進(jìn)展非常迅速，正在多地進(jìn)行大量研發(fā)和測(cè)試工作。5G的許多關(guān)鍵特性（以及許多軍事應(yīng)用的使能技術(shù)）仍有待規(guī)范（在3GPP Release 16和17中）和實(shí)現(xiàn)。

（2）目前關(guān)于5G有重大錯(cuò)誤信息。

目前有關(guān)5G的可用信息受到許多商業(yè)營(yíng)銷宣傳的影響，向包括軍方在內(nèi)的利益相關(guān)者提供了誤導(dǎo)性信息。例如，當(dāng)前的5G實(shí)現(xiàn)基于3GPP Release 15，該版本僅針對(duì)eMBB使用場(chǎng)景，為當(dāng)前客戶群提供改進(jìn)的4G數(shù)據(jù)服務(wù)。被吹捧的物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器類通信、遠(yuǎn)程控制、5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用都需要大面積部署支持URLLC和mMTC使用場(chǎng)景的5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)。盡管這些應(yīng)用在技術(shù)上可能實(shí)現(xiàn)，但考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素，通常認(rèn)為實(shí)現(xiàn)新的5G功能和相關(guān)優(yōu)勢(shì)為時(shí)尚早。

（3）3GPP是最重要的需求和規(guī)范制定機(jī)構(gòu)。

5G技術(shù)的未來(lái)發(fā)展取決于3GPP，同時(shí)也會(huì)受民間商業(yè)機(jī)構(gòu)的影響。軍事利益相關(guān)方參與3GPP是軍方獲取5G新發(fā)展信息并在未來(lái)5G規(guī)范中引入軍事需求以及開發(fā)5G直通鏈路和IAB等關(guān)鍵5G使能特性的關(guān)鍵。

（4）5G為在不同的軍事應(yīng)用領(lǐng)域和使用理念的軍事應(yīng)用提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

本文介紹了5G技術(shù)帶來(lái)的許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)（包括軍事應(yīng)用頻譜），并通過(guò)簡(jiǎn)要場(chǎng)景描述表明，5G在不同軍事應(yīng)用領(lǐng)域（遠(yuǎn)征應(yīng)用DCIS、戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)、海上作戰(zhàn)和靜態(tài)通信）的不同場(chǎng)景，以及使用不同5G利用概念（使用專用5G系統(tǒng)、軍事用戶使用公共5G網(wǎng)絡(luò)、在專用/定制軍事系統(tǒng)中使用精選的5G技術(shù)）中將為軍事用戶提供增強(qiáng)通信和應(yīng)用服務(wù)方面的巨大潛力。這些機(jī)遇也為軍事用戶和軍事通信行業(yè)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，需要深入討論和評(píng)估。

（5）5G實(shí)現(xiàn)和部署還處于早期階段，但正在進(jìn)行大量研發(fā)工作。

除了極少數(shù)例外情況，5G網(wǎng)絡(luò)的早期部署將是對(duì)4G LTE網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展（即非獨(dú)立模式），并僅針對(duì)eMBB使用場(chǎng)景。目前許多開發(fā)者和運(yùn)營(yíng)商同時(shí)在技術(shù)層面和應(yīng)用層面（垂直行業(yè)領(lǐng)域）開展了大量研發(fā)工作。軍事利益相關(guān)者必須與這些參與者一起評(píng)估這些研發(fā)成果，并考慮將其應(yīng)用到5G技術(shù)軍事能力概念開發(fā)中。

（6）5G發(fā)展有很多未知數(shù)。

如前所述，5G在規(guī)范（正在進(jìn)行）、開發(fā)和實(shí)現(xiàn)方面推動(dòng)了許多技術(shù)的發(fā)展。例如，將毫米波用于移動(dòng)通信將需要大規(guī)模部署5G基站（微蜂窩或微微蜂窩），這可能為當(dāng)前的監(jiān)管模式帶來(lái)挑戰(zhàn)和/或在商業(yè)上不可行。此外，毫米波頻率在移動(dòng)通信環(huán)境中的實(shí)際傳播特性還不夠了解。

（7）由于缺少軍用現(xiàn)貨（MOTS）系統(tǒng)，對(duì)5G技術(shù)的軍事用途評(píng)估受到限制。

當(dāng)前移動(dòng)通信行業(yè)的重心是民用（工業(yè)專用解決方案除外），盡管軍方對(duì)5G技術(shù)非常感興趣，但目前基于5G技術(shù)的軍用級(jí)/軍用現(xiàn)貨（MOTS）系統(tǒng)有限。因此，軍事利益相關(guān)者和軍事通信行業(yè)應(yīng)參與到5G技術(shù)開發(fā)中，以確定和探索感興趣的應(yīng)用場(chǎng)景。

建議

基于上述結(jié)論，建議北約和各成員國(guó)的軍事通信利益相關(guān)方在以下方面開展相關(guān)工作：

（1）與軍事通信利益相關(guān)者一起組織一個(gè)5G專題研究組，共同探討5G各種理念、匯集輸入并綜合各種成果。

目前，軍事界的多個(gè)機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)都在從不同角度審視5G的發(fā)展?jié)摿兔媾R的挑戰(zhàn)。在此背景下，有必要組織一次非正式討論來(lái)綜合各種觀點(diǎn)和收集意見，探討階段性成果、已確定的機(jī)遇、初始參考5G軍事場(chǎng)景，收集其他意見，并準(zhǔn)備與包括工業(yè)界在內(nèi)的其他利益相關(guān)方后續(xù)合作。在討論過(guò)程中，重要的是讓多個(gè)感興趣的機(jī)構(gòu)（如網(wǎng)絡(luò)空間、情報(bào)、指揮控制部門以及主要軍種）參與進(jìn)來(lái)。

（2）對(duì)5G軍事應(yīng)用進(jìn)行全面評(píng)估。

鑒于5G技術(shù)的復(fù)雜性、標(biāo)準(zhǔn)化工作處于不斷演進(jìn)中、不同的潛在實(shí)施領(lǐng)域以及一些5G特性的不成熟，對(duì)5G及相關(guān)軍事應(yīng)用技術(shù)的可信研究需要技術(shù)團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展大量工作。

（3）與軍事通信行業(yè)合作，評(píng)估5G發(fā)展現(xiàn)狀，討論5G在軍事場(chǎng)景中的實(shí)施挑戰(zhàn)。

本文著重介紹的初始參考5G軍事場(chǎng)景已經(jīng)確定了在北約/軍事場(chǎng)景中使用專用或公共5G系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)概念的多項(xiàng)實(shí)施挑戰(zhàn)。目前多個(gè)實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行多項(xiàng)5G研發(fā)工作，評(píng)估5G實(shí)驗(yàn)技術(shù)和應(yīng)用。因此，強(qiáng)烈建議軍方代表和科學(xué)家與這些機(jī)構(gòu)建立聯(lián)系，以獲取與參考軍用5G場(chǎng)景相關(guān)的實(shí)施挑戰(zhàn)的第一手反饋信息。

（4）在評(píng)估5G的潛力時(shí)，也要評(píng)估相關(guān)無(wú)線技術(shù)的潛力。

5G在無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)級(jí)與其他技術(shù)高度相關(guān)。具體而言，5G RAN采用有開放架構(gòu)，可以與其他無(wú)線接入技術(shù)集成（如LTE Advanced、WLAN技術(shù)、基于NTN的5G）。此外，一些非5G無(wú)線技術(shù)可能也會(huì)給一些軍事應(yīng)用帶來(lái)諸多好處。

（5）監(jiān)督、參與和促進(jìn)3GPP的工作計(jì)劃。

3GPP是一個(gè)討論和形成5G要求和規(guī)范的論壇。軍方代表參與3GPP將能夠確保更好地代表軍方利益，并向?qū)娛?公共安全應(yīng)用感興趣的業(yè)界參與者提供真知灼見。北約科研人員可以在3GPP中代表北約/軍方利益。

（6）考慮制定一個(gè)由多方利益相關(guān)者參與的計(jì)劃，開發(fā)5G和其他高性能民用無(wú)線技術(shù)支持軍事應(yīng)用的潛力。

鑒于需要開展大量工作來(lái)有效評(píng)估5G和相關(guān)技術(shù)在軍事應(yīng)用方面的潛力，建議北約和成員國(guó)利益相關(guān)方共同努力在5G軍事應(yīng)用領(lǐng)域取得可由北約和相關(guān)國(guó)家軍事機(jī)構(gòu)共享的成果。本文中描述的許多初始參考5G軍事場(chǎng)景涉及北約和/或成員國(guó)能力發(fā)展（基于5G的專用軍事系統(tǒng)支持作戰(zhàn)）、互操作性（5G增強(qiáng)系統(tǒng)在選定場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)具有成本效益的通信互操作性）、用于北約/成員國(guó)軍事用戶的IT基礎(chǔ)設(shè)施和/或軍方使用的公共5G（民用）電信網(wǎng)絡(luò)。