5G军事应用前景分析

方芳　彭玉婷

第五代移动通信系统（5G）是新一代宽带无线移动通信系统，能極大增强无线通信能力，并正在与人工智能、大数据等信息技术紧密融合，以“5G+”的形式与工业、交通、医疗、金融、建筑等垂直领域相结合，催生“改变社会”的新移动互联模式。5G不仅在国民经济与社会发展中扮演着关键角色，还对军事安全至关重要。

5G简述

5G将具10～20Gbp的峰值速率、100Mbps～1Gbps的用户体验速率、每平方千米100万的连接数密度、1毫秒的空口时延、500千米/小时的移动性支持、每平方米10Mbps的流量密度等关键能力指标，相对4G提升3～5倍的频谱效率以及百倍的能效。如果说1G是土路，2G是柏油路，3G是高速公路，4G是加宽高速公路，那么5G将是集高速公路、高速铁路、高速水运航线、高速空运航线等于一体的交通网。

随着世界新军事革命加速推进，作战域由陆、海、空等传统领域向太空、网络空间等非传统领域扩展，作战样式由“以平台为中心”向“以网络为中心”转变，未来战争的跨域协同、全频谱集成、大数据驱动、一体化智能化等趋势愈加明显，信息通信技术已成为谋取军事优势的重要战略手段。5G基于体系创新方式实现了多种技术和系统融合，势必会渗透到军事信息通信网络领域，进而引起指挥控制、情报监视侦察、无人系统控制等领域的变革。

5G在军事领域的应用已经引起美国、韩国、欧洲等国家和地区注意，特别是美国认为“5G是新军备竞赛，任何主导5G技术的国家都将在21世纪的大部分时间拥有经济、情报和军事上的优势”。这些国家和地区已经积极采取行动开展相关探索。

各国探索5G军事应用的主要动向

美国第一，开展5G军事应用评估。2019年4月，美国国防部国防创新委员会发布《5G生态系统：国防部面临的风险与机遇》报告，认为5G为重塑国防部网络和信息流程、提高战场态势感知和决策效能提供了机遇，然而由于传播和成本限制，目前美国侧重的毫米波方案在大规模部署、广域组网方面存在较大难度，而中国占优势的6GHz以下（Sub-6GHz）的中频频谱（3～4GHz）将成为未来几年广域网的全球标准，这将给美国防安全带来很多潜在风险。

该报告提出以下3点建议措施。一是国防部需要制定共享Sub-6GHz频谱的计划，以塑造未来的5G生态系统，包括评估需要共享多少带宽和哪些带宽，在什么时间范围内进行共享，以及共享将如何影响国防部系统;二是国防部必须做好在“后西方”移动通信生态系统中运作的准备，应制定包括工程和战略层面的系统安全性和弹性的研发投资计划;三是国防部应倡导美国调整贸易政策，以遏制可能将国家安全资产和任务置于危险之中的供应链漏洞。

1G到5G的演变

2019年6月，美国国防部国防科学委员会也发布《5G网络技术的国防应用》报告，认为5G最大的应用潜力在于对未来战争或军事网络的潜在影响，并对5G国防应用前景及潜在风险进行了评估。该报告认为，5G网络技术在国防领域具有巨大应用前景：其大容量、高速率、低功耗、低延时等优势可强化美国国防部当前任务能力，并实现能力创新，网络功能虚拟化、安全增强、新型无线电技术能满足多样化的应用场景和通信需求。

该报告还针对美国国防部拟制定的5G战略提出了10条建议，主要归纳为5方面。一是在频谱资源方面，根据即将出台的《国家频谱战略》制定国防部频谱战略规划，建立新的频谱共享机制，保障5G频谱资源需求;二是在关键技术方面，加强5G核心技术——毫米波通信技术的发展与转化，制定并执行为期3年的5G科技路线图，重点关注卫星通信、人工智能、大规模多天线阵列系统、雾计算、毫米波芯片等技术与5G的融合;三是在标准方面，加快制定5G器件、技术、应用等标准;四是在网络应用方面，在低强度竞争环境中实现5G应用，并为高强度竞争环境及关键领域开发有针对性的安全5G系统，同时建立测试环境以探索创新应用场景;五是在网络安全方面，与相关机构合作开展5G网络脆弱性评估，制定安全评估程序和风险降低计划，制定5G供应链管理战略，对5G网络安全性、供应链可靠性和安全性进行全面把控。

第二，启动5G技术军事应用试验。2019年6月，美国国会通过《2020财年国防授权法》草案，批准国防部新设立“下一代信息通信技术”项目，计划斥资1.75亿美元，加速推进5G军事应用研究。

同年10月，美国国防部宣布选定首批4个军事基地用于5G技术相关原型平台的部署和软件测试，分别是：空军希尔基地，主要构建动态频谱共享测试平台，以演示在使用大功率中频雷达的竞争环境中采用5G的能力;陆军麦考德基地，主要利用5G将增强现实和虚拟现实集成到训练靶场内，测试虚拟和实时环境中的任务规划和训练;海军陆战队佐治亚后勤基地、海军圣地亚哥基地，主要测试智能仓库利用5G能力来增强后勤运作的能力。这些基地可提供便利的频谱资源利用途径、成熟的光纤和无线基础设施、关键设备的访问权限，能为基础设施改进和更新需求提供支持，具备使用动态频谱共享进行可控实验的能力。

2020年2月，美国国防部公布2021财年国防预算需求文件，强调将研究投资集中在四大新兴技术领域，其中5G/微电子领域的2021财年预算申请是15亿美元。美国国防部希望通过5G技术来实现“无处不在的连接性”，并表示将加速推进5G军事应用的探索和实践。

第三，积极探索毫米波通信技术军事应用。毫米波通信技术是5G核心技术之一，可实现热点区域超高速覆盖，美国已经开展其军事应用的先期探索。

5G采用毫米波和Sub-6两种频谱的优劣势对比

DARPA于2013年启动100Gbps射频骨干网项目，旨在开发工作于70～80GHz毫米波频段的机载无线骨干网传输系统，实现数据率达100Gbps的空-空和空-地通信。2018年1月，在项目第二阶段测试中，DARPA联合诺斯罗普·格鲁曼公司在城市环境中（20千米范围内）操作演示了速率为100Gbps的数据链路，树立了无线传输速度新标杆。在2018年6月开始的第三阶段飞行测试中，又演示了速率为100Gbps、通信距离达100千米的空-地链路，如果降低数据率，距离还可进一步延伸。该项目的完成将使美军空中通信迈上新台阶。

欧洲2018年7月，欧洲空客公司推出安全空中军事通信网络解决方案——“天空网络”（NFTS）。NFTS将多种技术进行整合，包括卫星链路（地球同步轨道和中、低地球轨道卫星）、战术空-地/地-空/空-空链路、话音链路、激光通信连接和5G移动通信单元，以形成弹性全球网状网络。空客公司的通信网络解决方案可在飞机、卫星、指挥中心和地面/海上部署的移动部队之间实现互操作，从而解决单架飞机在分离网络中运行时面临的问题，这就更好地发挥了5G在通信速率以及传输可靠性上的优势。

NFTS项目启动后，分别于2018年9月和2019年6月进行了两次比较重要的演示测试。在第一次测试中，空客公司成功演示了利用高空气球作为空中节点，实现5G网络对ISR数据的高速传输;在第二次测试中，空客公司以多功能加油运输机（MRTT）作为空中节点，模拟在MRTT、战斗机、地面部队和地面联合空中作战中心之间建立宽带通信链路的场景，成功展示了跨多个异构网络和多种技术的安全端到端通信的实时运行。

韩国  2019年4月，韩国军事学院与韩国SK电讯公司签署了一项商业协议，将成立一所智能军事学校，融合人工智能、增强现实和虚拟现实、物联网、云计算、大数据等与5G相关的技术，用于军事训练，以促进新一代信息技术融入国防和军事领域。例如，在基于虚拟现实和增强现实的战斗实践项目中引入5G技术，以其低延迟、快速和超连接性提高训练效率，增强训练效果。

5G军事应用前景分析

与以往移动通信系统相比，5G是一种技术和运用上的革命性变革，各项关键能力指标相比4G均有大幅提升：用户体验速率提升10倍，峰值速率提升20倍，流量密度提升100倍，能量效率提升100倍，连接数密度提升10倍，时延缩短到之前的1/10，频谱效率提升3倍，移动性提高近1倍。5G对通信能力的极大增强，将与人工智能、云计算、大数据、边缘计算等新信息技术紧密融合，推动军事移动通信网络乃至作战样式的快速变革发展。

第一，5G推进毫米波通信技术实用化，实现大容量、高速率、抗截获军事移动通信。毫米波通信技术因其通信容量大、安全保密和抗干扰能力强、传输质量高等突出特点而备受青睐，但也由于传播距离短、损耗大、易受阻挡等短板，应用受限。5G网络的大量小基站、大规模天线系统（M-MIMO）和波束成形技术为毫米波通信技术实用化提供了解决方案。5G网络通过部署大量小型基站的方式加强传统蜂窝网络，间接弥补了毫米波穿透性差、传播距离短的缺陷;M-MIMO以128个收发单元以上的大规模天线阵列解决了毫米波发射和接收的问题，可大幅提高信号传输速度，增强信号强度;波束成形技术使发射出去的毫米波聚焦到一个精准指向，波束周围的信号强度成指数衰减，具有较强的抗干扰、抗截获能力，特别适合保密通信。

DARPA的100Gbps射频骨干网项目构想

5G（外圈）与4G（内圈）性能指标的对比

在未来战场上，为实现实时态势感知和高效辅助决策需要有大量数据信息被传输交换，而高清图像、视频等军事数据的爆炸式激增已经给现有军事通信网络造成极大挑战。DARPA分析称，仅一架全球鹰无人机进行数据传输所需的带宽就高达500Mbps，相当于美军在第一次海湾战争中所使用的全部带宽;DARPA研发的商业时标阵列（ACT）先进相控阵雷达数据传输量预计达到108Gbps，大大超过目前军事通信网络的承载能力。5G毫米波通信技术为解决这一挑战提供了途径，在战术指挥控制、作战平台点对点通信等方面有广阔的应用前景。

第二，5G采用新型网络架构，促进战场移动网络深度融合、灵活适变。當前，战场移动通信基础设施平台基于专用硬件实现，网络功能与硬件的紧耦合和网络拓扑架构的紧耦合，导致设备复杂度高、资源配置能力不强、灵活性及协同性缺乏。5G基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术构建新型网络基础设施，使5G网络成为“柔性”网络，可满足多样化的应用场景和通信需求。此外，5G实施异构网络资源切片统一控制，可有效增强战场信息通信网络的深度融合，支持战场平台全域互联和战场信息充分共享，将从多方面深刻改变未来联合作战模式，提升感知、决策、交战、保障等资源的网络化、服务化、体系化协同运用能力。

第三，5G支撑人工智能技术军事应用，助力智能作战样式形成。5G的新型网络架构、网络切片、边缘计算等技术与人工智能技术相融合，将大大促进人工智能技术的深度军事应用。在基于5G技术的海量终端接入、海量数据传输、全要素互联、高实时协同的网络支撑下，将会由实体向虚拟拓展覆盖整个战场空间的智能化作战网络。特别是在无人机集群控制方面，可根据任务场景对带宽、时延等的不同需求灵活配置网络资源、敏捷重构网络功能，满足面向任务的差异化应用需求，将对有人-无人协同作战和无人蜂群作战研究起到极大的推动作用。

对5G军事应用探索的几点认识

5G将直接推动通信技术和产品的体系跃升，牵引材料、芯片、器件、软件等基础产业的快速发展，带动人工智能、云计算、大数据等领域的纵深应用，已成为新一轮信息技术和产业革命的战略制高点，也已成为当前大国博弈的焦点。对于5G军事领域应用探索，有如下几点认识。

一是应加深5G军事应用需求研究。5G基于其核心技术优势，通信能力和服务能力得到极大增强，对军事通信领域起到强力推进作用，可以更好地支撑新的作战应用。但是，军事通信网络具有与民用网络不同的特性，如缺少大规模固定基础设施支撑、网络拓扑动态变化、电磁环境和传播条件复杂等。以高速移动场景通信为例，民用5G移动通信支持最高500千米/小时的移动速度，可以满足地面车辆、高铁等移动设施的需求，而在舰机通信、机间通信、无人机集群、巡飞弹编队等军事应用场景下，设备与设备、平台与平台间的移动速度将达到1000千米/小时甚至更高。军用5G相关技术上还面临着一些问题需要解决，具体军事应用场景也有待深化论证。应深入研究5G技术在相关军事应用场景的可行性，对潜在应用场景进行分类，提出功能和指标要求。

二是充分借鉴民用5G技术发展军用5G网络。5G技术具有很好的军民两用性，如商用M-MIMO经过适度改造后即可移植到军事应用中。应充分利用、借鉴商用5G技术、标准、系统和网络，成体系布局军用网络的关键技术、核心装备、典型系统，同时开展相关标准规范的研究和制订工作。

各国已启动6G研究

三是提前布局6G、毫米波、太赫兹等前沿技术研发应用。按照移动通信技术的更迭时间，一代技术从研发到应用大概需要10年。在5G即将投入商用时，各国已经纷纷启动6G技术概念的设计和研发工作。目前世界上对6G的研究处于探索阶段，6G的技术方案、性能特征、应用场景、建设运行等都未形成定论，但可以肯定的是，6G将在5G的基础上进一步变革信息网络，实现万物互联和泛在连接，实现人与机器、机器与机器的无距离感互动，使人类社会进入泛在智能化信息时代。6G的军事应用将促成军事信息体系的根本性变革，对军事组织形式、对抗方式及装备体系等产生难以估量的影响。2019年2月，美国总统特朗普在推特上呼吁美国尽可能快速地发展5G，甚至直接过渡到6G;3月，美国联邦通信委员会（FCC）同意开放95GHz～3THz的頻段，用于6G技术试验，研究人员将有10年的使用许可来对6G技术、产品与服务进行试验探索，这标志着美国已正式启动6G技术研发。此外，毫米波、太赫兹、区块链、量子计算等对通信能力和信息安全有重大影响的前沿技术也应积极研究、超前布局，以避免技术突袭，确保发展优势。

责任编辑：葛  妍