來源： 軍事高科技在線作者： 秦中南、龍坤
導讀
近些年來，世界很多國家正在積極推進5G的應用。全世界5G基站的數量持續增長，5G應用層出不窮，享受5G服務的用戶也越來越多，5G正在越來越多地影響和改變著人們的生活方式。與此同時，5G在軍事領域的應用也在逐漸拉開帷幕。本文是《淺談5G的軍事應用》系列的第一篇文章，主要介紹5G在軍事通信和軍用無人作戰平台的應用前景，供感興趣的讀者參考。
圖1：美軍網絡中心戰及未來士兵概念圖
一、軍事通信
軍用通信系統在現代化戰爭中占據著重要地位，發揮著不可替代的作用。在以計算機和網絡集中為核心的現代戰爭中，軍事通信技術需要高效、穩定、可靠地分配、共享和指揮信息，同時把戰場的不同平台連接到一個戰鬥網系統中，進而保證其正常運行；在實際的戰鬥過程中，每個單元需要通過使用無線通信技術進行必要的信息交換，實時監視運行情況，並靈活地改變運行計劃。 未來的智能化戰爭對戰場通信的要求將會更高，主要體現在通信傳播、通信保密以及能耗問題三個方面。
通信傳播主要包括戰鬥期間的語音傳輸、圖像傳輸和視頻傳輸。在軍隊行進時，部隊之間的通信要求是不斷變化的，這就需要軍事通信技術能夠及時和有效地將信息快速交互。目前，4GLTE的最高頻帶約為2000MHz，它的可用頻譜帶寬是只有100MHz。而基於毫米波的5G通信帶寬可以增大到10倍，延遲可以精確到毫秒級，從而能夠保證其傳輸速度更快，戰場通信的迅速高效性得以實現。通信保密指為了實現最佳的以網絡為中心的操作，必須保證信息在士兵之間有效地傳遞，同時保持較低的被偵察和攔截率。目前，軍用和民用移動通信系統由於缺乏頻帶資源而經常出現重複使用和相互干擾的問題。5G通信技術不僅能充分利用現有的通信資源，還能擴展到毫米波波段，使用軍用的獨特頻段傳輸信息可以提高軍事通信的安全性。另外，士兵之間的通信依賴於佩戴或攜帶的無線通信設備，而傳統的網絡數據傳輸會消耗大量的能量。5G 通信技術可以明顯降低數據傳輸過程中的能耗，提高數據傳輸速度，提高無線通信設備的電池使用效 率，進而保證戰場士兵的傳輸效率。
圖2：美軍寬頻自組網單兵電台
除此之外，5G還將在以下幾個方面影響軍事通信的性能：
（1）增強的通信寬頻提高了軍事通信網絡的穩定性。通過使用移動 5G 網絡實現移動寬頻增強。在當前的移動4G網絡中，湍流帶寬為20MHz。在這種情況下，遇到沙漠，海洋，地下等空間明顯增加了信號中斷和網絡連接故障的可能性。在移動5G網絡中，系統帶寬超過100-200 MHz，因此具有更廣泛的輻射和覆蓋範圍，更好地滿足高速移動網際網路接入的需求，同時可以提供穩定的軍事活動。行動網路服務可以避免在惡劣條件下出現不平穩或混亂，如軍事指揮混亂、軍事通信混亂等。
（2）海量的機器間通信能夠提高軍事通信網絡的運行效能。大規模的機器對機器通信具有低功耗、大規模連接和小數據分組的特性。支持的終端系統數量的增加，能夠具有更廣泛的覆蓋範圍，而且能夠進一步拓展其在大型網絡連接中的應用，並且提高物聯網的質量，充分發揮其運作速度優勢。5G網絡在軍事領域得到良好應用，能夠打通人與機器的通信交流障礙，可以使用高速寬頻將人類命令轉化為行動，軍事活動的速度和質量將會進一步提高。
（3）超高可靠和超低時延能夠提高軍事通信網絡的信號質量。此外，移動5G網絡在軍事通信網絡中還具有高可靠性和低延遲性的優點，所以它能夠在軍事網絡等特殊領域得到應用和推廣。目前，隨著軍事領域信息技術高科技的引入和使用，對於網際網路的要求也越來越高。不僅要保證網際網路網絡的可靠性，而且還要儘可能的降低其延遲，來保證網際網路網絡能夠快速、準確的處理大量數據，5G的引入必將大大提高這方面的能力。
圖3：陸海空聯動的5G軍事通信網絡
二、軍用無人作戰平台
（一）無人車
在戰場上，地面無人車可以代替人類完成高危、繁重的工作，如偵察、掃雷、工程建設等，從而減少士兵傷亡。同時，無人車也可以運輸軍用物資，提高軍隊作戰效率，是未來作戰系統中重要的組成部分。各國很早就開始了無人車的研究，2004年，美國國防高級研究計劃局（DARPA）就發起了名為「DARPA Grand Challenge」的沙漠無人車競賽，旨在推進無人車在軍事領域方面的應用；以色列也是軍用無人車開發和應用的先驅者，其研製的多用途無人車「守護者」可對軍事基地、重要管線、邊境線等執行巡邏任務；俄羅斯在2015年也推出了三款新型烏蘭系列無人車；英、 法、德等也在積極發展多款地面無人車。無人車系統通過不同的輸入，如傳感器、攝像機等傳輸的數據做出決策，從而進一步採取適當的行動。無人車的性能則取決於諸多因素，包括處理速度、能耗、電池壽命和運行時間等，5G通信技術將使得無人車在這些方面有顯著的提升。
圖4：美國海軍陸戰隊「角鬥士」無人車
首先，低延時的通信技術將極大提高無人車的處理速度。當士兵使用觸覺或力傳感器來維持對機器人運動的控制時，要求達到毫秒級的延遲。一些視覺反饋的場景則需要達到10毫秒的往返延遲，這樣的響應時間意味著對高帶寬的需求。雖然WiFi和4G也能進行傳輸，但各有其缺陷。WiFi不支持快速切換，在WiFi 熱點覆蓋範圍出入的無人車可能會受到不同程度的損壞，比如發生應用程式重啟，需要時間重新建立連接。雖然可以通過讓無人車同時接收更多WiFi通道來解決切換問題，但隨之而來的是成本的增加和複雜性的提高。而4G雖然能較好地控制干擾和切換， 但其帶寬和頻譜有限，無法很好地滿足無人車的需求。而5G通信技術具有大容量和低延遲的特點，它將LTE接入與新的空中接口結合在一起，提供更廣的覆蓋範圍、更大的帶寬以及毫秒級的延遲，能夠更好地滿足無人車在戰場上的通信需求。
其次，5G通信技術的應用也將降低無人車的能耗，延長其電池壽命。一些戰場無人車是士兵通過遠程控制器進行操控的，遠程控制器是一個固定的基站，接收來自無人車的數據，進行數據處理，做出決策，再把決策傳遞給無人車。在這個過程中，數據傳輸（通常使用WiFi或蜂窩網絡）和控制器都會對無人車的能耗產生影響。相比之下，使用5G通信技術的無人車能耗最低，決策速度最快。比如，傳遞4K畫質的圖像時，比起4G網絡，5G比其少消耗約41焦耳的能量，但決策速度卻快了約1.7秒。
（二）無人機
無人機作為新一代無人化裝備，因其隱蔽、靈活、成本低、適用多種作戰環境的特性，已經廣泛應用於情報偵察、跟蹤定位、戰場搜救、中繼通信、軍事打擊、信息對抗、戰鬥訓練等軍事領域，成為現代戰爭的一支重要空中力量，發展前景十分廣闊。軍用無人機快速擴展的應用場景也對空中/空地通信能力提出了更高要求，特別是其應用常與搜索、偵察、監測相關，這意味著需要傳輸海量視頻數據。現有4G/LTE 網絡雖然能用於部分時延容忍度高的無人機應用場景，但下行干擾、鄰區干擾等問題使其數據傳輸速率難以滿足未來無人機日益多樣化的自主飛行需求。而5G將能有效應對無人機的高可靠低時延需求，賦能無人機發展，從而推進空中作戰平台的革新。可以說，5G對軍用無人機具有重大戰略意義，將在較大程度上改變未來的空中作戰形態。
對於軍用無人機而言，通信系統的加密一直是關鍵技術之一，直接關係到作戰成敗。2009年美軍在伊拉克的行動中，其無人機信號遭到伊拉克方截獲，使得他們能夠及時撤離，美軍多次軍事行動落空。2016年的舊金山RSA信息安全大會上，安全研究專家尼爾斯·羅德（Nils Rodday）宣布已經開發出高端專用無人機的遠程劫持技術，他發現荷蘭警方使用的無人機與飛行控制模塊的通信數據並未得到加密，因此能夠通過無人機的無線連接系統漏洞，獲取無人機飛行控制系統的控制權，甚至能讓無人機直接墜毀。無人機的安全問題正受到軍方的日益重視。2017年12月，通信公司Viasat宣布與美國空軍合作，完成「迷你加密」項目的生產準備審查，該項目可實現軍用無人系統的敏感數據通信加密。然而通信系統的加密將對數據的傳輸速率產生影響，導致通信延遲。上述尼爾斯·羅德發現的無人機漏洞便是遙測模塊晶片為了減少指令延時而取消了加密功能所致。因此安全性與通信效率之間的矛盾也一直是亟待解決的問題之一。5G通信網絡由於其出色的數據傳輸速率表現，能夠在保證通信效率的前提下，進行更高級別的數據加密。前美國國防部首席信息官特里·哈沃森在2017年的一次採訪中表示，5G技術實現了高速率和低延時，由於擁有了更高的 帶寬，所以能使用更高級別的加密技術而不會影響連接速度。5G通信技術將提高軍用信息傳輸的保密性，增強戰場的信息保護和信息對抗能力。
圖5：美軍全球鷹無人機
5G賦能邊緣智能技術之後，將使無人機的蜂群技術產生突破，實現大規模協同作戰。2018 年1月，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）贊助在匹茲堡卡內基梅隆大學建立了網絡基礎設施計算研究中心CONIX，其研究目標之一便是藉助邊緣智能，為大規模協作無人機集群提供按需實 時感知信息，在快速演進的戰術環境中支持人機協作。由於無人機集群協作需要將時延控制在1 毫秒左右，此前網絡響應速度一直是這項技術需要努力解決的挑戰之一，也因此現有無人機集群多為小規模編隊，缺乏大規模集群節點之間的信息交換能力。而5G的端到端通信時延低於1毫秒，這足以支撐無人機大規模集群協作的需求。未來隨著5G通信網絡的覆蓋逐漸完善，無人機集群的自主性也將隨之進一步提高，完成複雜度更高的作戰任務，甚至刷新空中戰場形態。