通信网络在 军事 行动中的重要性与日俱增，时间紧迫的目标定位、秘密特种作战、指挥与控制、训练和后勤等任务领域都在很大程度上依赖于通信网络及其服务。另一方面，商业通信也极大地改变了我们的社会和通信方式。目前最新的网络模式--5G 及超5G（5GB），具有高速度、低延迟、高可靠性和高通信密度的特点。虽然国防机构使用 5GB 商业网络可以提供更大的灵活性和效率，但也面临着新的挑战，即需要高标准的网络保护和苛刻的工作条件和环境。在本文中，我们将讨论通信网络在几种潜在 军事 应用中的重要性，特别是在战争、训练/钻探、后勤和特殊任务站中的应用。我们介绍了 军事 应用中采用的通信趋势。然后，我们介绍了各种 5GB 关键性能指标及其在 军事 通信系统中的使用案例。我们还阐述了 军事 通信网络所面临的独特挑战，这些挑战不太可能通过商业5GB 研究来解决。我们还讨论了用于 军事 通信系统的各种 5GB 使能技术。最后，我们介绍并分析了用于 C 波段专用 军事 通信的 5GB 新型无线电。
引言
当今世界，及时获取信息已成为实现 军事 目标的关键环节。无线通信网络是及时传递准确无误信息、促进 军事 行动高效顺利进行的重要手段，也是影响作战能力的主要组成部分之一[1]。通信系统和网络应用在 军事 行动中发挥着越来越重要的作用，时间紧迫的目标定位、隐蔽的特种作战、指挥与控制（C2）、训练和后勤等任务式领域都非常依赖于它们的大容量接入、高机动性互联和稳健传输。典型的 军事 通信使用异构无线通信技术，如图 1 所示，可分为四种场景[2]。
图 1. 军事 无线通信场景。
基于上述四种情况， 军事 领域的通信可根据通信类型、组件、应用、最终用户和国家进一步划分为各种类型，如表 1 所示[3]。 军事 应用对通信的基本要求是在固定和移动网络平台上建立快速、准确、保密和不间断的通信网络。新兴的 5GB 网络技术在支持国防网络方面大有可为，其增强的通信和网络功能可大大提高吞吐量、降低延迟、提高能效并降低成本，从而满足许多 军事 应用场合的需求。互联或自动化设备，包括智能 军事 基地/总部、自动驾驶车辆、精确训练/演习系统、战争机器和精密机器人，都可能受益于 5GB 技术。此外， 军事 领域的 5GB 技术可能会促进情报、监视和侦察系统及处理，并允许采用新的 C2 方法和简化后勤系统以提高效率[4]。然而，商用 5GB 通信系统与国防 5GB 通信系统之间存在着重大差异。国防网络缺乏广域固定基础设施，包括集中的资源和干扰管理设计，无法在网络拓扑不断变化、电磁环境复杂、传播条件具有挑战性的环境下支持服务。
表 1 军事 通信类型
在本文中，我们详细介绍了用于 军事 应用的 5GB 通信技术，并讨论了早先移动连接创新和发展的主要兵力，如今在无线通信行业中所占的比重如何大大降低。主要贡献概述如下：
本文其余部分的结构如下。第二节介绍了 军事 通信系统的技术发展趋势。第三节讨论 军事 通信的关键性能要求。第四节介绍 VGB 技术及其在 军事 领域的应用案例。第五节列出并讨论了 军事 通信中的各种通信和安全挑战。第六节介绍 军事 通信的关键技术推动因素和研究方向。第七节从 5G NR-U 军事 专网的角度展开。最后，第八节对本文进行总结。
技术趋势
从互联网到蜂窝通信的不同领域，今天的大多数技术创新都源于早几个世纪国防资助的技术。然而，现在越来越多的人认为， 军事 需求不再是推动通信技术进步的主要动力。根据美国研究与发展公司 1999 年的研究[5]，美国军方市场仅占美国信息技术总需求的 2%，低于 1975 年的 25%，而且此后的趋势还在加快。此外，如图 2 所示，2010 年的一份报告[6]、[7]、[8] 强调了美国国防部（DoD）影响力的下降。从图中不难看出，目前商业通信技术正在推动通信技术的发展。商业技术的快速发展不仅局限于无线数据传输速率，还涉及移动速度、密度、可靠性、安全性、鲁棒性等多个方面。
图 2. 商用蜂窝技术正在超越其专有技术 [6]、[7]、[8]。
商业无线技术的最大推动力是集电话和计算功能于一体的智能手机的问世。移动中轻松上网和处理多媒体数据的功能为蜂窝通信带来了巨大的冲击[7]。除技术进步外，商业技术发展的日新月异也可以从一些商业统计数据中看出，如政府和私人（三星、Version、中兴、苹果、高通等）在信息和通信技术（ICT）研发方面的巨额投资。2012 年【5G和超5G专用军事通信：趋势、要求、挑战和推动因素】万字长文，全球在信息和通信技术方面的投资约为 2 791 亿美元，仅美国就投资了 1 485 亿美元，而美国国防部则花费了 3.85 亿美元[9]、[10]。
因此【5G和超5G专用军事通信：趋势、要求、挑战和推动因素】万字长文，在某些一般情况下（如后勤场景），军用手机技术（如商用智能手机）被原封不动地使用，而在其他情况下，由于安全问题，手机的直接改装和使用被严格禁止。不过，制造商会根据使用情况的独特需求定制设备（以提高耐用性）。专用设备中也使用了蜂窝长期演进（LTE）商用芯片组[11]。如文献[12]所述，已经对 5G 技术及其潜在 军事 应用进行了技术评估研究。技术报告[12]包括
目前，各种形式的跨代通信正处于实验验证和演示阶段，如超宽带通信、光通信、空间通信、太赫兹连接和量子通信[13]、[14]。表 2 列出了在 12 个美国 军事 设施作为试验床进行的 5G 应用测试和实验的初始阶段[4]。2020 年 9 月 18 日，国防部提交了一份信息请求，以更好地了解 5GB 技术中的动态频谱共享。2022 财年，国防部为 5G 和微电子技术申请了 3.74 亿美元，2021 财年批准了 4.39 亿美元用于 5G 技术。随着空间通信和智能通信技术的出现， 军事 通信正朝着宽带、集成和软件技术方向发展。根据全球数据[15]的市场分析 军事 ，在 2021 年至 2028 年的预测时间段内， 军事 通信市场预计将以 11.54% 的速度增长。这一增长主要受 军事 战术通信创新需求的推动，到2021年【5G和超5G专用军事通信：趋势、要求、挑战和推动因素】万字长文，全球 军事 战术通信创新的价值将达到1510亿美元。
表 2 美国 5GB 军事 设施和测试平台
军事 通信的关键性能要求
军事 通信网络是决定作战能力的重要组成部分之一，是确保有效和无缝执行 军事 行动的重要途径。 军事 通信必须满足基本标准：必须快速、准确、隐蔽和不间断。表 3 从优先级、可用性、延迟、可靠性、用户速率、移动性、连接密度、安全分类和能效八个方面总结了 军事 应用的关键性能指标。这些 KPI 目标值，如 军事 通信系统的可靠性达到 5 个 9，是由于在具有挑战性的关键任务场景中需要高度可靠和弹性的通信能力。此外，实现通信的高可靠性会对系统设计产生重大影响，因为需要考虑几个关键方面，如冗余和多样性、稳健的基础设施、可扩展性和灵活性、快速恢复和复原以及互操作性。详细说明如下：
表 3 军事 通信系统的关键性能指标
A. 优先事项
B. 可用性
C. 延迟
D. 可靠性
E. 机动性
F. 数据传输速率
G. 设备密度
H. 安全
I. 能源效率
5G 技术及其在 军事 通信中的应用案例
5GB 无线通信改变了蜂窝技术的功能，而不仅仅是像前几代那样提高数据传输速率和扩大覆盖范围。5GB 通信系统的主要目标包括：每秒 1 至 20 千兆比特的吞吐量；小于 1 毫秒的延迟；1000 个连接设备和单位面积 1000 倍的带宽；超高速的大规模连接；99.999% 的可用性；100% 的覆盖率；卓越的能源经济性--能耗最多可降低 90%，机器类通信的电池寿命最长可达 10 年[19]。第三代合作伙伴计划（3GPP）正积极致力于通过彻底改变蜂窝网络的构建方式、可连接的节点、使用的工作频率以及发挥的功能来实现 5G。智能交通、汽车、医疗、工业、农业、物流、能源、卫星、海事等领域的政府和私营部门将从中受益匪浅。表 4 比较了 4G、5G 和 6G 蜂窝通信支持的功能。
表 4 4G、5G 和 6G 蜂窝通信的比较 [18]
一般来说，5GB 应用分为三类：增强型移动宽带（eMBB）、海量机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。首先，也是最重要的先决条件是 eMBB，它是 4G/LTE 向 5GB 发展的必然趋势，可支持浏览速度提高 10 倍，即目标浏览速度将从每秒 1 千兆比特开始，下载速度将超过每秒 200 兆比特。其次 军事 ，开发 mMTC 是实现物联网（IoT）目标的必要条件，即实现日常智能小工具、汽车和工业设备的互联。最后，URLLC 是 "关键任务 "应用的有用应用，这些应用需要实时收集数据，以便了解态势和快速决策。图 3 描述了商用 5G 的三个类别及其目标应用和一般用例。此外，不同场景对各种应用的要求也不尽相同，因此我们在表 5 中描述了基于不同场景的 5G 应用的关键性能要求。
表 5 与场景相关的 5G 应用关键性能指标
图 3. 5GB 通信技术的潜力及其应用案例。
图 4. 军事 应用中的 5GB 用例。
军事 通信中的通信和安全挑战
军事 通信网络还面临着商业研究和创新无法解决的独特挑战。具体包括
关键技术推动因素和研究方向
A. 频谱
美国联邦通信委员会（FCC）在拍卖 CBRS 频谱 5GB [28]之后，正致力于释放越来越多的频谱供 5G 使用。在交易覆盖范围和容量的基础上，FCC 将可用频段分为低频段、中频段和高频段。
B. 国防网络切片
网络切片允许多个垂直部门利用共同的网络基础设施，同时保持完全隔离[34]。利用网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）和虚拟专用网络（VPN）等技术，形成一个跨端到端（E2E）网络基础设施的逻辑网络[35]。5G 有三种基本的网络片：eMBB、mMTC 和 URLLC。
C. 分布式计算
移动云计算（MCC）是一种创新的移动计算系统，它结合了各种云和网络技术的动态资源，在异构环境中通过互联网随时随地为大量移动设备提供无限的能力、容量和便携性[41], [42]。
D. 侧链路通信
5GB 新无线电（NR）技术使能器将允许设备通过一种称为 Sidelink 通信的过程直接相互通信 [43]，[44]。Sidelink 可在专用、许可和非许可等不同配置下运行，可在不同环境中灵活采用。
E. 波束成形和大规模多输入多输出
波束成形是一种将无线信号导向特定接收设备的方法，而不是像广播天线那样将信号向四面八方传播[46]。波束成形通过将信号集中式地传送到某个方向来提高接收器的信号质量。
F. 非地面网络（NTN）网络
5GB NTN 可在非地面平台上实现 5G NR 的优势 [26]、[48]、[49]。非地面网络技术解决方案正在第 16 版工作中进行评估，而规范预计将在 3GPP 第 17 版发布。
图 5 显示了概念架构，表 6 显示了用于 军事 应用的五项关键使能技术摘要。要充分挖掘 5GB 在 军事 应用方面的潜力 军事 ，可以考虑应用特定的 5G 技术，而不是整个 5G 生态系统。必须对 5GB 关键技术及其面向国防的适用性研究进行详细的研究和分析，并调查将 5GB 应用于作战各个方面和领域的可能性，确定能力极限。
表 6 关键赋能技术概述
图 5. 军事 应用的关键使能技术。
各种频谱的使用、防御网络切片、分布式计算和侧链路通信等 5G 使能技术可极大地帮助实现高可靠性和低延迟通信。
5G NR-U 军事 专用网络透视
如图 6 所示，NR-U 与传统的 Wi-Fi 或新的 Wi-Fi 连接可以很容易地为多样化和密集的 军事 后勤环境进行设置。
图 6. 5GB NR-U 部署场景。
结论
5GB 技术拥有影响任何国家经济和国家安全的重要能力。军队必须学会采用 5GB 所提供的连接性，以必要的速度、精度和效率开展行动，从而在未来保持有效性和生存能力。当前的 5GB 技术为 军事 应用带来了多方面的机遇和风险。军方兰德公司的主要任务应该是加快开发和部署支持 5GB 的能力，同时确保其系统强大、安全、有弹性且可靠，能够抵御对手。
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