邱 超,宋艷萍,陶玉剛
(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所,武漢 430205)
艦船通信系統(tǒng)是現(xiàn)代海軍指揮系統(tǒng)的神經(jīng)。新一代艦船通信系統(tǒng)須充分考慮艦船通信作戰(zhàn)使用特點,重視艦船上層結(jié)構(gòu)和通信系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展要求。5G 移動通信技術(shù)的應(yīng)用將極大提升艦船通信網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量、傳輸數(shù)據(jù)和交互式業(yè)務(wù),更適合于多用戶、多天線、多平臺協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的建立。
艦船通信系統(tǒng)發(fā)展方向為“縱向-橫向”一體化集成,發(fā)展目標(biāo)為構(gòu)建扁平化的一體化艦船通信系統(tǒng)。綜合來看,有如下四大特點。
(1)通信方式齊全,設(shè)備繁多。艦船上通信設(shè)備成百上千種,信息量巨大的有線、無線等多種通信方式。通信系統(tǒng)之間實時、保密、準(zhǔn)確地相互傳送信息至關(guān)重要,且須具備陸、海、空、天、潛全方位立體通信的能力。
(2)全時不間斷高速信息處理能力。未來戰(zhàn)爭形態(tài)正向無形、無人、無聲的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)發(fā)展,各方都是基于信息系統(tǒng)的跨機(jī)構(gòu)、跨域和跨國聯(lián)合戰(zhàn)爭,信息就是戰(zhàn)斗力,信息處理的質(zhì)量和速度直接決定戰(zhàn)爭勝負(fù)。
(3)多網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合通信,信息集成度高?;谛畔⑷诤霞夹g(shù)和無線協(xié)同通信技術(shù)構(gòu)建的智能聯(lián)合作戰(zhàn)網(wǎng),使信息能夠在指揮中心與陸、海、空、天、潛等各作戰(zhàn)平臺、作戰(zhàn)群、作戰(zhàn)域間及時有效地傳送,提高戰(zhàn)場聯(lián)合作戰(zhàn)能力。
(4)全頻段、高可靠性通信。軍事通信網(wǎng)幾乎使用了全部頻段,為使艦船平臺在軍事通信網(wǎng)系中達(dá)成互聯(lián)互通,艦船均具備與軍事通信網(wǎng)相匹配的“全頻段”通信能力,且通信要“連得通、通得好”。
5G 網(wǎng)絡(luò)主要包括網(wǎng)絡(luò)部署場景、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)。綜合發(fā)展趨勢來看,5G 移動通信關(guān)鍵技術(shù)有如下五個方面。
(1)高頻段傳輸技術(shù)。傳統(tǒng)的移動通信工作頻段普遍采用3GHz 以下的頻段波,5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實現(xiàn)極高速短距離通信,充分利用高頻段波,科學(xué)規(guī)劃和統(tǒng)籌兼顧各頻段,最優(yōu)配置頻譜資源,有效緩解頻譜資源緊張現(xiàn)狀。
(2)多天線傳輸技術(shù)。多天線傳輸技術(shù)是運用基站的多個天線獨立發(fā)送-接收信息并能夠完整復(fù)原信息,通過大規(guī)模的天線陣列波束控制,能達(dá)到傳輸信號最佳接受效果,實現(xiàn)信號接受強(qiáng)度的大幅度提高。
(3)同時同頻全雙工技術(shù)。不管是分時還是分頻工作模式,工作效率依然存在著很大的限制。同時同頻全雙工技術(shù),在相同的頻譜上,信息的接收和發(fā)送工作可以同時進(jìn)行,這就大大提高了移動通信的信號傳輸效率。
(4)蜂窩通信技術(shù)。該項技術(shù)的最大優(yōu)勢是它可以無需借助基站的轉(zhuǎn)接直接連接通信終端,實現(xiàn)通信信號的短距離直接傳輸。還可以通過廣泛分布的基站優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋,支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法,高效地利用頻譜資源。
(5)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)。5G 通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)需要新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),5G 發(fā)展需求要求網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化、內(nèi)容分發(fā)更快捷、網(wǎng)絡(luò)編排更靈活、資源管理更高效、網(wǎng)絡(luò)體系更安全。新技術(shù)的引入促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重新設(shè)計。
基于5G 的艦船通信系統(tǒng)將是采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)(簡稱SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(簡稱NFV)和云計算的更加靈活、智能、高效和開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),該系統(tǒng)架構(gòu)包括接入云、控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云三個域。如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)圖
(1)SDN 技術(shù)。SDN 是連接控制云和和轉(zhuǎn)發(fā)云的核心網(wǎng)絡(luò),SDN 采用軟件集中控制、網(wǎng)絡(luò)開放的三層架構(gòu),高效調(diào)度全網(wǎng)資源,提升網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力。
(2)NFV 技術(shù)。NFV 是基于通用的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,通過動態(tài)靈活的部署,實現(xiàn)軟件和硬件解耦后的各自獨立,強(qiáng)化網(wǎng)元的編排功能,提升管理和維護(hù)效率,增強(qiáng)靈活性。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。
圖2 NFV網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
(3)網(wǎng)絡(luò)切片(NS)技術(shù)。NS 是基于SDN 和NFV 技術(shù),將一張物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個邏輯相互獨立的虛擬網(wǎng),每個虛擬網(wǎng)面向不同的應(yīng)用場景。避免了一個服務(wù)需要建設(shè)一個專用的物理網(wǎng)絡(luò),能夠大大節(jié)省硬件投入成本。
(4)MEC 技術(shù)。MEC 主要是在無線側(cè)提供用戶所需的服務(wù)和云端計算功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),能使數(shù)據(jù)存儲和計算能力部署于更靠近用戶的前端服務(wù),從而降低了網(wǎng)絡(luò)時延,可提供超低時延、超高寬帶、實用性強(qiáng)等高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)體驗。
5G 獨立組網(wǎng)從時間上大體分為兩個階段,如圖3 所示。2018-2020年為電信云建設(shè)階段,完成數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)、NFV 系統(tǒng)集成以及5G 概念和組網(wǎng)驗證,保證5G 達(dá)到規(guī)模組網(wǎng)的功能要求;2020年以后為核心網(wǎng)融合部署階段,利用云平臺靈活部署和快速迭代優(yōu)勢,持續(xù)性的上線新功能和新業(yè)務(wù),促進(jìn)4G/5G 融合。
圖3 組網(wǎng)推進(jìn)思路
艦船通信系統(tǒng)發(fā)展方向為“縱向-橫向”一體化集成發(fā)展,隨著5G 通信技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用,能加速建成抗干擾性強(qiáng)、信息傳輸速率高、自動化水平高的現(xiàn)代艦船通信系統(tǒng),以應(yīng)對信息量巨大、海上環(huán)境復(fù)雜的未來信息化戰(zhàn)爭要求。