海心沙

5G技術(shù)，又被國際電信聯(lián)盟定名為“IMT-2020（International?Mobile?Telecom-munications-2020）”，是繼第四代移動(dòng)通信技術(shù)4G技術(shù)后的新一代蜂窩移動(dòng)通信（Cellular?Mobile?Communication）技術(shù)，超寬帶、低時(shí)延、海量連接、低功耗是5G技術(shù)的基本特點(diǎn)。有專家形象地將5G技術(shù)比喻為“集高速公路、高速鐵路、高速水路航線、高速空運(yùn)航線于一體的綜合交通網(wǎng)”。

5G技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率高且時(shí)延低，其平均傳輸速率可以達(dá)到1Gbps，峰值速率甚至可以達(dá)到10Gbps，相當(dāng)于一部超高清電影能夠在一秒鐘內(nèi)下載完成。而且，5G技術(shù)在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)還能大大降低功耗，可使低功率電池續(xù)航時(shí)間提高十倍以上，通信設(shè)備功耗問題的解決將有力推動(dòng)智能化設(shè)備被更廣泛地使用與應(yīng)用。此外，5G技術(shù)支持廣域大容量的高速移動(dòng)終端接入，5G通信網(wǎng)絡(luò)甚至能夠支持每平方公里六百萬個(gè)以上的移動(dòng)終端設(shè)備接入。

5G技術(shù)的發(fā)起者國際電信聯(lián)盟（ITU）在2015年6月召開的ITU-RWP5D第二十二次會(huì)議上確定了未來5G技術(shù)的三大應(yīng)用場景。

一是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（Enhanced?Mobile?Broadband，eMBB）是指在基于現(xiàn)有4G技術(shù)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)場景的基礎(chǔ)上，通過超高速的數(shù)據(jù)傳輸速率、更廣范圍覆蓋的移動(dòng)連接實(shí)現(xiàn)以人為中心的應(yīng)用場景的擴(kuò)展，為用戶提供體驗(yàn)感明顯提升的通信服務(wù)，給用戶帶來最直觀的感受是網(wǎng)速的大幅提升，其中峰值速率能夠達(dá)到10Gbps，與此相對應(yīng)的應(yīng)用不限于超高清視頻傳輸、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)及4K到8K超高清視頻等多種對傳輸速率要求較高的任務(wù)。

二是超高可靠、低時(shí)延通信。超可靠、低時(shí)延的通信（ultra-Reliable?Low?Latency?Communications，uRLLC）對于連接時(shí)延要求達(dá)到毫秒級(jí)，并支持百公里時(shí)速級(jí)高速移動(dòng)下的高可靠性連接，而4G通信網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延和業(yè)務(wù)中斷時(shí)間為百毫秒級(jí)。uRLLC主要面向?qū)r(shí)延、可靠性要求較高的應(yīng)用，在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制及實(shí)現(xiàn)無人駕駛方面有著很大的應(yīng)用潛力。

三是大規(guī)模機(jī)器類通信。大規(guī)模機(jī)器類通信（massive?Machine?Type?Communication，mMTC）主要面向海量低功耗終端連接通信的場景。5G技術(shù)低時(shí)延、海量連接、低功耗、高可靠的特性可以服務(wù)于以實(shí)現(xiàn)海量傳感器間通信為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)（Internet?of?Things，IoT）應(yīng)用，在智慧城市、物流管理、智能農(nóng)業(yè)、遠(yuǎn)程監(jiān)測、旅游管理、智慧家庭、智慧社區(qū)、共享設(shè)備、穿戴設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測、森林防火等以傳感器為基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景發(fā)揮優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)“物物相連”“萬物相連”。

后來，3GPP（3rd?Generation?Partnership?Project，3GPP）組織從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)需求出發(fā)，確定的未來一代國際移動(dòng)通信（International?Mobile?Telecommunications，IMT）標(biāo)準(zhǔn)愿景IMT-2020將5G技術(shù)應(yīng)用的主要場景歸納擴(kuò)充為四個(gè)主要技術(shù)場景。

一是連續(xù)廣域覆蓋場景。連續(xù)廣域覆蓋場景，以保證用戶的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性為目標(biāo)，為用戶提供無縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。該場景的主要挑戰(zhàn)在于在復(fù)雜條件下隨時(shí)隨地為用戶提供100Mbps以上的用戶體驗(yàn)速率。

二是熱點(diǎn)高容量場景。熱點(diǎn)高容量場景主要面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，達(dá)到1Gbps用戶體驗(yàn)速率、10Gbps級(jí)的峰值速率和10Tbps/km2?false級(jí)的流量密度，滿足網(wǎng)絡(luò)極高的流量密度需求。

5G技術(shù)的eMBB、uRLLC和mMTC三大應(yīng)用場景

三是低功耗大連接場景。低功耗大連接場景，主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超千億連接的支持能力以滿足每平方公里百萬連接終端設(shè)備數(shù)的密度級(jí)指標(biāo)要求，而且還要保證終端設(shè)備的超低功耗和超低成本。

四是低時(shí)延高可靠場景。低功耗大連接場景，主要面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，這類應(yīng)用對時(shí)延和可靠性具有極高的指標(biāo)要求，需要為用戶提供達(dá)到毫秒級(jí)時(shí)延要求的端到端服務(wù)和接近百分之百的通信連接可靠性保證。

其中，連續(xù)廣域覆蓋和熱點(diǎn)高容量場景主要滿足2020年及未來的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，也是傳統(tǒng)的4G技術(shù)主要應(yīng)用場景。而低功耗大連接和低時(shí)延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，是5G新拓展的場景，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)移動(dòng)通信在過去無法很好支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用的不足。5G技術(shù)對海量設(shè)備進(jìn)行相互連接，通過超寬帶對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行低時(shí)延的超高速處理，這無疑將大大促進(jìn)人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度發(fā)展。相較于4G技術(shù)，5G技術(shù)能夠?yàn)槭褂谜咛峁└玫姆?wù)質(zhì)量（Quality?of?service，QoS），并帶來更多更新的功能與應(yīng)用選擇。

根據(jù)IMT2020愿景，5G新空口（5G?NR）包括五項(xiàng)關(guān)鍵特性：1.毫米波，可實(shí)現(xiàn)極高頻譜帶寬;2.小蜂窩，覆蓋范圍小、基站密度高;3.大規(guī)模多輸入多輸出（massive?MIMO），利用移動(dòng)通信的多徑傳播特性允許多個(gè)同時(shí)的數(shù)據(jù)流;4.波束成形，可實(shí)現(xiàn)可控?cái)?shù)據(jù)流，改進(jìn)無線電鏈路并減少干擾;5.全雙工，同頻同時(shí)收發(fā)。而5G核心網(wǎng)絡(luò)則包括三項(xiàng)關(guān)鍵特性：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，可實(shí)現(xiàn)全虛擬化架構(gòu);網(wǎng)絡(luò)切片，允許根據(jù)用戶需求定制邏輯端到端網(wǎng)絡(luò);邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)資源按需使用，即靠近接入網(wǎng)。

民用場景與戰(zhàn)術(shù)通信應(yīng)用場景對應(yīng)關(guān)系

IMT-2020（5G技術(shù)）應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)需要關(guān)注頻段、5G新空口（5G?NR）、5G核心網(wǎng)（5G?CN）、鄰近服務(wù)（ProSe）、非地面網(wǎng)絡(luò)（5G?NTN）幾個(gè)方面。

5G技術(shù)使用前幾代通信技術(shù)的無線電頻段的同時(shí)，也為對新頻段作出了嘗試，其中6GHz以上的頻段值得關(guān)注。

6GHz以上頻段，具有傳播方向性強(qiáng)、空間相關(guān)性高、可用通信頻段多等特點(diǎn)，而且能實(shí)現(xiàn)高達(dá)800MHz的連續(xù)大段頻譜分配，但毫米波傳播損耗大，并且容易受到雨衰和準(zhǔn)光學(xué)行為的影響。

1.5GHz至6GHz之間的頻段，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)100MHz的足夠大的連續(xù)頻譜分配滿足支持eMBB場景實(shí)現(xiàn)的要求，能在抗雨衰、覆蓋范圍和容量之間可以取得較好的平衡，而且允許移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商與LTE無線電站點(diǎn)（Radio?Sites）共址部署5G系統(tǒng)。

1GHz以下的低頻段可以為5G提供宏覆蓋能力，但帶寬有限，無法支持eMBB應(yīng)用場景的實(shí)現(xiàn)。

IMT-2020（5G通信網(wǎng)絡(luò)）的可用頻段在權(quán)衡覆蓋范圍和容量的基礎(chǔ)上進(jìn)行劃分，中、高頻段目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)非常好的協(xié)調(diào)。除此以外，還將通過授權(quán)、共享和非授權(quán)等方式接入或聚合在用頻段實(shí)現(xiàn)對頻譜中不同類型頻段的使用。

5G新空口（5G?New?Radio，5G?NR）是解決核心網(wǎng)與用戶設(shè)備之間用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和其他功能的接口，是5G技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)。5G無線接入網(wǎng)（Radio?Access?Network，RAN）由LTE基站（eNodeB，eNB）和5G新空口（5G?NR）基站（gNodeB，gNB）組成，有以下三個(gè)特點(diǎn)。

一是支持兩個(gè)不同頻段。5G新空口允許通過載波聚合技術(shù)或多無線電接入技術(shù)的方法實(shí)現(xiàn)使用達(dá)到100MHz（C-band頻段）和400MHz（毫米波頻段）不同頻段范圍的信道，能有效提升帶寬為實(shí)現(xiàn)eMBB的場景提供支持。

二是物理層設(shè)計(jì)。4G?LTE和5G新空口都使用正交頻分復(fù)用調(diào)（FDM）實(shí)現(xiàn)多址接入和無線電資源分配，5G新空口同時(shí)提供頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）兩種模式。其中，毫米波僅在時(shí)分雙工模式下工作。5G新空口進(jìn)一步將多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）的使用擴(kuò)展到大規(guī)模多輸入多輸出系統(tǒng)，并引入了有源天線概念，實(shí)現(xiàn)波束成形和波束控制。

三是集成接入回傳（IAB）使用部分5G基站資源用于數(shù)據(jù)回傳，允許5G基站通過5G新空口空中接口相互通信，而且無需將所有5G基站連接到骨干網(wǎng)絡(luò)，這將有利于實(shí)現(xiàn)密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)的部署。

5G技術(shù)在eMBB、uRLLC、mMTC場景上的應(yīng)用要求各不相同，成本、效率和可擴(kuò)展性始終是推動(dòng)5G技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，5G核心網(wǎng)為此提供了一種可擴(kuò)展的解決方案，以支持不同的應(yīng)用要求與使用需求。其中，5G核心網(wǎng)最顯著的技術(shù)特性包括以下三點(diǎn)。

一是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化通過軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源得到充分靈活共享，新業(yè)務(wù)得到快速開發(fā)和部署，并基于業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離等操作。

二是網(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)營商定義主網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)切片可以針對特定服務(wù)和性能目標(biāo)或特定客戶進(jìn)行優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)切片是跨層抽象，它是一種端到端技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備、無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的特定功能，預(yù)計(jì)3GPP?Release17的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范將會(huì)涉及網(wǎng)絡(luò)切片的使用。

三是移動(dòng)邊緣計(jì)算。5G技術(shù)可以借助移動(dòng)云計(jì)算等技術(shù)，通過運(yùn)行完全獨(dú)立的5G核心網(wǎng)和使用移動(dòng)云計(jì)算集群的小型5G無線接入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無回傳連接的低時(shí)延與5G集群的自主運(yùn)行，數(shù)據(jù)資源和計(jì)算任務(wù)也可以因此實(shí)現(xiàn)去中心化，并拓展到邊緣。

在3GPP中，鄰近服務(wù)（Proximity?Services，ProSe）主要針對用戶設(shè)備之間（D2D）的通信，無須5G無線接入網(wǎng)或5G核心網(wǎng)支持。其中，D2D最早是在3GPP?Release?12的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范中被作為LTE技術(shù)引入，但最終未被推廣。在5G中，3GPP將D2D技術(shù)稱為5G直通鏈路，該技術(shù)可應(yīng)用于小區(qū)覆蓋擴(kuò)展、應(yīng)急/公共安全以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的連接與交互。

非地面網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial?Networks，NTN）將5G新空口技術(shù)范圍和相關(guān)優(yōu)勢通過非地面平臺(tái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，機(jī)載5G新空口架構(gòu)允許移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在地面網(wǎng)絡(luò)不可用位置通過5G新空口空中接口，提供基于5G技術(shù)的服務(wù)。5G非地面網(wǎng)絡(luò)可以由衛(wèi)星、高空平臺(tái)或任何其他能夠搭載5G非地面網(wǎng)絡(luò)有效載荷的空中載具提供，其中低地球軌道（LEO）衛(wèi)星和飛機(jī)由于傳播延遲相對較低而成為最有競爭力的搭載平臺(tái)。5G非地面通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范預(yù)計(jì)將會(huì)在3GPP?Release?17中公布。

由于IMT-2020愿景中確定的許多技術(shù)在3GPP?Release?15的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中尚不可用，R15協(xié)議僅能實(shí)現(xiàn)eMBB以及部分uRLLC，因此目前還不具備實(shí)現(xiàn)“5G應(yīng)用藍(lán)圖”的可能，條件還不完全成熟和充分。

5G技術(shù)是一項(xiàng)復(fù)雜且快速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用生態(tài)仍未實(shí)現(xiàn)。5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和開發(fā)工作進(jìn)展目前非常迅速，大量研發(fā)和測試工作正在進(jìn)行和準(zhǔn)備，而其中的許多關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍有待規(guī)范，包括基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用使用在內(nèi)的5G技術(shù)應(yīng)用生態(tài)還沒有形成的條件與基礎(chǔ)。

目前關(guān)于5G技術(shù)應(yīng)用的落地與實(shí)現(xiàn)存在許多誤導(dǎo)信息。3GPP?Release?15標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范僅針對eMBB的應(yīng)用場景，僅能提供增強(qiáng)型的移動(dòng)寬帶服務(wù)，相當(dāng)于改進(jìn)增強(qiáng)版本的高速4G數(shù)據(jù)服務(wù)，而物聯(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)用的實(shí)現(xiàn)還有賴于在3GPP?Release?17標(biāo)準(zhǔn)中對uRLLC和mMTC進(jìn)一步規(guī)范的支持。

“IMT-2020”標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

基于5G的天空地一體化通信網(wǎng)絡(luò)

5G技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和部署仍處于早期階段，但大量研發(fā)工作仍未完成?；?G技術(shù)的通信系統(tǒng)的早期部署實(shí)際上仍然是對基于4G?LTE的通信網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，并僅針對eMBB的應(yīng)用場景，而技術(shù)層面、垂直行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用層面的大量必要的研發(fā)與準(zhǔn)備工作仍未完成。

5G技術(shù)發(fā)展仍存在許多不確定性。5G技術(shù)在規(guī)范、開發(fā)和實(shí)現(xiàn)方面推動(dòng)了許多技術(shù)的發(fā)展，但仍存在許多不確定性。例如，將毫米波用于移動(dòng)通信需要大規(guī)模部署5G基站，而毫米波在移動(dòng)通信環(huán)境中的實(shí)際傳播特性、應(yīng)用效果仍然有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

民用成果與軍事領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)存在差異。軍用裝備需要考慮在海洋、沙漠、山地、叢林等無人區(qū)與極端惡劣環(huán)境下與作戰(zhàn)條件下全域全天候的部署與使用，對抗干擾、抗毀性、可靠性、信息安全等方面特殊要求比較高，特定的技術(shù)指標(biāo)與民用設(shè)備存在巨大差異。5G技術(shù)在民用領(lǐng)域特別是在城市局部區(qū)域成功應(yīng)用的成果未必能移植到軍用領(lǐng)域滿足軍用裝備的使用要求，5G技術(shù)的民用應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化為軍用裝備實(shí)現(xiàn)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用需要進(jìn)行全方位的評估與驗(yàn)證。

缺乏現(xiàn)成的基于5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)的軍事應(yīng)用成果與產(chǎn)品。盡管5G技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用有很多設(shè)想，但目前現(xiàn)成的基于5G技術(shù)的軍事應(yīng)用成果與產(chǎn)品還比較少，無法全面對基于5G技術(shù)的應(yīng)用成果與產(chǎn)品進(jìn)行比較與評估。

作為新一代通信技術(shù)，5G技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和標(biāo)準(zhǔn)化工作目前仍在不斷變化中，一些技術(shù)特性尚不成熟，應(yīng)用的實(shí)際情況也存在諸多不確定性，從理論到應(yīng)用落地還面臨著許多挑戰(zhàn)，最終實(shí)現(xiàn)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用還有許多問題需要重視與解決。目前，我國在5G技術(shù)領(lǐng)域具有先發(fā)技術(shù)優(yōu)勢和相對超前的建設(shè)基礎(chǔ)，努力實(shí)現(xiàn)5G技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，對于推動(dòng)軍事裝備發(fā)展、打贏未來的智能化戰(zhàn)爭，意義重大。

責(zé)任編輯：劉靖鑫

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