海心沙

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

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

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

一是增強型移動寬帶。增強型移動寬帶（Enhanced?Mobile?Broadband，eMBB）是指在基于現(xiàn)有4G技術移動寬帶業(yè)務場景的基礎上，通過超高速的數(shù)據(jù)傳輸速率、更廣范圍覆蓋的移動連接實現(xiàn)以人為中心的應用場景的擴展，為用戶提供體驗感明顯提升的通信服務，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到10Gbps，與此相對應的應用不限于超高清視頻傳輸、增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實及4K到8K超高清視頻等多種對傳輸速率要求較高的任務。

二是超高可靠、低時延通信。超可靠、低時延的通信（ultra-Reliable?Low?Latency?Communications，uRLLC）對于連接時延要求達到毫秒級，并支持百公里時速級高速移動下的高可靠性連接，而4G通信網(wǎng)絡的端到端時延和業(yè)務中斷時間為百毫秒級。uRLLC主要面向對時延、可靠性要求較高的應用，在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制及實現(xiàn)無人駕駛方面有著很大的應用潛力。

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

后來，3GPP（3rd?Generation?Partnership?Project，3GPP）組織從移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)主要應用場景、業(yè)務需求出發(fā)，確定的未來一代國際移動通信（International?Mobile?Telecommunications，IMT）標準愿景IMT-2020將5G技術應用的主要場景歸納擴充為四個主要技術場景。

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

二是熱點高容量場景。熱點高容量場景主要面向局部熱點區(qū)域，為用戶提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，達到1Gbps用戶體驗速率、10Gbps級的峰值速率和10Tbps/km2?false級的流量密度，滿足網(wǎng)絡極高的流量密度需求。

5G技術的eMBB、uRLLC和mMTC三大應用場景

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)采集為目標的應用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡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備數(shù)的密度級指標要求，而且還要保證終端設備的超低功耗和超低成本。

四是低時延高可靠場景。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)的特殊應用需求，這類應用對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要為用戶提供達到毫秒級時延要求的端到端服務和接近百分之百的通信連接可靠性保證。

其中，連續(xù)廣域覆蓋和熱點高容量場景主要滿足2020年及未來的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，也是傳統(tǒng)的4G技術主要應用場景。而低功耗大連接和低時延高可靠場景主要面向物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，是5G新拓展的場景，重點解決傳統(tǒng)移動通信在過去無法很好支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應用的不足。5G技術對海量設備進行相互連接，通過超寬帶對海量數(shù)據(jù)進行低時延的超高速處理，這無疑將大大促進人工智能技術與物聯(lián)網(wǎng)技術的深度發(fā)展。相較于4G技術，5G技術能夠為使用者提供更好的服務質量（Quality?of?service，QoS），并帶來更多更新的功能與應用選擇。

根據(jù)IMT2020愿景，5G新空口（5G?NR）包括五項關鍵特性：1.毫米波，可實現(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），利用移動通信的多徑傳播特性允許多個同時的數(shù)據(jù)流;4.波束成形，可實現(xiàn)可控數(shù)據(jù)流，改進無線電鏈路并減少干擾;5.全雙工，同頻同時收發(fā)。而5G核心網(wǎng)絡則包括三項關鍵特性：網(wǎng)絡功能虛擬化，可實現(xiàn)全虛擬化架構;網(wǎng)絡切片，允許根據(jù)用戶需求定制邏輯端到端網(wǎng)絡;邊緣計算，實現(xiàn)資源按需使用，即靠近接入網(wǎng)。

民用場景與戰(zhàn)術通信應用場景對應關系

IMT-2020（5G技術）應用實現(xiàn)的技術基礎需要關注頻段、5G新空口（5G?NR）、5G核心網(wǎng)（5G?CN）、鄰近服務（ProSe）、非地面網(wǎng)絡（5G?NTN）幾個方面。

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

6GHz以上頻段，具有傳播方向性強、空間相關性高、可用通信頻段多等特點，而且能實現(xiàn)高達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光學行為的影響。

1.5GHz至6GHz之間的頻段，能夠實現(xiàn)高達100MHz的足夠大的連續(xù)頻譜分配滿足支持eMBB場景實現(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，而且允許移動通信網(wǎng)絡運營商與LTE無線電站點（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應用場景的實現(xiàn)。

IMT-2020（5G通信網(wǎng)絡）的可用頻段在權衡覆蓋范圍和容量的基礎上進行劃分，中、高頻段目前已經(jīng)實現(xiàn)非常好的協(xié)調。除此以外，還將通過授權、共享和非授權等方式接入或聚合在用頻段實現(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)與用戶設備之間用于實現(xiàn)移動性管理和其他功能的接口，是5G技術開發(fā)的重點。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，有以下三個特點。

一是支持兩個不同頻段。5G新空口允許通過載波聚合技術或多無線電接入技術的方法實現(xiàn)使用達到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現(xiàn)eMBB的場景提供支持。

二是物理層設計。4G?LTE和5G新空口都使用正交頻分復用調（FDM）實現(xiàn)多址接入和無線電資源分配，5G新空口同時提供頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）兩種模式。其中，毫米波僅在時分雙工模式下工作。5G新空口進一步將多輸入多輸出系統(tǒng)（MIMO）的使用擴展到大規(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，這將有利于實現(xiàn)密集蜂窩網(wǎng)絡的部署。

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

一是網(wǎng)絡功能虛擬化。網(wǎng)絡功能虛擬化通過軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡設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)務得到快速開發(fā)和部署，并基于業(yè)務的需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離等操作。

二是網(wǎng)絡切片。網(wǎng)絡切片是一種網(wǎng)絡編排技術，允許移動網(wǎng)絡運營商定義主網(wǎng)絡的多個子網(wǎng)絡，其中每個切片可以針對特定服務和性能目標或特定客戶進行優(yōu)化。網(wǎng)絡切片是跨層抽象，它是一種端到端技術，用于實現(xiàn)用戶設備、無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的特定功能，預計3GPP?Release17的標準與規(guī)范將會涉及網(wǎng)絡切片的使用。

三是移動邊緣計算。5G技術可以借助移動云計算等技術，通過運行完全獨立的5G核心網(wǎng)和使用移動云計算集群的小型5G無線接入網(wǎng)，實現(xiàn)無回傳連接的低時延與5G集群的自主運行，數(shù)據(jù)資源和計算任務也可以因此實現(xiàn)去中心化，并拓展到邊緣。

在3GPP中，鄰近服務（Proximity?Services，ProSe）主要針對用戶設備之間（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的標準與規(guī)范中被作為LTE技術引入，但最終未被推廣。在5G中，3GPP將D2D技術稱為5G直通鏈路，該技術可應用于小區(qū)覆蓋擴展、應急/公共安全以及物聯(lián)網(wǎng)設備之間的連接與交互。

非地面網(wǎng)絡（Non-Terrestrial?Networks，NTN）將5G新空口技術范圍和相關優(yōu)勢通過非地面平臺實現(xiàn)擴展，機載5G新空口架構允許移動網(wǎng)絡運營商在地面網(wǎng)絡不可用位置通過5G新空口空中接口，提供基于5G技術的服務。5G非地面網(wǎng)絡可以由衛(wèi)星、高空平臺或任何其他能夠搭載5G非地面網(wǎng)絡有效載荷的空中載具提供，其中低地球軌道（LEO）衛(wèi)星和飛機由于傳播延遲相對較低而成為最有競爭力的搭載平臺。5G非地面通信網(wǎng)絡的相關標準和規(guī)范預計將會在3GPP?Release?17中公布。

由于IMT-2020愿景中確定的許多技術在3GPP?Release?15的標準和規(guī)范中尚不可用，R15協(xié)議僅能實現(xiàn)eMBB以及部分uRLLC，因此目前還不具備實現(xiàn)“5G應用藍圖”的可能，條件還不完全成熟和充分。

5G技術是一項復雜且快速發(fā)展的技術，應用生態(tài)仍未實現(xiàn)。5G技術的標準化和開發(fā)工作進展目前非常迅速，大量研發(fā)和測試工作正在進行和準備，而其中的許多關鍵技術標準仍有待規(guī)范，包括基礎通信網(wǎng)絡建設與應用使用在內的5G技術應用生態(tài)還沒有形成的條件與基礎。

目前關于5G技術應用的落地與實現(xiàn)存在許多誤導信息。3GPP?Release?15標準和規(guī)范僅針對eMBB的應用場景，僅能提供增強型的移動寬帶服務，相當于改進增強版本的高速4G數(shù)據(jù)服務，而物聯(lián)網(wǎng)、機器類通信、遠程控制、5G網(wǎng)絡遠程醫(yī)療等應用的實現(xiàn)還有賴于在3GPP?Release?17標準中對uRLLC和mMTC進一步規(guī)范的支持。

“IMT-2020”標準化進程

基于5G的天空地一體化通信網(wǎng)絡

5G技術的實現(xiàn)和部署仍處于早期階段，但大量研發(fā)工作仍未完成。基于5G技術的通信系統(tǒng)的早期部署實際上仍然是對基于4G?LTE的通信網(wǎng)絡的擴展，并僅針對eMBB的應用場景，而技術層面、垂直行業(yè)領域應用層面的大量必要的研發(fā)與準備工作仍未完成。

5G技術發(fā)展仍存在許多不確定性。5G技術在規(guī)范、開發(fā)和實現(xiàn)方面推動了許多技術的發(fā)展，但仍存在許多不確定性。例如，將毫米波用于移動通信需要大規(guī)模部署5G基站，而毫米波在移動通信環(huán)境中的實際傳播特性、應用效果仍然有待進一步驗證。

民用成果與軍事領域應用的實現(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，特定的技術指標與民用設備存在巨大差異。5G技術在民用領域特別是在城市局部區(qū)域成功應用的成果未必能移植到軍用領域滿足軍用裝備的使用要求，5G技術的民用應用成果轉化為軍用裝備實現(xiàn)軍事領域的應用需要進行全方位的評估與驗證。

缺乏現(xiàn)成的基于5G技術實現(xiàn)的軍事應用成果與產(chǎn)品。盡管5G技術在軍事領域的應用有很多設想，但目前現(xiàn)成的基于5G技術的軍事應用成果與產(chǎn)品還比較少，無法全面對基于5G技術的應用成果與產(chǎn)品進行比較與評估。

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

責任編輯：劉靖鑫

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