基于5G 移動通信技術的艦船通信系統探討

邱 超，宋艷萍，陶玉剛

（中國船舶重工集團公司第七二二研究所，武漢 430205）

0 引言

艦船通信系統是現代海軍指揮系統的神經。新一代艦船通信系統須充分考慮艦船通信作戰使用特點，重視艦船上層結構和通信系統新技術的發展要求。5G 移動通信技術的應用將極大提升艦船通信網絡平均吞吐量、傳輸數據和交互式業務，更適合于多用戶、多天線、多平臺協同作戰網絡的建立。

1 艦船通信系統特點分析

艦船通信系統發展方向為“縱向－橫向”一體化集成，發展目標為構建扁平化的一體化艦船通信系統。綜合來看，有如下四大特點。

（1）通信方式齊全，設備繁多。艦船上通信設備成百上千種，信息量巨大的有線、無線等多種通信方式。通信系統之間實時、保密、準確地相互傳送信息至關重要，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。未來戰爭形態正向無形、無人、無聲的一體化聯合作戰發展，各方都是基于信息系統的跨機構、跨域和跨國聯合戰爭，信息就是戰斗力，信息處理的質量和速度直接決定戰爭勝負。

（3）多網絡聯合通信，信息集成度高。基于信息融合技術和無線協同通信技術構建的智能聯合作戰網，使信息能夠在指揮中心與陸、海、空、天、潛等各作戰平臺、作戰群、作戰域間及時有效地傳送，提高戰場聯合作戰能力。

（4）全頻段、高可靠性通信。軍事通信網幾乎使用了全部頻段，為使艦船平臺在軍事通信網系中達成互聯互通，艦船均具備與軍事通信網相匹配的“全頻段”通信能力，且通信要“連得通、通得好”。

2 5G 移動通信關鍵技術

5G 網絡主要包括網絡部署場景、接入網、核心網。綜合發展趨勢來看，5G 移動通信關鍵技術有如下五個方面。

（1）高頻段傳輸技術。傳統的移動通信工作頻段普遍采用3GHz 以下的頻段波，5G 移動通信網絡技術能實現極高速短距離通信，充分利用高頻段波，科學規劃和統籌兼顧各頻段，最優配置頻譜資源，有效緩解頻譜資源緊張現狀。

（2）多天線傳輸技術。多天線傳輸技術是運用基站的多個天線獨立發送-接收信息并能夠完整復原信息，通過大規模的天線陣列波束控制，能達到傳輸信號最佳接受效果，實現信號接受強度的大幅度提高。

（3）同時同頻全雙工技術。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，在相同的頻譜上，信息的接收和發送工作可以同時進行，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。該項技術的最大優勢是它可以無需借助基站的轉接直接連接通信終端，實現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化網絡覆蓋，支持更靈活的網絡架構和連接方法，高效地利用頻譜資源。

（5）新型網絡架構技術。5G 通信網絡的演進需要新型網絡架構，5G 發展需求要求網絡架構更加扁平化、內容分發更快捷、網絡編排更靈活、資源管理更高效、網絡體系更安全。新技術的引入促進了網絡架構的重新設計。

3 基于5G 移動通信技術的艦船通信系統

3.1 系統組網架構

基于5G 的艦船通信系統將是采用軟件定義網絡（簡稱SDN）、網絡功能虛擬化（簡稱NFV）和云計算的更加靈活、智能、高效和開放的網絡系統，該系統架構包括接入云、控制云、轉發云三個域。如圖1所示。

圖1 系統組網架構圖

3.2 系統實現關鍵技術

（1）SDN 技術。SDN 是連接控制云和和轉發云的核心網絡，SDN 采用軟件集中控制、網絡開放的三層架構，高效調度全網資源，提升網絡虛擬化能力。

（2）NFV 技術。NFV 是基于通用的計算、存儲、網絡設備，通過動態靈活的部署，實現軟件和硬件解耦后的各自獨立，強化網元的編排功能，提升管理和維護效率，增強靈活性。其網絡架構如圖2所示。

圖2 NFV網絡架構

（3）網絡切片（NS）技術。NS 是基于SDN 和NFV 技術，將一張物理網絡分割成多個邏輯相互獨立的虛擬網，每個虛擬網面向不同的應用場景。避免了一個服務需要建設一個專用的物理網絡，能夠大大節省硬件投入成本。

（4）MEC 技術。MEC 主要是在無線側提供用戶所需的服務和云端計算功能的網絡架構，能使數據存儲和計算能力部署于更靠近用戶的前端服務，從而降低了網絡時延，可提供超低時延、超高寬帶、實用性強等高質量網絡體驗。

3.3 網絡實施建議

5G 獨立組網從時間上大體分為兩個階段，如圖3 所示。2018-2020年為電信云建設階段，完成數據中心組網、NFV 系統集成以及5G 概念和組網驗證，保證5G 達到規模組網的功能要求；2020年以后為核心網融合部署階段，利用云平臺靈活部署和快速迭代優勢，持續性的上線新功能和新業務，促進4G/5G 融合。

圖3 組網推進思路

4 結束語

艦船通信系統發展方向為“縱向－橫向”一體化集成發展，隨著5G 通信技術的不斷突破和應用，能加速建成抗干擾性強、信息傳輸速率高、自動化水平高的現代艦船通信系統，以應對信息量巨大、海上環境復雜的未來信息化戰爭要求。