基于5G 網絡的軍隊野戰與應急通信系統組網方案研究

黃志勇

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

0 引言

隨著5G 商用進程的推進，5G 技術已經融入到人民生活、經濟發展、社會運行的方方面面。目前，工信部已向三大運營商和中國廣電發布了5G 牌照，但6GHz 以下頻段并未完全分配，同時我國也在推動6GHz 新增頻段列入2023年世界無線電通信大會研究議題，未來為了更好地平衡IMT 和衛星、國防等業務的發展，很有可能會分配部分5G 頻段給軍隊使用。獲得專用頻段，將有助于5G 技術在軍隊的發展應用。同時，由于5G 技術在大帶寬、低時延、高可靠、強安全上的特點，將更加深入地融入到軍隊通信與指控系統中，實現其數字化、網絡化、智能化轉型的目標。

1 現狀分析

軍隊通信與指控系統是指依托有線和無線通信手段，為軍事指揮人員在戰爭中掌握全面情況，迅速決策并下達行動命令使用的自動化指揮系統。有線通信手段主要應用于后方固定指揮機構，無線通信手段主要應用于前方移動指揮機構，移動指揮機構所使用的通信系統又可以細分為面向城市維穩、應急處突的應急通信系統，以及面向實戰的野戰通信系統。

1.1 應急通信系統

應急通信系統多以通過改裝民用大型客車、中型客車、小型越野車，加裝通信設備、計算機網絡、視音頻、會議系統、車載電源等裝備，作為前進指揮所，處置城市突發事件，擔負維護穩定的任務。應急通信系統常用的移動通信手段包括短波和超短波電臺通信、單兵（2G/4G/集群）通信、衛星通信三種方式，由于軍隊保密性要求十分嚴格，因此，電臺通信采用軍隊專用通信頻段和加密技術確保信息傳輸的可靠性，但僅能傳輸語音和短消息，受環境因素影響不大，但通信質量不高。單兵通信指采用手持終端和背負式終端，以運營商2G網絡和4G 網絡為依托實現一定范圍內的通信，在無運營商網絡的環境下，可以通過集群系統實現內部組網通信。單兵通信使用范圍有限，擴展性不強，且由于保密級別不高，并未發揮系統應有的作用。衛星通信使用軍用衛星和軍用地球站實現遠距離通信，衛星通信傳輸距離遠，機動靈活（動中通），但受天氣影響較大，傳輸帶寬有限，時延較高。

1.2 野戰通信系統

野戰通信系統主要是采用大型運輸車底盤加裝軍用方艙的形式進行改裝，其系統組成與應急通信系統相似，移動通信手段除了上文的三種方式以外，還有用于車輛編組行進時和作為臨時指揮機構開設時的內部組網通信方式。內部組網通信主要采用有中心的通信系統，當前技術選擇主要是4G 專網。有別于獨立運行的應急通信系統，野戰通信系統多以編組方式進行系統搭建，該通信方式受限于系統容量和組網方式的影響，在傳輸大帶寬業務和行駛于復雜地形環境時，通信質量難以保證。

2 需求分析

軍隊現代化發展需要引入、融合更多的新技術應用，AR/VR、超高清視頻、物聯網、無人機、人工智能等技術的出現，對移動通信網絡帶寬、時延、可靠性提出了更高的要求。當前通信系統中的無線通信手段很難滿足未來技術發展的需要，因此引入5G 技術勢在必行。下面列舉幾項技術應用，分析其在軍隊信息化發展中的作用，以及對于通信系統能力的要求。

2.1 VR 數字沙盤

沙盤的作用是通過形象地顯示作戰地區的地形，敵我陣地組成、兵力部署和兵器配置等情況，供軍事指揮員研究地形、敵情、作戰方案，實施戰術演練。VR 數字沙盤則是利用多通道圖畫交融技術、三維立體空間后臺處理技術，在特定屏幕上投射VR 虛擬現實影像內容以配合實體沙盤體現，同時能夠提供人機交互和遠程交互，能夠更加準確地分析出地理位置，便于指揮人員實時商討作戰策略，讓戰略布局更加精準。

（1）VR 入門（全視角4K、2D 視頻）帶寬：下行大于25Mb/s；時延大于20ms。

（2）VR 高級（全視角12K、2D 視頻）帶寬：下行大于418Mb/s；時延大于20ms。

（3）VR 極致（云化24K、3D 視頻）帶寬：下行大于4.93Gb/s；時延5ms–10ms。

2.2 無線電子圍欄

電子圍欄屬于周界防盜報警系統，無線電子圍欄是采用無線組網技術，通過加裝感應報警系統、夜視攝像頭、視頻分析軟件等裝置，實時監控周界狀態，起到防護預警作用。軍隊使用的無線電子圍欄需要具備架設便捷、開通迅速、夜視功能及影像分析能力強等特點。采用無線傳輸方式，需要通信系統具備大帶寬和高可靠能力。

帶寬：下行大于100Mb/s，上行大于30Mb/s；時延：大于20ms；可靠性：99%–99.999%。

2.3 無人機與偵查機器人

無人機在軍事領域的用途很多，除去作戰打擊類，還可用于環境監控、戰場偵查、實施干擾和通信中繼，目前較為廣泛的用途主要是偵查和預警。偵查機器人的用途主要是在危險環境下，代替人類完成信息采集，與步兵形成戰術配合共同處置突發事件。這對于通信網絡的帶寬和可靠性都有較高的要求。依托5G 網絡，未來無人機和機器人的應用會更加廣泛。

帶寬：下行大于100Mb/s，上行大于30Mb/s；時延：大于20ms；可靠性：99%–99.999%。

2.4 單兵偵查系統

通過為偵查兵裝備頭盔顯示器、智能眼鏡、夜視儀、紅外熱成像儀以及無線通信設備，使偵查兵在戰場上可以將看到的各種情況反饋至前進指揮所，并接受前指下達的多媒體指令；還能夠將現場信息和指令通過無線網絡投射至另一名偵察兵的眼中，形成戰術配合；甚至利用無人機的通信中繼功能，擴大偵查范圍。

帶寬：下行大于100Mb/s，上行大于30Mb/s；時延：大于20ms；可靠性：99%–99.999%。

2.5 車輛編隊行駛

在軍隊遠程機動中，多車之間組成編隊行駛，提高行駛效率和安全性。相鄰車輛之間進行直接通信或車路通信，利用5G 網絡提供制動和同步所需低時延性能。

帶寬：下行大于10Mb/s，上行大于10Mb/s；時延：5ms–10ms；可靠性：大于99.999%。

3 組網方案研究

考慮到未來新技術、新應用對移動通信網絡的要求，在應急通信系統中，選擇5G 技術代替衛星通信技術，實現與后方固定指揮機構的互聯互通；在野戰通信系統中，選擇5G 作為內部通信系統的技術方案，實現移動指揮機構內部的高效通信。

3.1 應急通信系統組網方案

預計到2020年年底，全國所有省份地市城區都將實現5G 網絡的連續覆蓋，部分縣城城區也將實現連續覆蓋。屆時，軍隊應急通信系統可以依托運營商搭建的5G 網絡，利用其網絡切片技術和自有加密技術實現數據傳輸。

（1）方案一：共享基站+網絡切片。軍隊使用專用5G 終端，依托運營商5G 公網無線資源，接入運營商5G核心網，運營商為軍隊應急通信系統劃分核心網專用切片，切片間邏輯隔離，每個切片設置專用的用戶面設備，不同切片之間可共用控制面設備。無線網使用QoS 機制實現數據流的優先調度，傳輸網可通過SPN 技術提供針對不同切片的流量軟隔離和硬隔離，滿足軍隊通信數據安全需要。

（2）方案二：共享基站+獨立核心網。方案二與方案一在無線網和傳輸網的解決方案是一致的，區別就在于不采用核心網網絡切片，而是部署獨立核心網。部署獨立核心網有兩種方式：一種是在運營商網絡云內劃分專用服務器資源；另外一種是在軍隊內部服務器上部署核心網設備，核心資源完全獨立。如圖1所示。

圖1 應急通信系統組網方案

軍隊在擔負城市維穩和反恐處突任務時，其保密性要求雖然很高，但仍有別于戰時。因此，應急通信系統可以盡可能地利用運營商5G 網絡，避免頻繁地調用衛星通信資源，通過軍隊加密技術和運營商網絡隔離措施，充分發揮5G 網絡廣覆蓋、高速率、強兼容的特點，提升軍隊信息化保障能力。

3.2 野戰通信系統組網方案

運營商在5G 建設初期還沒有部署鄉鎮農村5G 基站的計劃，因此，軍隊野戰通信系統可使用自有5G 頻段部署小型化車載5G 基站及核心網設備，實現編組內數據通信。5G 車載基站與核心網設備設置于通信車，編組內的各作業車安裝車載終端，野外開設時，通信車可利用升降裝置將天線設備架高，作業車、電子圍欄、偵查無人機、單兵系統、軍用手持終端、各類傳感器均可以接入5G 網絡，形成內部通信網。

機動過程中，5G 基站可由有中心系統切換到無中心自組網系統，即Mesh網絡。Mesh網絡又稱無線多跳網絡，由骨干網Mesh 和客戶端Mesh 組成，骨干網Mesh 負責內部網絡與外部網絡的連接，任意客戶端Mesh 發出的數據可以經過多個節點的轉發抵達骨干節點。通信車作為骨干Mesh 位于車隊中間位置，負責客戶端Mesh 的接入和對上連接。作業車作為客戶端Mesh 采取接力中繼、無線自組網的方式延長通信距離，確保整個行軍縱隊內部的通信聯絡。采用該種組網方案可以避免在有中心組