移動通信發(fā)展歷程及其在戰(zhàn)術通信中的應用

徐慶飛, 沈 杰

(上海微波技術研究所, 上海 200331)

0 引言

移動通信是指通信雙方至少有一方在移動環(huán)境下所進行的信息傳輸和交換，包括通信雙方都在移動環(huán)境下的通信和移動物體與固定點之間的通信[1]。通信的主體不僅僅局限于人，也可以是汽車、飛機、火箭等處于移動狀態(tài)的物體。在過去的半個世紀中，移動通信從最初的模擬制式，先后經(jīng)歷了數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)、移動多媒體通信系統(tǒng)、高速移動通信系統(tǒng)、智能通信系統(tǒng)。戰(zhàn)術通信是移動通信技術在戰(zhàn)術領域的一個典型應用，移動通信技術的發(fā)展也促進了戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡的發(fā)展，逐步向自動化、無人化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。本文詳細闡述了移動通信的發(fā)展歷程以及在戰(zhàn)術通信中的應用，分析了移動通信技術與戰(zhàn)術通信的未來發(fā)展趨勢。

1 1G到6G移動通信技術

第一代移動通信技術興起于20世紀80年代，如今第五代移動通信技術(5G)已經(jīng)在全球多個國家(中國、美國、韓國等)開始商用，關于第六代移動通信技術的研究和標準指定工作也已經(jīng)展開。本節(jié)詳細介紹每一代移動通信系統(tǒng)的特點、所采用的尋址技術、傳輸速率以及網(wǎng)絡架構。

1.1 第一代移動通信系統(tǒng)(1G)

第一代移動通信系統(tǒng)(1G)誕生于20世紀80年代的美國，采用的是模擬技術和頻分多址(FDMA)技術，僅能支持語音業(yè)務(傳輸速率為2.4 kbit/s)，無法提供數(shù)據(jù)業(yè)務，業(yè)務類型單一，系統(tǒng)容量有限，且使用過程中信號不穩(wěn)定，音質(zhì)低，安全性差，容易被竊聽和易受干擾。如表1所示，由于各個國家采用不同的制式、不同的頻帶和信道帶寬，第一代移動通信系統(tǒng)不支持漫游，嚴格來說，僅僅是一個地區(qū)性的移動通信系統(tǒng)。

表1 第一代移動通信技術標準

1.2 第二代移動通信系統(tǒng)(2G)

第二代移動通信系統(tǒng)(2G)興起于20世紀90年代，采用了數(shù)字通信方式，具有更高的網(wǎng)絡容量，可以提供數(shù)字化的語音業(yè)務和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(平均速率為幾十kbit/s，峰值可達115 kbit/s)，還可以對數(shù)字信號進行加密，安全性更高。制式方式主要有時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。著名的全球移動通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications，GSM)采用時分多址方式，主要由移動臺(Mobile Station，MS)、基站子系統(tǒng)(Base Station Subsystem，BSS)、核心網(wǎng)(CoreNet)組成。其中，移動臺包括手機等用戶使用的移動通信設備；基站子系統(tǒng)包括基站控制器(Base Station Controller，BSC)和基站收發(fā)信號臺(Base Transceiver Station，BTS)，負責移動臺和網(wǎng)絡之間的無線連接；核心網(wǎng)包括移動業(yè)務交換中心(Mobile Switching Center，MSC)和一些數(shù)據(jù)庫，負責完成MS的電話交換功能。網(wǎng)絡結(jié)構如圖1所示。一個GSM通信網(wǎng)絡可以有多個MSC，一個MSC可以管理多個BSC，一個BSC可以管理多個BTS，一個BTS可以和多個MS通信。

圖1 GSM系統(tǒng)組成

第二代移動通信替代第一代移動通信系統(tǒng)完成模擬技術向數(shù)字技術的轉(zhuǎn)變，但由于第二代采用不同的制式，移動通信標準不統(tǒng)一，用戶只能在同一制式覆蓋的范圍內(nèi)進行漫游，因而無法進行全球漫游。由于第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)帶寬有限，限制了數(shù)據(jù)業(yè)務的應用，也無法實現(xiàn)高速率的業(yè)務(如移動的多媒體業(yè)務)。

1.3 第三代移動通信系統(tǒng)(3G)

第三代移動通信系統(tǒng)(3G)出現(xiàn)于2000年初，采用碼分多址(CDMA)尋址方式，與上一代移動通信系統(tǒng)的主要區(qū)別是在傳輸語音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2 Mbit/s、 384 kbit/s以及144 kbit/s的傳輸速度。有些3G系統(tǒng)會更新為3.5G 系統(tǒng)(如HSDPA)，此時可達下傳14 Mbit/s、上傳5.8 Mbit/s的速度，能夠在全球范圍內(nèi)更好地實現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，它是將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的一代移動通信系統(tǒng)。

第三代移動通信系統(tǒng)采用的是基于UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)的網(wǎng)絡架構，如圖2所示。主要由用戶設備UE(User Equipment)、無線接入網(wǎng)UTRAN(UMTS Terrest-rial Radio Access Network)和核心網(wǎng)CN(Core Network)組成。UTRAN由基站Node B和無線網(wǎng)絡控制器RNC組成。Node B相當于GSM系統(tǒng)的BTS，RNC相當于GSM系統(tǒng)的BSC。核心網(wǎng)CN從邏輯上可分為電路交換域(CS)和分組交換域(PS)，可以通過MSC和GMSC連接傳統(tǒng)的電話網(wǎng)，也可以通過GGSN和SGSN連接互聯(lián)網(wǎng)。與上一代移動通信系統(tǒng)不同的是，3G可以支持多樣化的應用，如視頻電話、電話會議、微博等，開始了通信網(wǎng)絡向信息網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)變。

圖2 基于UMTS的第三代移動通信系統(tǒng)架構

1.4 第四代移動通信系統(tǒng)(4G)

第四代移動通信系統(tǒng)(4G)誕生于2010年左右，以LTE為代表，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量音頻、視頻和圖像，理想環(huán)境下的極限傳輸速率可達300 Mbit/s。4G里主要部署的是TD-LTE和FDD-LTE，20M帶寬下，TD-LTE的下載速度理論值是100 Mbit/s；在2×20 M帶寬下，F(xiàn)DD-LTE可以達到150 Mbit/s的理論下載速度。LTE后續(xù)向LTE-A演進，引入了CA(載波聚合)，高階MIMO、高階QAM等技術，下載速度大大增加，理論最大下載速度可以在100 M帶寬下達到3 Gbit/s的驚人速度，上行也可以達到1.5 Gbit/s的速度[2]。圖3為第四代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)分別為演進型通用陸面無線接入網(wǎng)(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network， E-UTRAN)和演進型移動核心網(wǎng)(Evolved Packet Core，EPC)兩個大的部分，與3G系統(tǒng)中的UTRAN和CN相對應但又存在著一定的差異。

圖3 第四代移動通信系統(tǒng)(4G)網(wǎng)絡架構

在E-UTRAN中，eNode B之間網(wǎng)格直連，底層采用IP傳輸，在邏輯上組建成一個Mesh網(wǎng)絡，可以支持LTE-UE在整個網(wǎng)絡內(nèi)的移動性管理和無縫切換。每個eNode B和移動性管理實體/接入網(wǎng)關(Mobility Management Entity (MME)/Serving Gateway(S-GW))連接，一個eNode B也可以和多個MME/S-GW 互連。此外，E-UTRAN中不再含有3G網(wǎng)絡架構中的RNC模塊，而是集中在eNodeB中，使網(wǎng)絡更加扁平化，降低了業(yè)務處理時延。

在EPC中，與CN的不同之處在于取消了通過MSC和GMSC到電話網(wǎng)的連接，網(wǎng)絡全IP化，支持各類技術統(tǒng)一接入，實現(xiàn)了異構網(wǎng)絡的融合，完成了通信網(wǎng)絡向信息網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)變。EPC通過MME(Mobility Management Entity)負責移動性管理、信令處理等功能，S-GW(Serving Gateway)負責媒體流處理及轉(zhuǎn)發(fā)等功能，實現(xiàn)了業(yè)務面與控制面的完全分離。

1.5 第五代移動通信系統(tǒng)(5G)

早在4G系統(tǒng)開始應用不久便開始了第五代移動通信系統(tǒng)(5G)的討論，近幾年開始正式商用，主要由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分組成。原先的4G核心網(wǎng)EPC被拆分成5G核心網(wǎng)(new core, 5GC)和MEC(移動網(wǎng)絡邊緣計算平臺)兩部分。

5G核心網(wǎng)采用的是基于服務的架構(Service Based Architecture, SBA)，如圖4所示。SBA架構基于云構架設計，借鑒了微服務的理念。把原來具有多個功能的整體，拆分為多個具有獨自功能的個體,每個個體實現(xiàn)自己的微服務[3-4]。一個明顯的外部表現(xiàn)就是網(wǎng)元數(shù)量增多。除了UPF之外都是控制面。網(wǎng)元看上去很多，實際上硬件都是在虛擬化平臺里面虛擬出來的，容易擴容、縮容、升級、割接，相互之間不會造成太大影響。MEC負責為用戶提供所需的服務和云端計算功能，5G網(wǎng)絡接入的終端數(shù)量大、密度高，要求更大的帶寬和更低的延遲，因此部署在靠近基站的地方，可以縮短網(wǎng)絡延遲，增強網(wǎng)絡實時性。

圖4 5G核心網(wǎng)架構

圖5 5G接入網(wǎng)架構

與4G的E-UTRAN相比，5G接入網(wǎng)有了很大的改進，不再由BBU、RRU、天線組成，而是被重構為3個功能實體：集中單元CU(Centralized Unit，負責處理非實時協(xié)議和服務)、分布單元DU(Distribute Unit，負責處理物理層協(xié)議和實時服務)和有源天線單元AAU(Active Antenna Unit，由基站物理層處理部分、射頻單元以及無源天線組成)。在5G網(wǎng)絡中，CU與DU分離部署，DU集中部署在基站附近，由CU統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)基帶的共享，提高了資源利用率。CU運行在服務器上，經(jīng)過SDN/NFV技術，支持網(wǎng)絡切片和云化。5G網(wǎng)絡的一個重要優(yōu)勢是網(wǎng)絡切片，簡單來說，就是把一張物理上的網(wǎng)絡，按應用需求劃分為多個邏輯網(wǎng)絡。通過為不同的業(yè)務需求和通信場景創(chuàng)建不同的網(wǎng)絡切片，使得網(wǎng)絡可以根據(jù)不同的業(yè)務特征采用不同的網(wǎng)絡架構和管理機制，從而保證通信場景中的性能需求。網(wǎng)絡切片可以優(yōu)化網(wǎng)絡資源分配，實現(xiàn)最大成本效率，滿足多元化要求。

1.6 第六代移動通信系統(tǒng)(6G)

第六代移動通信標準(6G)，目前還是一個概念性無線網(wǎng)絡移動通信技術。它主要促進互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，是集成地面無線通信與衛(wèi)星通信的全連接網(wǎng)絡，完成海陸空天一體化，實現(xiàn)全球范圍內(nèi)無縫連接[5]。網(wǎng)絡信號能夠抵達任何一個偏遠地區(qū)，可以讓身處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療，讓孩子們能接受遠程教育。6G的下載速度可以達到每秒1 TB，是5G網(wǎng)絡的100倍，網(wǎng)絡延遲會降到微秒級別。6G網(wǎng)絡將會使用太赫茲(THz)頻段和靈活的頻譜共享技術以提高頻譜利用率，且6G網(wǎng)絡密集化程度將會更高(連接設備密度超過100個/m3)，覆蓋面更廣，真正做到網(wǎng)絡無死角，信號全覆蓋。6G還會引入可信機制，實現(xiàn)具有內(nèi)生安全的網(wǎng)絡。6G會增強IT(信息技術)+CT(通信技術)+DT(數(shù)據(jù)技術)的跨界融合，需結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈與量子信息形成關鍵技術突破和能力儲備，使設備具備通信、計算、導航、感知等多種能力[6-7]。目前具體應用方向還處在探索階段，將來6G將會被用于空間通信、智能交互、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、情感和觸覺交流、多感官混合現(xiàn)實、機器間協(xié)同、全自動交通等場景。

2 發(fā)展變化與趨勢分析

2.1 性能

1G主要解決語音通信問題。2G可支持窄帶的分組數(shù)據(jù)通信，最高理論數(shù)據(jù)為236 kbit/s。3G在2G的基礎上，發(fā)展了如圖像、音樂、視頻流的高寬帶多媒體通信，并提高語音通話安全性，解決部分移動互聯(lián)網(wǎng)相關網(wǎng)絡及高速數(shù)據(jù)傳輸問題，最高下載理論數(shù)據(jù)為14 Mbit/s。4G是專為移動互聯(lián)網(wǎng)設計的通信技術，從網(wǎng)速、容量、穩(wěn)定性上相比之前的技術都有了跳躍式的提升，傳輸速率可達100 Mbit/s甚至更高。5G與4G相比，在容量方面，比4G實現(xiàn)單位面積移動數(shù)據(jù)流量增長1 000 倍；在傳輸速率方面，典型用戶數(shù)據(jù)傳輸速率提高10～100倍，峰值傳輸速率可達10 Gbit/s，端到端時延縮短5倍。未來的6G所支持的業(yè)務類型會更多，傳輸速率更快，將達到1 Tbit/s。未來移動通信技術的傳輸速率必定會越來越高，延遲越來越低，所支持的數(shù)據(jù)業(yè)務類型也會更多樣化。

2.2 頻帶

第三代合作計劃3GPP已指定5G NR 支持的頻段列表，指定了兩大頻率范圍，如表2所示。目前3GPP已指定的5G NR頻段，如表3所示。

表2 5G NR頻譜范圍

表3 FR1 (450～6 000 MHz)具體劃分范圍

可以看出，隨著移動通信技術的發(fā)展，未來通信技術所使用的頻帶逐漸向更高頻率的方向發(fā)展。移動通信頻帶頻率越高，傳播損耗越大，覆蓋距離越近，覆蓋增強和降低損耗必定是未來的發(fā)展趨勢。5G技術主要是通過毫米波傳輸，6G網(wǎng)絡將會采用太赫茲傳輸，多進多出(MIMO)波束賦形技術以及智能天線將會是未來移動通信的關鍵技術。

2.3 網(wǎng)絡架構

2G到5G移動通信系統(tǒng)的架構基本保持了終端、核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的組成方式。

終端在2G時基本上指的是手機，此時的終端僅能提供語音通話功能，在3G/4G時，手機的功能已經(jīng)不僅僅局限于語音通話，可以用來瀏覽網(wǎng)頁、接收郵件、刷微博等，而且這時的終端也不再專指手機，而是包括平板電腦、筆記本、車載電話等無線設備。在5G時，移動終端的范圍還包括視頻監(jiān)控設備、不同類型(溫度、高度、風速等)的傳感器、天上的飛機、海里的輪船等。在未來的6G時代，終端的范圍將更加廣泛，一扇門、一個輪胎、一張桌子都可以是一個移動終端。由此可見，未來移動終端會變得種類多樣、功能復雜，使用環(huán)境更廣泛，涉及空、天、地、海洋等。

核心網(wǎng)在移動通信技術的發(fā)展過程中其功能和組成也發(fā)生了變化。在2G系統(tǒng)中，MSC是核心網(wǎng)的最主要設備，只能完成電路交換。在3G系統(tǒng)中，網(wǎng)線、光纖開始大量投入使用，設備的外部接口和內(nèi)部通信都開始圍繞IP地址和端口號進行，3G核心網(wǎng)在2G的基礎上增加了服務GPRS支持節(jié)點SGSN(Server GPRS Support Node)和網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點GGSN(Gateway GPRS Support Node)以支持數(shù)據(jù)業(yè)務。4G核心網(wǎng)去掉了3G核心網(wǎng)中用于電路交換的MSC，實現(xiàn)了全IP化，增加了MME，提高了對終端的移動性管理；此外，4G核心網(wǎng)實現(xiàn)了業(yè)務面與控制面的分離。5G核心網(wǎng)則采用了基于服務的架構，功能更加細化，網(wǎng)元數(shù)量更多(網(wǎng)元都是在虛擬化平臺里面虛擬產(chǎn)生，并非真正的物理硬件)。5G核心網(wǎng)在控制面與數(shù)據(jù)面分離的基礎上，數(shù)據(jù)面下沉本地數(shù)據(jù)流，控制面集中實現(xiàn)本地分流、靈活路由，進一步強化MEC的功能，還可以用一種特定方式處理控制面和用戶面來實現(xiàn)特定類型的通信業(yè)務，網(wǎng)絡切片更加簡潔、靈活和高效。結(jié)合云技術，利用通用硬件平臺實現(xiàn)軟硬件解耦，使用SDN/NFV技術提供更自由的可編程能力。未來的移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)架構更加細化，可以提供按需服務，以用戶為中心，按需生成網(wǎng)絡，而且網(wǎng)隨人動[8]。網(wǎng)絡功能去中心化管理，支持獨立的網(wǎng)元和服務的伸縮、演進和靈活的部署，實現(xiàn)端到端的微服務化網(wǎng)絡。網(wǎng)絡還將具有對行為、業(yè)務、意圖的感知能力，達到智慧內(nèi)生，根據(jù)用戶業(yè)務需求配置網(wǎng)絡資源，引入數(shù)據(jù)收集面和智能面，通過數(shù)據(jù)收集面對網(wǎng)絡全域數(shù)據(jù)進行收集；智能面使這些數(shù)據(jù)按需調(diào)用，根據(jù)不同的場景提供不同的支持，實現(xiàn)網(wǎng)絡自身演進。安全內(nèi)生也是未來移動通信系統(tǒng)核心網(wǎng)的一個重要特點，通過實時監(jiān)測，智能預判，減少受攻擊的可能性。

表4 FR2 (24.25～52.6 GHz)具體劃分范圍

接入網(wǎng)在移動通信技術的發(fā)展過程中其功能和組成也發(fā)生了變化。基站作為接入網(wǎng)的主要組成部分，也發(fā)生了一定的變化。在2G、3G系統(tǒng)中，接入網(wǎng)仍有基站和控制單元組成，基站通常包括BBU(主要負責信號調(diào)制)、RRU(主要負責射頻處理)、饋線(連接RRU和天線)、天線(主要負責線纜上導行波和空氣中空間波之間的轉(zhuǎn)換)。最初，基站為一體化，BBU和RRU放在機房內(nèi)；后來，RRU被放到天線身邊，所謂RRU拉遠，也就是分布式基站，好處是大大縮短了RRU和天線之間饋線的長度，可以減少信號損耗。到4G時， BBU開始集中存放，變成了BBU基帶池，實體基站變成了虛擬基站，便于統(tǒng)一管理和調(diào)度，資源調(diào)配也更加靈活。到了5G時代，接入網(wǎng)不再是由BBU、RRU、天線組成，而是被重構為CU、DU和AAU，且具有計算能力的MEC部署在基站附近，可以進一步降低時延。未來的接入網(wǎng)將會支持更多類型的終端接入，且基站功能將會虛擬化，實現(xiàn)無線資源“云”化，在“池”層面分配平臺資源和無線網(wǎng)絡資源，動態(tài)調(diào)整基帶處理單元(BBU)，按需加載，實現(xiàn)面向服務的基站。

2.4 天線

在移動通信最早期的1G時代，基站使用的幾乎是全向天線。當時的用戶數(shù)量很少，傳輸?shù)乃俾室脖容^低。到了2G時代，天線逐漸演變成了定向天線，比如天線覆蓋角度為120°，一個小區(qū)會有3個扇區(qū)，演變?yōu)榉涓C通信。3G時代，智能天線誕生，單一的天線發(fā)展成多入多出(Multiple-Input Multiple-Output， MIMO)多天線技術。MIMO增加了天線個數(shù)，也就增加了信號傳輸?shù)耐ǖ罃?shù)量。通過傳輸分集把相同的內(nèi)容通過不同的天線發(fā)送出去，可以緩解信道質(zhì)量不穩(wěn)定帶來的性能下降，從而增強覆蓋。4G時代，MIMO又發(fā)展空間復用模式，將要傳送的數(shù)據(jù)分成幾個數(shù)據(jù)流，然后在不同的天線上進行傳輸，從而提高系統(tǒng)的傳輸速率。到了5G時代，隨著頻率的增加，天線尺寸進一步縮小，天線數(shù)量進一步增加，MIMO就變成了大規(guī)模多進多出(Massive MIMO)，可以控制每一個天線單元發(fā)射或接收信號的相位和信號幅度，通過對多個天線單元進行調(diào)節(jié)，產(chǎn)生具有指向性的波束(波束賦型)，讓能量向指定方向集中，不僅可以增強覆蓋距離，還可以降低相鄰波束間的干擾。未來的天線陣列數(shù)量更大，抗干擾能力更強，不僅可以提供水平維度的2D 波束賦型，還可以實現(xiàn)水平和垂直方向上的3D 波束賦型。

3 在戰(zhàn)術通信系統(tǒng)中的應用

3.1 應用研究

第一代和第二代移動通信技術業(yè)務相對單一，且提高的功能也不夠豐富，在戰(zhàn)術通信中的應用較少。因此，本節(jié)重點介紹第三代至第五代移動通信技術在戰(zhàn)術通信領域中的應用。

3G移動通信技術除了支持傳統(tǒng)的話音業(yè)務外，還對業(yè)務進行分類以實現(xiàn)新的實時業(yè)務，如視頻會議、實時圖像顯示等。當時戰(zhàn)術通信系統(tǒng)在業(yè)務類型上仍以電話業(yè)務為主，數(shù)據(jù)通信業(yè)務雖然有一定的發(fā)展，但總體規(guī)模較小，只是在戰(zhàn)略級和級別較高的戰(zhàn)術級單位的系統(tǒng)中有所使用，圖形、圖像業(yè)務的使用更是少之又少。3G技術引入到戰(zhàn)術通信中，極大地促進了數(shù)據(jù)通信的發(fā)展。戰(zhàn)略網(wǎng)建設已經(jīng)取得一定成效，在戰(zhàn)術通信中，3G 技術提供了更高的無線接口速率和更靈活的用戶速率，最大傳輸速率是電路交換和分組交換的3倍，可以滿足戰(zhàn)場環(huán)境下對系統(tǒng)容量和傳輸速率的要求。其次，3G網(wǎng)絡的蜂窩結(jié)構提高了戰(zhàn)術通信的距離，在戰(zhàn)場中使用移動戰(zhàn)術終端充當遠距離基站的中繼，延伸了網(wǎng)絡覆蓋范圍。最后，由于戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡的高機動性和抗毀性要求，在進行網(wǎng)絡設計時可以借鑒無需預先設置的Ad Hoc網(wǎng)絡，通過對協(xié)議棧進行改造，建立具有多層協(xié)議棧的無線分組網(wǎng)絡，提高戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡的安全性和高效性。美國海軍研制的移動目標用戶系統(tǒng)由5顆衛(wèi)星和遍布全球的4個地面站組成。地面站負責對衛(wèi)星進行測控、指令傳輸。移動用戶目標系統(tǒng)(MUOS)衛(wèi)星網(wǎng)絡主要為移動作戰(zhàn)部隊提供類似民用手機的3G網(wǎng)絡服務,極大地增強作戰(zhàn)人員動中通的能力，包括增強的同步語音、視頻和數(shù)據(jù)能力，能夠在戰(zhàn)時移動并在不對準衛(wèi)星的情況下通信，美軍士兵不論身處移動的車輛、潛艇還是飛機內(nèi)，都可以自由通信。F-35戰(zhàn)斗機上也使用了該系統(tǒng)。

LTE和WiMAX作為4G寬帶無線通信系統(tǒng)標準，采用了大量的創(chuàng)新傳輸技術，例如OFDM和MIMO，傳輸性能相比3G技術得到了大幅度提升。同一時期的戰(zhàn)術通信仍是以窄帶、低速為主，且存在智能化水平低、業(yè)務能力不足等問題，與用戶需求和信息戰(zhàn)的要求還相差甚遠。將4G移動通信中的先進技術通過適當改造后，應用到戰(zhàn)術通信領域，可以改善當前戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的傳輸能力。正交頻分復用技術OFDM通過子載波正交特性，極大地提高了頻譜利用率，同時，降低了單獨子載波的符號速率，具有抗多徑特征。OFDM是一個優(yōu)良的適用于寬帶系統(tǒng)的傳輸技術，通過對子載波間隔進行調(diào)整，克服動中通時的多普勒效應，可應用在需求高速傳輸?shù)膽?zhàn)術通信系統(tǒng)中。MIMO屬于多天線范疇，可以在不增加無線資源的情況下提高系統(tǒng)傳輸容量，在戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的收發(fā)端部署多天線，可以實現(xiàn)空間復用、空間分集和波束賦形等多種類型的傳輸模式。改造后的OFDM和MIMO技術可以使4G在戰(zhàn)術通信中應用。美國LGS公司將OFDM技術和MiMO技術應用到軍事通信中，研制出一種加固型便攜式箱式4G網(wǎng)絡設備，具有較高的頻譜利用率和較廣的覆蓋范圍，可在偏遠地區(qū)自動建立4G網(wǎng)絡，并能無縫接入大型網(wǎng)絡。快速部署網(wǎng)絡設備的接口能夠連接衛(wèi)星網(wǎng)絡，如戰(zhàn)術作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)。此外，快速部署網(wǎng)絡的網(wǎng)狀網(wǎng)絡結(jié)構能夠測量覆蓋整個作戰(zhàn)區(qū)域所需的快速部署網(wǎng)絡設備的數(shù)量。快速部署網(wǎng)絡設備解決方案意味著士兵和戰(zhàn)術作戰(zhàn)中心之間能夠建立無縫話音、視頻和數(shù)據(jù)通信鏈路，提高了指揮控制、態(tài)勢感知和前方士兵的作戰(zhàn)能力。當作戰(zhàn)士兵的傳統(tǒng)通信設備被摧毀或失效時，可利用智能電話、平板電腦和其他設備連接4G網(wǎng)絡，發(fā)送和接收重要信息。美國海軍在艦船上部署了基于4G LTE的無線廣域網(wǎng)(WWAN)，該系統(tǒng)是一種加固LTE網(wǎng)絡，可在海洋移動環(huán)境中運行，讓海員和陸戰(zhàn)隊員能與覆蓋區(qū)內(nèi)使用安卓蜂窩電話的其他用戶、附近的巡邏艇、艦船、無人機和直升機進行話音和數(shù)據(jù)通信。WWAN可提供大量所需的通信容量，同時釋放了本地需求連接，而以前只能通過容量有限的衛(wèi)星連接提供廣域通信。例如，可接收直升機饋送視頻，可在打擊海盜行動中增強態(tài)勢感知能力。

當前戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的目標是一體化聯(lián)合作戰(zhàn)，要求戰(zhàn)場內(nèi)人、車、武器末端等相互連接，能夠適應瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境，戰(zhàn)場資源可以靈活調(diào)度。而戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的接入節(jié)點種類多、接入方式多，終端機動性強，且容易受到毀傷或者干擾，統(tǒng)一接入和組網(wǎng)難度較大；且不同作戰(zhàn)樣式下業(yè)務類型也不盡相同，對通信的差異化服務要求較高。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展，單純提供速率、擴大覆蓋范圍已經(jīng)無法滿足需求，5G應運而生。它既要解決底層異構網(wǎng)絡的統(tǒng)一接入問題，又要保障上層不同應用的服務水平，同時要求支持節(jié)點的高速移動性和網(wǎng)絡的快速重組，這與當前戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的發(fā)展要求相一致。目前，基于5G的戰(zhàn)術通信網(wǎng)絡架構主要有骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)組成，采用分布式SDN控制與傳統(tǒng)路由交換相結(jié)合策略，既能實現(xiàn)多用戶的隨遇接入以及多種傳輸手段的綜合組網(wǎng)，又能實現(xiàn)通信資源的按需調(diào)度與靈活組合。聯(lián)合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)(JTRS)使用5G的統(tǒng)一接入技術和高低頻融合技術，實現(xiàn)了多頻多信道網(wǎng)絡互聯(lián)，在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境下不僅能做到相互之間兼容互通，而且還可通過其跨頻段跨時空的橫向和縱向網(wǎng)絡為分布在廣闊戰(zhàn)區(qū)內(nèi)不同地域的美國陸、海、空和海軍陸戰(zhàn)隊提供遠程超視距且安全可靠的語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻通信。2020年5月2日，美國國防部長批準了《國防部5G戰(zhàn)略》。同年5月20日，美國國防部發(fā)布了公開版《5G戰(zhàn)略》，包括5G面臨的挑戰(zhàn)、美國防部5G目標、美國防部5G 工作路線。這是美軍方第一份公開發(fā)布的5G戰(zhàn)略性指導文件，此戰(zhàn)略將支持國家層面努力推進美國及其合作伙伴的5G能力，提高對5G帶來的國家安全風險的認識，并提出保護5G技術和基礎設施從而取得關鍵成果的方法。2020年12月15日，美國國防部發(fā)布《5G技術實施方案》報告，該報告作為《國防部5G戰(zhàn)略》的附錄，描述了國防部5G戰(zhàn)略的實施細節(jié)。此外，報告還為《國防部5G戰(zhàn)略》提供了路線圖，以解決5G的技術、安全、標準、政策、應用與合作的問題。美國國防部國防創(chuàng)新委員會2021年4月3日發(fā)布的《5G生態(tài)系統(tǒng)：對美國國防部的風險與機遇》，旨在把5G網(wǎng)絡整合到美國軍事行動中的長期計劃，該報告分析了 5G 的發(fā)展歷程、目前的全球競爭態(tài)勢以及 5G 技術對國防部的影響與挑戰(zhàn)。

3.2 發(fā)展趨勢

戰(zhàn)術通信從最初的單一話音業(yè)務，到現(xiàn)在可以支持話音、圖像、視頻等多種業(yè)務，且能夠根據(jù)業(yè)務類型提供相應的服務質(zhì)量，這與移動通信技術的發(fā)展是密切相關的。目前，正在發(fā)展的戰(zhàn)術通信系統(tǒng)以云架構為基礎，能夠提供多種態(tài)勢信息，且具有較高的智能化、網(wǎng)絡化程度，可以根據(jù)態(tài)勢信息進行智能化決策，已經(jīng)不再是單一的傳輸網(wǎng)，而是數(shù)據(jù)網(wǎng)、智能網(wǎng)。未來戰(zhàn)術通信系統(tǒng)將會實現(xiàn)萬物互聯(lián)，全網(wǎng)態(tài)勢共享，并具有極高的智能化，可以及時做出智能決策，實現(xiàn)全過程無人化，不再需要指揮員參與。

4 結(jié)論

移動通信技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從最初僅能支持語音通話，到現(xiàn)在支持視頻會議、高清圖像等多媒體業(yè)務，從最初采用電路交換到如今支持全IP傳輸，未來智能化程度更高，網(wǎng)絡架構更加扁平化、云化和智能化，同時具備內(nèi)生安全能力，支持多種接入手段。戰(zhàn)術通信的發(fā)展也從最初僅僅為指揮者做決策提供一些簡單的戰(zhàn)場信息，到后來可以多目標跟蹤、輔助決策等，目前正在向基于云架構的智能化全軍聯(lián)合戰(zhàn)術通信系統(tǒng)發(fā)展。移動通信技術為戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術基礎，戰(zhàn)術通信系統(tǒng)的發(fā)展又促進了移動通信技術的革新。