基于5G 移動(dòng)通信技術(shù)的艦船通信系統(tǒng)探討

邱 超，宋艷萍，陶玉剛

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所，武漢 430205）

0 引言

艦船通信系統(tǒng)是現(xiàn)代海軍指揮系統(tǒng)的神經(jīng)。新一代艦船通信系統(tǒng)須充分考慮艦船通信作戰(zhàn)使用特點(diǎn)，重視艦船上層結(jié)構(gòu)和通信系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展要求。5G 移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用將極大提升艦船通信網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量、傳輸數(shù)據(jù)和交互式業(yè)務(wù)，更適合于多用戶(hù)、多天線(xiàn)、多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的建立。

1 艦船通信系統(tǒng)特點(diǎn)分析

艦船通信系統(tǒng)發(fā)展方向?yàn)椤翱v向－橫向”一體化集成，發(fā)展目標(biāo)為構(gòu)建扁平化的一體化艦船通信系統(tǒng)。綜合來(lái)看，有如下四大特點(diǎn)。

（1）通信方式齊全，設(shè)備繁多。艦船上通信設(shè)備成百上千種，信息量巨大的有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)等多種通信方式。通信系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)、保密、準(zhǔn)確地相互傳送信息至關(guān)重要，且須具備陸、海、空、天、潛全方位立體通信的能力。

（2）全時(shí)不間斷高速信息處理能力。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)正向無(wú)形、無(wú)人、無(wú)聲的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)發(fā)展，各方都是基于信息系統(tǒng)的跨機(jī)構(gòu)、跨域和跨國(guó)聯(lián)合戰(zhàn)爭(zhēng)，信息就是戰(zhàn)斗力，信息處理的質(zhì)量和速度直接決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)。

（3）多網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合通信，信息集成度高?；谛畔⑷诤霞夹g(shù)和無(wú)線(xiàn)協(xié)同通信技術(shù)構(gòu)建的智能聯(lián)合作戰(zhàn)網(wǎng)，使信息能夠在指揮中心與陸、海、空、天、潛等各作戰(zhàn)平臺(tái)、作戰(zhàn)群、作戰(zhàn)域間及時(shí)有效地傳送，提高戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)合作戰(zhàn)能力。

（4）全頻段、高可靠性通信。軍事通信網(wǎng)幾乎使用了全部頻段，為使艦船平臺(tái)在軍事通信網(wǎng)系中達(dá)成互聯(lián)互通，艦船均具備與軍事通信網(wǎng)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(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)

5G 網(wǎng)絡(luò)主要包括網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景、接入網(wǎng)、核心網(wǎng)。綜合發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，5G 移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)有如下五個(gè)方面。

（1）高頻段傳輸技術(shù)。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信工作頻段普遍采用3GHz 以下的頻段波，5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)極高速短距離通信，充分利用高頻段波，科學(xué)規(guī)劃和統(tǒng)籌兼顧各頻段，最優(yōu)配置頻譜資源，有效緩解頻譜資源緊張現(xiàn)狀。

（2）多天線(xiàn)傳輸技術(shù)。多天線(xiàn)傳輸技術(shù)是運(yùn)用基站的多個(gè)天線(xiàn)獨(dú)立發(fā)送-接收信息并能夠完整復(fù)原信息，通過(guò)大規(guī)模的天線(xiàn)陣列波束控制，能達(dá)到傳輸信號(hào)最佳接受效果，實(shí)現(xiàn)信號(hào)接受強(qiáng)度的大幅度提高。

（3）同時(shí)同頻全雙工技術(shù)。不管是分時(shí)還是分頻工作模式，工作效率依然存在著很大的限制。同時(shí)同頻全雙工技術(shù)，在相同的頻譜上，信息的接收和發(fā)送工作可以同時(shí)進(jìn)行，這就大大提高了移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸效率。

（4）蜂窩通信技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是它可以無(wú)需借助基站的轉(zhuǎn)接直接連接通信終端，實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的短距離直接傳輸。還可以通過(guò)廣泛分布的基站優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，支持更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和連接方法，高效地利用頻譜資源。

（5）新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)。5G 通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)需要新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，5G 發(fā)展需求要求網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化、內(nèi)容分發(fā)更快捷、網(wǎng)絡(luò)編排更靈活、資源管理更高效、網(wǎng)絡(luò)體系更安全。新技術(shù)的引入促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重新設(shè)計(jì)。

3 基于5G 移動(dòng)通信技術(shù)的艦船通信系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)

基于5G 的艦船通信系統(tǒng)將是采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（簡(jiǎn)稱(chēng)NFV）和云計(jì)算的更加靈活、智能、高效和開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)包括接入云、控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云三個(gè)域。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

（1）SDN 技術(shù)。SDN 是連接控制云和和轉(zhuǎn)發(fā)云的核心網(wǎng)絡(luò)，SDN 采用軟件集中控制、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的三層架構(gòu)，高效調(diào)度全網(wǎng)資源，提升網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力。

（2）NFV 技術(shù)。NFV 是基于通用的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)動(dòng)態(tài)靈活的部署，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件解耦后的各自獨(dú)立，強(qiáng)化網(wǎng)元的編排功能，提升管理和維護(hù)效率，增強(qiáng)靈活性。其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 NFV網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（3）網(wǎng)絡(luò)切片（NS）技術(shù)。NS 是基于SDN 和NFV 技術(shù)，將一張物理網(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)邏輯相互獨(dú)立的虛擬網(wǎng)，每個(gè)虛擬網(wǎng)面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景。避免了一個(gè)服務(wù)需要建設(shè)一個(gè)專(zhuān)用的物理網(wǎng)絡(luò)，能夠大大節(jié)省硬件投入成本。

（4）MEC 技術(shù)。MEC 主要是在無(wú)線(xiàn)側(cè)提供用戶(hù)所需的服務(wù)和云端計(jì)算功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力部署于更靠近用戶(hù)的前端服務(wù)，從而降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，可提供超低時(shí)延、超高寬帶、實(shí)用性強(qiáng)等高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施建議

5G 獨(dú)立組網(wǎng)從時(shí)間上大體分為兩個(gè)階段，如圖3 所示。2018-2020年為電信云建設(shè)階段，完成數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)、NFV 系統(tǒng)集成以及5G 概念和組網(wǎng)驗(yàn)證，保證5G 達(dá)到規(guī)模組網(wǎng)的功能要求；2020年以后為核心網(wǎng)融合部署階段，利用云平臺(tái)靈活部署和快速迭代優(yōu)勢(shì)，持續(xù)性的上線(xiàn)新功能和新業(yè)務(wù)，促進(jìn)4G/5G 融合。

圖3 組網(wǎng)推進(jìn)思路

4 結(jié)束語(yǔ)

艦船通信系統(tǒng)發(fā)展方向?yàn)椤翱v向－橫向”一體化集成發(fā)展，隨著5G 通信技術(shù)的不斷突破和應(yīng)用，能加速建成抗干擾性強(qiáng)、信息傳輸速率高、自動(dòng)化水平高的現(xiàn)代艦船通信系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)信息量巨大、海上環(huán)境復(fù)雜的未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)要求。