基于5G移動通信技術的艦船通信系統(tǒng)分析

汪澤安 陳肯 包盈盈

【摘要】? ? 信息化時代的到來使得國際科學技術水平不斷提高，5G通信技術成為信息時代的產物，將其應用于艦船通信系統(tǒng)中，是現代通信技術發(fā)展的重要課題之一。本文簡單介紹了5G移動通信技術，通過對艦船通信系統(tǒng)的特點研究，探索艦船通信系統(tǒng)中5G移動通信技術的應用效果，以供相關人員參考。

【關鍵詞】? ? 5G? ? 移動通信技術? ? 艦船通信系統(tǒng)

引言：

艦船通信系統(tǒng)是現代海軍作戰(zhàn)中的核心指揮系統(tǒng)神經，其考慮到艦船通信作戰(zhàn)的實際使用要求，在艦船網絡上層結構的基礎上，適應5G移動通信技術，有效優(yōu)化通信網絡的信息傳輸速度，實現交互式網絡通信業(yè)務。

一、5G移動通信技術介紹

在科學技術的發(fā)展過程中，傳統(tǒng)的2G、3G以及4G通信技術已經無法滿足人們的實際需要，因此，5G技術應運而生，5G的英文全稱為5th generation wireless systems，其中文含義為第五代移動通信技術。在現階段的社會發(fā)展過程中，由于5G技術具備成本低、信息承載量大、數據產生速率高等優(yōu)點，是4G通信速度的百倍以上，能夠達到每秒10Gb的，傳播效率，在下載文件時，傳統(tǒng)4G網絡需要消耗一小時的時間，在5G移動通信技術的支持下，能夠在短短幾秒鐘之內完成。5G移動通信技術的影響力較大，實際應用環(huán)節(jié)能夠保障用戶的通信質量，減少作業(yè)流程，節(jié)約通信成本，這為以移動信息為載體的5G設備提供了遠大的發(fā)展前景。需要注意的是，盡管在當前的社會發(fā)展過程中，5G技術的應用給人們的生活工作帶來了極大的方便，但隨之而來的問題與挑戰(zhàn)同樣受到了人們的廣泛關注。5G通信技術的信號在不斷優(yōu)化的過程中，已經逐漸實現了無死角覆蓋，其影響效果較強，但自身需要監(jiān)測監(jiān)管工作的范圍就更為廣闊，其工作任務也不斷加重[1]。

二、艦船通信系統(tǒng)特點分析

現代艦船通信系統(tǒng)的發(fā)展主流方向為“縱向-橫向”一體化集成模式，其核心目的在于構建扁平化艦船信息網絡通信系統(tǒng)，實際應用特點主要表現在以下幾個方面。其一，系統(tǒng)信息集成度較高。艦船通信系統(tǒng)主要由信息融合與無線協同技術構建結合而成，其在實際指揮作戰(zhàn)環(huán)節(jié)能夠做到海、陸、空等多樣化平臺聯合作戰(zhàn)指揮，完成不同作戰(zhàn)區(qū)域之間的信息傳輸，強化戰(zhàn)場聯合作戰(zhàn)能力。其二，系統(tǒng)通信方式多樣化?，F代船艦上的通信系統(tǒng)設備多種多樣，適用于不同作戰(zhàn)環(huán)境，面對信息量巨大的有線及無線通信模式，通信系統(tǒng)設備之間具備全方位立體通信能力。其三，通信系統(tǒng)高可靠性服務?，F代艦船通信系統(tǒng)中，軍事網絡頻段較多，若想實現艦船平臺的互聯互通作業(yè)，要求艦船具備“高頻段、高可靠性”的網絡系統(tǒng)服務，保證艦船通信服務“聯得通、通得好”。其四，高效化信息處理能力。全球信息化發(fā)展的格局下，可以預見的是未來戰(zhàn)爭方式將會以無形、無人、無聲聯合化模式為主導，在這種環(huán)境下信息就是戰(zhàn)斗力，高效化信息處理水平就是艦船通信系統(tǒng)的“武器”，這直接關系著戰(zhàn)爭的走向。

三、艦船通信系統(tǒng)中5G移動通信技術的應用分析

3.1系統(tǒng)組網架構

基于5G移動通信技術艦船通信系統(tǒng)應用了軟件定義網絡（SDN技術），其作為控制云端數據接收、轉發(fā)的核心技術，通過集中控制、網絡開放的多階級架構，實現艦船通信系統(tǒng)的高效化資源調度，借此優(yōu)化整個通信系統(tǒng)的虛擬化水平。在網絡功能虛擬化（NFV技術）的支持下，艦船通信系統(tǒng)的與計算速度更加靈活，實現開放的網絡架構模式，靈活應用數據存儲、網絡計算設備，實現動態(tài)化通信部署，強化網元的靈活編排功能，增強通信系統(tǒng)的靈活性。信息技術的改革推動艦船通信系統(tǒng)信息化管理模式應用，基于通用ICT系統(tǒng)的數字信息化管理平臺，為SDN技術的數據傳輸提供實時的網絡化通信。整個系統(tǒng)應用自動重連、冗余切換等技術，滿足艦船通信系統(tǒng)對于PLC嵌入式系統(tǒng)的自定義通信需求。在SDN技術與NFV技術基礎上，應用網絡切片技術（NS技術），將同一通信物理網絡劃分為多個相互獨立的虛擬網絡，減少專用物理網絡應用數量，降低艦船通信系統(tǒng)的建造硬件成本[2]。

艦船通信系統(tǒng)中聲音及振動波形等特型數據傳輸模式，是現階段數據傳輸領域的最高技術，其對于解決傳統(tǒng)光纖有線網絡鋪設費用、場地布線等問題，都有著極佳的適用表現。可以在5G移動通信技術的幫助下，通過項目節(jié)點進行流程管控，將數據傳輸與平臺項目推進相結合，由無線視覺與聲音及振動波形等特型數據傳輸系統(tǒng)代替人力管理模式，避免人為因素對數據傳輸信息對接造成的不利影響，并在此基礎上構建多態(tài)傳感器同口徑集成感知系統(tǒng)。在無線側提供用戶所需要的云端計算網架結構，使整個通信系統(tǒng)的數據存儲計算能力更靠近用戶的前端服務（MEC技術），降低通信過程中的網絡延遲，實現高質量網絡通信體驗。借助通信過程控制系統(tǒng)（APC）的網格化分布，完成MES/ERP精密數據分析，以及數字化系統(tǒng)改造等任務，優(yōu)化星地寬帶通訊、遙控和目標檢測等多樣化功能。

3.2物聯通信技術

5G通信為艦船通信系統(tǒng)設備連接提供了技術支持，能夠進行智能設備的遠距離操控管理，有效提高了工作人員的日常業(yè)務處理能力。首先，物聯技術能夠幫助艦船通信計算機系統(tǒng)進行集中管理，在計算機網絡體系運行過程中，需要對海量數據進行量化評定，實現對整個計算機系統(tǒng)的動態(tài)感知。這需要考慮到計算機網絡中不同等級、來源、節(jié)點上的信息數據，以及數據之間夾雜其它信息的可能性。在物聯通信技術的應用喜愛，優(yōu)化信息傳播媒介進行信息交換和通信的效率，設置信息交流閾值來完成數據集中管理，完成對數據信息來源的實時鎖定，從而實現艦船通信系統(tǒng)網絡集中化管理[3]。

其次，物聯通信技術能夠幫助艦船通信系統(tǒng)中的網絡故障節(jié)點進行處理，基于5G通信技術的信息安全保障機制，完成對通信系統(tǒng)網絡中的病毒源逆向追蹤。模擬異常節(jié)點檢測方案，需要在方案可行性的基礎上，發(fā)揮物聯技術的優(yōu)勢，實現節(jié)點數據提取優(yōu)勢功能互補，并且在通信系統(tǒng)電流信號靈敏、速動等方面性能上的提高，同一異常節(jié)點檢測系統(tǒng)配備不同測試原理判據成為可能。假定計算機網絡通信范圍內的網絡流量為均值，經過統(tǒng)計后進行異常節(jié)點錯誤數據檢測，依托Matlab軟件進行濾波器系數序列計算，將原始信號通過濾波器組得到各個子帶的輸出序列，完成艦船通信系統(tǒng)故障節(jié)點比對測試。

最后，物聯技術能夠幫助艦船通信系統(tǒng)完善數據傳遞鏈，5G通信技術的支持下，通信系統(tǒng)智能化連接成為可能，其為物聯技術功能應用奠定了良好基礎。物聯技術應用的核心，是傳感器技術與嵌入式技術，就常規(guī)計算機網絡系統(tǒng)而言，大量的用戶數據是其進行數據交流的基礎，這也是物聯技術在計算機網絡中的主要處理方式，通過IP網絡節(jié)點中的信息來搜集云端源數據，完成網絡傳播源定位，在5G終端的幫助下，其流量消耗小于4G模式，艦船通信系統(tǒng)網絡運行建設成本得到管控。

3.3云端協議技術

5G通信技術呈現出的特征為信息數據的共享傳輸，隨著科學技術的發(fā)展，現代通信網絡技術較為成熟。在艦船通信系統(tǒng)中應用5G移動通信技術，能夠借助云端協議技術提高計算機溝通能力，確保艦船通信工作的順利完成，提高計算機通信速度。2017年11月，國家頒布了《推進互聯網協議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動計劃》，標志著我國IPv6發(fā)展革命開始。伴隨著物聯網、LTE等新興業(yè)務的發(fā)展，艦船通信系統(tǒng)中網絡地址短缺的問題逐漸被提上日程。IPv6協議建設與5G網絡是國家互聯網發(fā)展的兩大戰(zhàn)略領域，進行艦船通信系統(tǒng)中5G移動通信技術的IPv6協議關鍵技術研究，符合國家網絡戰(zhàn)略發(fā)展需求。探索其模型架構、協議過渡、檢索緩沖、安全管理等內容，需要同時保持對網絡的控制權和安全性，為構建萬物互聯的智能時代奠定網絡基礎。強化艦船通信系統(tǒng)感知層信息檢索效率，依托云端網絡，實現艦船通信數據的平穩(wěn)傳輸，控制信息處理時間，拓展數據傳輸層，優(yōu)化無線傳輸渠道，為用戶及時提供所需信息。此外，云端協議網絡技術在艦船通信系統(tǒng)中的作用，實現了云端技術的個性化服務，完成集成有線信號向無線網絡信號過度，包括傳感器、艦船操作控制中心的網絡訪問卡設備通訊。云端網絡自身具備優(yōu)秀的聯網服務功能，以及自我發(fā)現的技術應用特點，能夠輕松出入各物聯網節(jié)點，為艦船通信系統(tǒng)中的設備通訊作業(yè)提供便利，進行多樣化電力通信需求的自動化分析，提高艦船通信質量。

3.4系統(tǒng)升級建議

5G移動通信技術的推動作用下，大寬帶成為行業(yè)主流，其根本目的是支撐更高清晰度的視頻業(yè)務。在這種背景下，艦船通信系統(tǒng)原PON+EoC模式的網絡承載能力，已無法滿足業(yè)務發(fā)展需求，需要進行通信系統(tǒng)升級擴容。同軸電纜寬帶接入技術（簡稱為HINOC），是艦船通信系統(tǒng)審計方案中將光纖網絡同艦船通信設備之間進行傳輸解決的有效方案，其在光纖的網絡結構基礎上，完成內部電纜信息網構建。該技術應用優(yōu)點在于不需要對艦船原有電纜線路進行改造，在原有EoC區(qū)域進行HINOC設備疊加，完成艦船通信網絡平滑升級，就能夠完成多種高速數據業(yè)務雙向傳輸工作[4]。

我國信號通信頻率標準中明確規(guī)定，同軸電纜860MHz以下的頻率可用于廣播通信信號傳輸，而860MHz以上的頻率帶并未被使用，將這部分稱為帶外信道。其特質為整個系統(tǒng)在1.2GHz以下的環(huán)境中變化情況并不明顯;在16MHz的寬帶內，頻譜較平;在1.2GHz-1.5GHz區(qū)間內，其衰減速度較大，發(fā)射較長，開發(fā)成本較高。所以，HINOC技術在艦船通信系統(tǒng)工作中的使用頻域為800M-1.5G，并分為多個等頻寬信道。通過對I/Q 不平衡、射頻相位噪音等問題進行處理，使其成為提高系統(tǒng)特性的重要方法之一。在高性能糾錯碼方面，現階段廣電標準場景的幀長相對較長，提高短數據幀業(yè)務能夠有效增強系統(tǒng)糾錯能力。

四、結束語

5G移動通信技術在艦船通信系統(tǒng)中的應用，能夠極大程度上增強艦船通信效率，滿足艦船設備現代通信需求。依托“縱向-橫向”一體化集成發(fā)展模式，強化系統(tǒng)抗干擾能力，優(yōu)化信息傳輸速率，應對未來海上復雜的信息化戰(zhàn)爭要求。在實際發(fā)展過程中，部分通信設備維護成本過高，不適用于大范圍使用環(huán)境，這都是未來艦船通信系統(tǒng)發(fā)展需要攻克的難題。

參? 考? 文? 獻

[1]徐文斌.軟件無線電技術在5G移動通信系統(tǒng)中的應用研究[J].中國新通信，2020，22（11）：22.

[2]邱超，宋艷萍，陶玉剛.基于5G移動通信技術的艦船通信系統(tǒng)探討[J].數字通信世界，2020（05）：267+261.

[3]程飛，章平，陳新泉，等.5G移動通信系統(tǒng)中協作定位技術展望[J].天津理工大學學報，2020，36（02）：45-51.

[4]高翔.5G移動通信技術在城市軌道交通車地無線通信系統(tǒng)中的應用[J].城市軌道交通研究，2018，21（S2）：61-64.