“5G+”在军用无人机系统中的运用前景

管鑫 郭庆

空军工程大学装备管理与无人机工程学院

前言：2018年12月，美国国际战略研究中心发布《5g技术将重塑创新与安全环境》报告。报告将当前国际5g通信竞争从技术层面提升到国家战略层面，认为这关系到国家安全。基于类似的前提，世界上许多国家已经提前部署了5g网络。2018年9月，无人机制造公司AeroVironment宣布成立合资公司hapsmabile与日本软银合作，将平流层无人机发展为5g空中基地站，空中环境与美国国防部紧密合作，占美国国防部无人机订单的86%以上。该项目可作为5G技术与无人机结合的初步探索，为5G在军用无人机领域的应用奠定基础。

一、5G网络能力

5g是新一代数字蜂窝网络技术。它采用超高频（3-30ghz）频段进行通信，实现更高速的数据传输。与4G相比，5g在通信技术标准的核心性能指标上有较大提高。

根据imt-2020的要求，5g的峰值数据传输速率有望高达20G比特/秒，比现有的4G LTE技术提高了100倍，能够实现超高清视频的实时传输；此外，5g交换和QoS最高速率达到500km/h，这意味着5g将能够满足高速移动对象（高速铁路、飞机等）之间的通信；在响应速度方面，5g的网络延迟小于1毫秒，在能效方面能够满足低延迟容忍的应用场景需求，5g收发器单位能耗相比4G，不会消耗更多能源。

5g通信网络具有高速、高可靠性、低延迟、低功耗等特点，并采用了一些独特的技术，使其能够实现军用无人机的快速空地通信，满足无人机多样化的业务需求，提高自主性，加快无人机装备的智能化演进，大大扩展了无人机的应用场景，在未来战争中发挥着重要的推动作用。

此外，军用无人机的应用场景还包括战场救援搜索、跟踪监控、中继通信、导航、集群协作等，这些任务对网络响应时间、可靠性、传输速率等都有不同的要求，如集群协作、自动飞行、导航等，需要传输高清视频、高数据速率、低延迟，而不是高清晰度的跟踪、搜索等场景可以容忍高延迟，需要一定的传输速率。

现有的4G网络时延一般在30-70ms之间，难以满足自动飞行、集群协作等无人机时延敏感业务的需要，其数据传输速率也无法满足导航等需要实时传输高清视频的场景的需要，而5g网络响应速度小于1ms，峰值传输速率高达20gbit/s，可以轻松满足上述任务要求。此外，5g通信采用网络切片技术，根据具体功能或业务需求对现有网络资源进行分割，形成不同的逻辑网络切片。每个网段互不干扰，可以为用户提供特定的网络能力和网络特性。

使用5g技术后，将突破无人机集群技术，实现大规模协同作战。2018年1月，美国国防部高级研究计划局在匹兹堡卡内基梅隆大学赞助成立了conix。其研究目标之一是借助边缘智能为大规模协同无人机集群提供按需实时感知信息，支持无人机在快速发展的战术环境中协同作战。由于无人机集群协作的时延需要控制在1毫秒左右，网络响应速度一直是这项技术需要解决的难题之一。因此，现有的无人机集群大多是小规模编队，缺乏大规模集群节点之间的信息交换能力。5g端到端通信延迟小于1毫秒，足以支持无人机大规模集群合作。未来，随着5g通信网络覆盖范围的逐步提高，无人机集群的自主性将进一步提高，完成更加复杂的作战任务，甚至刷新空中战场形态。

二、5G之于军用无人机的挑战

虽然5g技术在军用无人机上有着巨大的应用前景，但在成熟运用前仍有许多痛点。一是覆盖面小。军用无人机由于其侦察、搜救、攻击等目的，不可避免地要在基站稀少的边远地区执行任务。与4G相比，5g具有较短的传输距离和较弱的信号覆盖范围，使得无人机更容易面临5g有用信号过差的问题。其次，5g网络规划难度较大。Gmassive MIMO增加了一个垂直维度，有利于建立无人机的三维空中通信网络，同时也意味着无人机的网络规划将变得更加复杂。同时，5g网络的密度高于4G通信基站，增加了传输节点的数量，大大提高了网络的复杂度，增加了运营维护的负担。

三、未来展望

目前，5g通信技术尚未完全成熟，军用无人机的应用仍有相当大的发展空间。它需要多方的全面合作和持续投入，突破几个技术难题后才能最终落地。然而，随着5g技术的发展，“万物互联”将逐渐成为现实。除军用无人机外，其他武器装备均将具备5g通信能力，会进一步促进战场信息终端和平台互联互通，形成覆盖天空的信息网络，实现战场高度一体化控制。同时，5g将进一步与人工智能技术融合，加快军队智能化建设，大幅提升空军力量，形成新型智能军事系统，使未来作战模式发生巨大变化，达到现在难以想象的程度。