5G技术对信息化联合作战的影响

陈立 谢汶晋 彭思勇 邹君华 于海成

党的十九大报告中提出,要提高我军基于网络信息体系的联合作战能力[1].信息化条件下联合作战强调把武器装备和各军兵种作战力量通过信息网络连接成作战体系,将单兵战斗转化为整体作战优势.基于信息网络系统,诸军兵种作战力量与各作战单元、作战要素综合集成、无缝链接,形成网络化、实时化和一体化的联合作战力量体系,最终实现实时指挥、态势共享、体系对抗和联合制胜.随着第五代无线通信网络(5th-Generation,5G)技术[2]不断取得突破性进展,2020年5月20日美军首次公开发布的5G 战略性指导文件《美国国防部5G 战略》,提出了5G 赋能的作战概念,即5G 能力部署为创造军事优势和增强军队战斗力服务.5G 技术以“5G+”的形式智联万物,实现全维域的“泛在连接”,也将对信息化联合作战产生深刻的影响和改变.

本文通过分析5G 技术的主要特点,从联合向战术层级延伸、同步实时感知战场态势、信息传输更加快速稳定、集群作战能力得以提高、支援保障远程精确高效等方面,研究了5G 技术的出现对信息化联合作战的影响[3],并就5G 技术对我军未来建设发展问题进行了启发思考.

1 5G 技术主要特点分析

5G 技术作为战略能力,具有万物互联、安全重构的变革性特征优势,旨在提高数据速率,减少传输延时,增大系统容量[4].

1.1 毫米波(Millimeter Waves)

无线通信的最大信号带宽约为载波频率的5%,5G 技术采用的毫米波频段能有效满足高动态移动通信的联网需求,极大地提升数据传输速率,平均传输速度可达到1 Gb/s,峰值可达到20 Gb/s[5].

1.2 小基站(Small Cells)

针对毫米波存在大气衰减,绕射能力弱的特点,5G 通信系统使用大量的小基站以分布异构网络方式部署,提高通信传输距离,切片保障通信连接的稳定,大幅提高频率重复利用率,有效节省频段资源,实现战场分布式、网络化、集群化作战力量灵活机动部署.

1.3 波束成形技术(Beamforming)

波束成形技术中,基站配合大规模天线列阵自动调整发射信号相位,在接收端产生电磁波叠加效应,提高信号接收的强度.在空间上有效分离不同用户间的电磁波,避免大规模天线、多覆盖层次信号之间的交汇干扰,提高频带效率,使得高速高效处理信息成为可能,为时延要求极高的技术运用提供支撑.

目前,5G 技术其动态频谱共享、频段双向共享、容量扩增、抗干扰及数据压缩和高速传输能力,可使人工智能、云计算等新兴派生技术通过无线连接充分发挥潜力[6].5G 技术军用化的实现将是军事领域最宝贵的资产之一,战场态势综合感知和指挥控制能力都会得到增强,使目标探测、识别跟踪、信息收集、指挥通信、火力控制、精确打击、战场防护、机动作战、毁伤评估等作战行动更加灵敏高效.

2 5G 技术对信息化联合作战的主要影响

根据作战需求与5G 技术衔接,按照“作战平台+5G 通信网络+指挥控制”的总体架构和模式,重新设计网络和作战体系[7].

2.1 联合向战术层级延伸

营连作为最基本的战斗单元,在未来联合作战中以主要作战力量的角色融入联合作战体系将是发展的趋势,但如果没有信息平台的支撑,战斗作战单元将难以高效地在联合作战体系中发挥重要作用.美陆军在2010年开始研发WIN-T“增量”作战概念[8],通过在营连级战术单元构建移动卫星通信网络体系架构,满足了一线部队对战术网络的需求,实现了对战术单元的近实时指挥控制,进一步加强了军种作战能力[9].依托信息网络系统,以5G 技术为支撑,网链一体、融合互补,将联合作战数据链或嵌入式终端模块按需分发,作战人员将以海量的数据而得到赋能.陆、海、空、天、电磁和网络等多域战场内单元之间的互联、互通、互操作和全域信息共享,实现不同作战单元察、控、打、评等多样化作战能力,即使是战术层级也可达成战略效果.

2.2 战场态势感知趋于同步

海湾战争以来,非对称性高科技技术,瞬息万变的战场环境对战场感知提出了更为迫切的要求,同时战场感知手段、客体、空间和模式等都产生了翻天覆地的逆转,尤其是空、天、网、电等作战维度中涌现出许多全新的感知客体,促使战场感知活动日趋复杂、感知对抗深入激烈,实时甚至超前感知的重要性逐渐凸显.感知的维度、质量和时效性等将直接关联到战场各作战单元能否科学正确判断战场态势,为谋取决策优势和行动优势提供支持.

各作战要素部署在哪里,属于哪个军种已不再重要,5G 技术的高速率和低延时性,可以使广泛分布于多维战场空间内的各种侦察、感知、监视和情报武器平台,实现战场态势的一点发现、全网知晓和快速反应、实时攻击.特别是低延时性与战场空间内分布式预置作战平台的高度耦合,将按照作战效能最大化原则缩短战场观察-调整-决策-行动(Observe,Orient,Decide,Act,OODA)循环时间,使得远程实时攻击行动不再遥远.5G 军事网络信息体系[10]与人工智能等新兴派生技术的深度融合,将使战场感知更为精准、感知范围更加宽阔、指挥控制更加稳固,战场可视化程度极大提升.

2.3 信息传输更加快速稳定

信息化联合作战,从某种意义来讲是时间上的分秒必争,在规模和时间上体现了小规模、速战速决的特点.谁能快速获取和传输战场信息,准确判断形势,定下作战决心,对敌全纵深开展快速突击,谁就能有效缩短OODA 周期.美国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)曾经开发的“100G 射频骨干网”“毫米波通信与频率收发模块”等项目,高速双向通信速率达100 Gb/s,比Link-16 提高了4 个数量级.采用5G 技术的网络信息体系,其渗透性、交互性和共享性等优势能使作战数据同步实时源源不断地传输至战场全域、全维的作战指挥单元,又能将科学运筹的指挥决策第一时间快速传输至战场前线,战场“神经中枢”当之无愧.

5G 支持的帧结构更精短、信令流程更精简,无线网络速度可达到4G 网络的100 倍以上,能量效费比更低,可为战场提供从前沿到纵深、指挥机构到单兵、地海到空天的万物互联,实时跨域融合技术,能够将联合作战网络全方位体系覆盖.各类传感器、移动终端可直接通过5G 通信网络进行数据加密通信,为联合作战提供覆盖范围广、传输速率高、兼容属性强、保密性能好的空天地一体化通信备份手段,实现战场信息保障力量运用效能最大化.

2.4 集群作战能力得以提高

集群作战作为一种全新的作战样式,通过能力互补,协同配合和协调行动,达到整体作战效能提升的效果,主要体现在无人机集群、有人机/无人机协同集群作战[11].2018年,DARPA 建立了网络基础设施计算中心,其中一个重要目的是依托5G 技术实现大规模无人机集群协同作战[12].基于平台之间的感知交互、信息传输,大规模集群的共识主动性和涌现机制,表现出高度结构化的组织特性和显著的集群智能行为,具有计算简洁,鲁棒性好等诸多优势.信息传输时延是影响集群作战能力提高的重要因素,如果指令信息的时延不能控制在毫秒级,那么集群之间的协同效果将大打折扣.利用5G 小基站网络切片技术可加强对集群系统的指挥控制,一是最大限度地解决智能云端与边缘通信的数据延迟,实现智能云端边缘赋能,提高自主作战能力;二是保证了大规模集群节点之间的实时信息交互,提高无人机集群、人机协同集群之间的协同作战能力.5G 技术的“泛在连接”为“蜂群”“鱼群”“雁群”“蚁群”等无人平台的互联通、互操作,提高系统规模化、自主化、网络化、协同化能力提供了有效支撑.

2.5 支援保障更为远程精确

保障行动是赢得联合作战胜利的重要支撑,5G通信网络下的信息化联合作战保障行动更加远程、精确、高效.通过高清视频、话音、图像等方式,可使远离战场前线的后方保障机构、人员实时指导前方受伤兵员和受损装备的救护及抢修,提高战场一线单兵、作战装备和战斗分队的战场生存,自我保障能力,保障的时效性和自主性大大增强.5G 技术无人化装备[13]还可应用于执行战场危险程度较高的任务,从而降低战场兵员伤亡.

5G 指挥信息系统,可进一步加强作战单元和后装保障力量之间的协同调度,即作战单元及时通报战场情况,快速准确提供保障需求信息,后装支援保障单元根据保障需求情况和指挥员要求,第一时间转换保障方向,调控保障力量,使后装保障行动的重点更加凸显,支援直达末端,提高作战效率.

3 5G 技术对我军建设发展的启示

3.1 深化5G 技术军事化运用研究

虽然5G 技术尚未完全成熟,但对战争的推进将不以主观意志为转移,目前已渗透到军事通信,军事物联网,武器装备建设及智能化作战等诸多领域,运用前景十分广阔.因此,要密切关注、积极应对国内外5G 技术发展对战争的影响,在准确把握5G 技术发展脉络的基础上,以前瞻的视野探寻深化5G 技术在军事作战领域的运用研究,加速形成独具我军特色的5G 技术军事化运用理论体系[14].

3.2 发展基于5G 技术的武器装备

要紧紧围绕未来军队使命任务,以作战需求为牵引,以军民融合为手段,以5G 技术运用为主要途径,科学论证5G 技术装备体系[15]发展路线图.各军兵种以5G 核心技术升级改造现有武器装备,发展运用5G+新型装备,从单元、平台、系统到体系集成运用5G 技术[16],达成武器装备纵向一体、横向联通、体系耦合,推动战场智能万物互联尽快实现.

3.3 开发5G 技术新作战概念

5G 时代带来的不仅是技术的发展与运用,战争作战样式和制胜途径的改变,新作战概念也会随之形成.5G 技术背景下新作战概念开发的是创新作战设计、作战理论等核心内容,从战争制胜机理入手,研究5G 技术发展对未来作战样式变化、作战力量运用的深层影响,提出相应的核心作战概念、作战构想[17]等,为深入运用5G 技术开展备战打仗提供方法指导.

4 结论

随着各军事大国竞争日益激烈,新作战概念及军事智能在决定未来战争胜负方面将体现出愈加重要的地位.本文深入分析了5G 技术的主要特点,从联合向战术层级延伸、同步实时感知战场态势、信息传输更加快速稳定、集群作战能力得以提高、支援保障远程精确高效等方面,阐述了5G 技术的出现将从战略层面改变未来战争的作战方式,对信息化联合作战理念、组织形态、装备体系等产生深远影响,在我军建设发展中需要深化5G 技术军事化运用研究,发展基于5G 技术的武器装备,开发5G 技术新作战概念.