美国海军5G技术的应用研究进展分析

朱 炜 崔 蕾 周智伟

1.海装广州局驻重庆地区第一军事代表室；2.中国船舶集团有限公司第七一四研究所

5G技术具有大规模连接、大宽带、高可靠、低时延等优势，在自动驾驶、指挥控制、物流仓储、后勤维保、情报监视与侦察等军事领域具有巨大的应用潜力，受到美军高度关注。在国防部指导下，美国海军大力开展5G技术军事应用探索，挖掘技术价值。2022年5月3日，美国海军信息战系统司令部负责筹建的“5G智能仓库”交付使用，标志着美国国防部5G试点项目、海军5G技术应用研究取得重大突破。

一、美国海军5G技术应用研究现状

美国海军在《国防部5G战略》《5G战略实施计划》等文件指导下，积极参与国防部5G技术项目，围绕智能仓库、边缘计算、网络接入、物流跟踪等领域布局应用研究项目，并探索5G技术在海战自主与无人系统、指挥控制、情报监视与侦察等领域的应用。

1. 演示5G技术在仓储环节的应用

为验证5G技术的军用价值，逐步扩大该技术的军用范围，2019年11月，美国国防部围绕动态频谱共享测试平台、增强/虚拟现实训练、智能仓库三大方面征询有关5G技术大规模实验和原型设计方案。2020年10月，美国国防部宣布为5个军事基地的5G技术测试项目拨付6亿美元，其中包括乔治亚州奥尔巴尼海军陆战队后勤基地、加利福尼亚州圣地亚哥科罗纳多海军基地的5G智能仓库项目。

奥尔巴尼海军陆战队后勤基地5G智能仓库重点关注如何利用5G技术提高仓库运作效率，具体内容包括实现仓库的数字化与自动化，构建自动系统、增强/虚拟现实系统、机器视觉系统等，实现海军后勤系统一体化。2021年7月，美国海军举行了为期2天的技术演示，展示了5G技术如何提高物资接收、储存、发放、库存统计、审计效率。2022年8月，美国海军再次进行该仓库5G技术演示，展示了非公用共享频谱的独立组网与非独立组网方案，以及物流、仓储解决方案，包括自主机器人、高密度机器人存储系统、基于微软D365软件的仓库管理系统以及光学字符识别功能，还演示了弹性分布式定位网络和分布式相干多输入多输出技术。

科罗纳多海军基地5G智能仓库重点关注海军岸上设施和海军部队间的物资运输，具体内容包括研发使用5G技术的自动叉车或其他用于拾取和物资运输的车辆技术、自动机器视觉或增强现实系统等，如图1所示。2022年2月，美国电话电报公司（AT&T）演示了5G网络解决方案，其5G核心无线访问网络（RAN）达到了4Gbit/s以上的传输速度，以及小于10ms的延迟。2022年5月，科罗纳多海军基地5G职能仓库举行落成仪式并移交使用。2022年11月，该基地启用了2台模块化垂直升降机，用于提高库存物资运转速度。

图1 科罗纳多海军基地5G智能仓库

2. 探索5G和边缘计算技术的结合

2021年9月，为探索和开发基于5G和边缘计算的海事解决方案，美国海军研究生院与AT&T公司达成一项为期3年的合作研发协议，计划开发基于5G和边缘计算的海上应用程序，实现有人船和无人船的相互连接。2022年8月，美国海军研究生院在加利福尼亚州蒙特雷的海滨设施举行海上安全5G节点剪彩仪式，该节点使用了AT&T公司研制的5G天线。5G和边缘计算的结合将产生先进技术解决方案，如无人驾驶和自动驾驶汽车的连接系统，以及改善多域态势感知、指挥和控制、培训、物流、预测性维护和数据分析的技术。

3. 验证5G新型空中接口

2020年6月，在第一批5G技术试点项目基本确定后，美国国防部公布了新一批5G技术测试和实验地点，其中海军和海军陆战队各承担1项网络接入项目，分别是诺福克海军航空站岸－舰连接、海军陆战队彭德尔顿大本营前进作战基地－战术作战中心连接。

诺福克海军航空站岸－舰连接项目旨在开发一个使用5G技术的试验台，利用商用码头和船上5G基础设施实现舰船与码头和舰船之间的内部数据通信，以提高舰船在码头维护、补给的效率，如图2所示。项目重点验证5G技术在码头运营的应用，包括维护、补给和使用5G技术进行舰船与岸上网关的无线连接。该项目于2022年2月完成初步设计评审。

图2 诺福克海军航空站设施

海军陆战队彭德尔顿大本营前进作战基地－战术作战中心连接项目旨在建造“基于开放系统的可互用、可重构基础设施解决方案”（OSIRIS）的5G测试平台，验证车辆、传感器、用户设备和其他终端通过5G技术接入网络的能力。2022年2月，海军陆战队授予洛克希德·马丁公司、英特尔、DISH无线等5家公司合同，用于5G测试平台研制。

4. 演示5G在运输、配送环节的应用

“补给设备5G识别”（5GISE）系统是美国海军空战中心分部研发的先进后勤跟踪系统，该系统使用全球定位系统跟踪器、射频识别标签、5G网络、移动设备和定制软件，实现对加油车、牵引车、设备、飞机等资产的定位、跟踪、显示等功能，以大幅提升海军机场、航母甲板上士兵调配物资的效率，提高战备状态。2022年1月，美国海军空战中心飞机分部快速原型设计、实验、演示办公室与大西洋战斗机联队、海军空战中心飞机分部莱克赫斯特数字部门、思科系统公司共同对5GISE系统进行了测试，验证了5GISE系统可在5G骨干网上运行。

5. 探索5G在自主与无人系统、指挥控制领域的应用

在自主与无人系统方面，2021年7月，美国海军陆战队部署新一代通信和灾难响应车原型“战术人道主义行动响应车”（THOR）。这是第一款应用5G技术的灾难响应和指挥中心车原型，可在任何环境下的任何网络中运行。2022年7月，美国海军南加州科技桥办公室测试了THOR的改进项目“电动战术人道主义行动响应车”（eTHOR），旨在用电动自动驾驶汽车搭载5G基站，为前沿基地作战的机器人、无人系统、船只等提供5G专网。

在指挥控制方面，2022年4月，海军首席数字创新官迈克尔·加尔布雷斯透露，海军正在积极研究5G、物联网、数据收集如何与海军主要网络“互动”，并利用“对位压制工程”项目提供的通信能力，消除军种间的通信障碍。

二、5G技术对美国海军作战的影响

未来，美国海军5G技术成熟并广泛应用后，将大幅提升海军的情报监视侦察能力、后勤维保效率，从而增强海军的作战能力。

1. 改善战术前沿态势感知能力

在5G大容量、高速率通信技术的辅助下，美国海军战术前沿部队可建立局部通信网络，接入部署的无人侦察系统、低功耗长续航固定式传感器等，与战术边缘计算设备组网，利用机器学习、人工智能等新兴技术在战术前沿地区即时处理态势感知信息，降低对后方数据中心的依赖，改善态势感知的同时提高战场应变能力。

2. 奠定海洋物联网应用基础

军事物联网利用大量提前部署的低功耗、低成本传感器完成早期情报收集与持续监视，海洋物联网概念则是军事物联网在海战领域的应用。这些大量部署的水面/水下传感器可与低功耗、小型化的5G通信基站组成传感器网络，定期与通信卫星或来访的无人系统连接，传输情报监视数据。这些传感器平时可用于采集对手装备的各种数据、水文气象等战场信息，在战时可监视对手的动向。

3. 提高海军后勤、维保与补给效率

海军作战领域覆盖海上、水下、空中、滩涂、网络与电磁，装备种类繁多、数量庞大。海军的后勤、维保与补给成为制约海军战力发挥的重要因素。利用5G通信技术，海军可大幅改善后勤、维保的物资、财务管理能力，提高中转效率，将后勤物资、维保设备与零件尽快运送到所需部门。此外，利用5G通信技术，美国海军可在本土与海外基地大量部署自主补给机器人，提高油料、食品、弹药等物资装载补给的速度，缩短任务执行的中断时间，提高执勤率。

三、几点启示

1. 通信技术是现代军队作战的基础，需要提前谋划

虽然美军高度重视5G技术，美国海军也在大力推进5G的军事应用，但美军在5G方面的领先优势并不明显，主要是早期美军并未重视5G技术。一方面，美军现有通信体系比较完善，5G技术只是作为补充出现，并未颠覆现有通信技术。另一方面，民用领域的5G技术占用频率与美军部分军用装备冲突，而频谱共享政策和技术未能得到发展。由此可见，提前谋划通信技术、编制相应的政策法规、预留频率资源非常重要。

2. 军事通信技术的发展需要自顶而下推动

通信技术是数据和信息传输的基础，发展和部署军用通信技术需要自顶而下推进。美国国防部制定了美军的5G发展战略和具体实施计划，并选择了智能仓库、通信接入等试点项目，意在统一5G技术标准，降低5G军事应用的复杂度。而各军种开展的虚拟和增强现实培训、边缘计算、指控等5G应用，可为国防部进一步推动5G应用提供参考。

3. 后5G、6G技术军用发展需要持续关注

美国国防部已经启动了后5G技术研究，旨在通过与其他政府科技机构合作，重新获得无线通信技术优势地位，如6G或更高标准。世界主要国家也都开展了6G技术的预研，意图抢占先机。持续关注后5G、6G技术的发展，积极参与相关标准、规范的制定，及时谋划相关技术的军事应用，对缩短我军通信技术研发到军事应用的周期至关重要。