基于5G 移动通信技术的舰船通信系统探讨

邱 超，宋艳萍，陶玉刚

（中国船舶重工集团公司第七二二研究所，武汉 430205）

0 引言

舰船通信系统是现代海军指挥系统的神经。新一代舰船通信系统须充分考虑舰船通信作战使用特点，重视舰船上层结构和通信系统新技术的发展要求。5G 移动通信技术的应用将极大提升舰船通信网络平均吞吐量、传输数据和交互式业务，更适合于多用户、多天线、多平台协同作战网络的建立。

1 舰船通信系统特点分析

舰船通信系统发展方向为“纵向－横向”一体化集成，发展目标为构建扁平化的一体化舰船通信系统。综合来看，有如下四大特点。

（1）通信方式齐全，设备繁多。舰船上通信设备成百上千种，信息量巨大的有线、无线等多种通信方式。通信系统之间实时、保密、准确地相互传送信息至关重要，且须具备陆、海、空、天、潜全方位立体通信的能力。

（2）全时不间断高速信息处理能力。未来战争形态正向无形、无人、无声的一体化联合作战发展，各方都是基于信息系统的跨机构、跨域和跨国联合战争，信息就是战斗力，信息处理的质量和速度直接决定战争胜负。

（3）多网络联合通信，信息集成度高。基于信息融合技术和无线协同通信技术构建的智能联合作战网，使信息能够在指挥中心与陆、海、空、天、潜等各作战平台、作战群、作战域间及时有效地传送，提高战场联合作战能力。

（4）全频段、高可靠性通信。军事通信网几乎使用了全部频段，为使舰船平台在军事通信网系中达成互联互通，舰船均具备与军事通信网相匹配的“全频段”通信能力，且通信要“连得通、通得好”。

2 5G 移动通信关键技术

5G 网络主要包括网络部署场景、接入网、核心网。综合发展趋势来看，5G 移动通信关键技术有如下五个方面。

（1）高频段传输技术。传统的移动通信工作频段普遍采用3GHz 以下的频段波，5G 移动通信网络技术能实现极高速短距离通信，充分利用高频段波，科学规划和统筹兼顾各频段，最优配置频谱资源，有效缓解频谱资源紧张现状。

（2）多天线传输技术。多天线传输技术是运用基站的多个天线独立发送-接收信息并能够完整复原信息，通过大规模的天线阵列波束控制，能达到传输信号最佳接受效果，实现信号接受强度的大幅度提高。

（3）同时同频全双工技术。不管是分时还是分频工作模式，工作效率依然存在着很大的限制。同时同频全双工技术，在相同的频谱上，信息的接收和发送工作可以同时进行，这就大大提高了移动通信的信号传输效率。

（4）蜂窝通信技术。该项技术的最大优势是它可以无需借助基站的转接直接连接通信终端，实现通信信号的短距离直接传输。还可以通过广泛分布的基站优化网络覆盖，支持更灵活的网络架构和连接方法，高效地利用频谱资源。

（5）新型网络架构技术。5G 通信网络的演进需要新型网络架构，5G 发展需求要求网络架构更加扁平化、内容分发更快捷、网络编排更灵活、资源管理更高效、网络体系更安全。新技术的引入促进了网络架构的重新设计。

3 基于5G 移动通信技术的舰船通信系统

3.1 系统组网架构

基于5G 的舰船通信系统将是采用软件定义网络（简称SDN）、网络功能虚拟化（简称NFV）和云计算的更加灵活、智能、高效和开放的网络系统，该系统架构包括接入云、控制云、转发云三个域。如图1所示。

图1 系统组网架构图

3.2 系统实现关键技术

（1）SDN 技术。SDN 是连接控制云和和转发云的核心网络，SDN 采用软件集中控制、网络开放的三层架构，高效调度全网资源，提升网络虚拟化能力。

（2）NFV 技术。NFV 是基于通用的计算、存储、网络设备，通过动态灵活的部署，实现软件和硬件解耦后的各自独立，强化网元的编排功能，提升管理和维护效率，增强灵活性。其网络架构如图2所示。

图2 NFV网络架构

（3）网络切片（NS）技术。NS 是基于SDN 和NFV 技术，将一张物理网络分割成多个逻辑相互独立的虚拟网，每个虚拟网面向不同的应用场景。避免了一个服务需要建设一个专用的物理网络，能够大大节省硬件投入成本。

（4）MEC 技术。MEC 主要是在无线侧提供用户所需的服务和云端计算功能的网络架构，能使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的前端服务，从而降低了网络时延，可提供超低时延、超高宽带、实用性强等高质量网络体验。

3.3 网络实施建议

5G 独立组网从时间上大体分为两个阶段，如图3 所示。2018-2020年为电信云建设阶段，完成数据中心组网、NFV 系统集成以及5G 概念和组网验证，保证5G 达到规模组网的功能要求；2020年以后为核心网融合部署阶段，利用云平台灵活部署和快速迭代优势，持续性的上线新功能和新业务，促进4G/5G 融合。

图3 组网推进思路

4 结束语

舰船通信系统发展方向为“纵向－横向”一体化集成发展，随着5G 通信技术的不断突破和应用，能加速建成抗干扰性强、信息传输速率高、自动化水平高的现代舰船通信系统，以应对信息量巨大、海上环境复杂的未来信息化战争要求。