凭借其低延迟、高数据速率、更高的可靠性以及移动性支持,5G技术为军事行动等专业场景提供了变革性的解决方案。本文介绍了一个北约5G测试平台,该平台被设计为一个模块化、适应性强的平台,用以探索关键赋能技术,如集成接入与回传(IAB)、侧链路(Sidelink)通信和动态频谱共享(DSS),这些技术与军事通信需求相符,能够在战场上实现更复杂的场景。所提出的测试平台允许在相关军事场景中实施、测试和验证这些技术,以应对频谱稀缺、基础设施灵活性以及安全的高移动性通信等挑战。它包含一个利用开源框架(如OpenAirInterface (OAI))的可定制架构,涵盖软件和硬件配置,包括用于现场测试的便携式部署。本文提供了该测试平台设置的技术概览,并讨论了IAB、侧链路和DSS功能的实施情况及初步结果。这些结果凸显了这些技术在提高战术通信作战效率方面的潜力。
在文献[1]中,作者确定了一系列场景,为军事通信界的多项研究设定了基线。本文不仅客观分析了5G在军事应用中可能被利用的优先/可能场景,还支撑了一些使军事应用区别于任何商业应用的关键场景特征。特别是对于涉及移动性和动态条件的场景——海上或陆地战术通信——5G的能力被推向其当前技术水平的极限。最值得注意的是,集成接入与回传(IAB)和侧链路技术激发了军事界的热情,因为它们承诺为军事应用相关的基础设施和移动用户提供一定程度的灵活性/移动性。然而,与第三代合作伙伴计划(3GPP)开发的许多其他特性一样,消费市场并未接受其价值,因此IAB和侧链路在商业上仍未广泛可用。尽管如此,军事通信界有兴趣了解这些赋能技术的潜力并评估可行的技术概念。
在另一个关注领域,对无线电依赖系统日益增长的需求挤占了军事本已稀缺的可用射频(RF)频谱。这促使军方研究动态频谱管理(DSM)方法[2]。这一动机,加上开放无线接入网(Open RAN)实现动态频谱共享(DSS)的潜力[3],为军方创造了一个机会,使其能够在复杂的频谱共享场景中使用5G技术并从中获益。随着5G技术为军方开辟新天地,5G技术概念需要在相关环境中进行验证,以便军事利益相关者认识到其价值。由于符合IAB和侧链路标准的设备以及基于Open RAN的DSS应用并非现成可用,本文提出了一个5G测试平台,能够支持这些技术的开发、测试和实验。本文通过概述使用5G测试平台来验证军事和技术概念,并为IAB、侧链路和DSS特性提供了实施计划,做出了原创性的科学贡献。
本文组织结构如下:第二部分描述了5G测试平台的设计与实现,重点介绍其硬件和软件组件以及不同的部署选项。第三部分深入探讨IAB,包括其架构、军事相关性以及使用测试平台的初步实现。第四部分探索侧链路技术,其在军事场景中的应用及其在测试平台内的部署。第五部分分析DSS,探讨其军事意义、架构和实现。第六部分讨论了IAB、侧链路和DSS特性的结果,并概述了未来的开发步骤。最后,第七部分给出结论和结束语。
北约5G测试平台已发展成为一个开放且可定制的平台,能够加速5G的研究、开发和测试活动。它由四台计算机和四个通用软件无线电外设(USRP)B210组成,支持不同类型的5G网络部署。最初,该测试平台是一个庞大且功能强大的实验室配置。然而,对便携式且可用于现场部署的需求日益增长,从而开发出功能稍弱但更便携的解决方案,如图1所示。
作为初步设计决策,北约5G测试平台构建时选择了支持开放空中接口(OAI)框架[4]。OAI框架是一个开源解决方案,提供独立的(SA)Open RAN 5G网络。OAI社区和机构支持使其成为一个不断发展且灵活的5G解决方案。团队评估认为该框架适合在现有基线之上构建新的附加功能。尽管如此,该测试平台也支持基于所提议硬件架构的其他框架,例如结合Open5GS核心网的srsRAN。