5G通信技术促进军用无人机发展
李兴亚 吴阳 刘凡 毛雨泰 李慧宇 刘鑫

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李兴亚 吴阳 刘凡 毛雨泰 李慧宇 刘鑫,. 5G通信技术促进军用无人机发展[J]. 无线电研究,2023.5. DOI:10.12721/ccn.2023.157048.
摘要:
近年来,军用无人机取得了获得了飞速的发展,不仅具有比较强的隐蔽性和灵活性,同时也具备了高安全性和低成本的特点,能够很好地适用于许多军事领域和作战环境,尤其是在侦查、定位、跟踪、搜救、通信以及军事打击等方面,都能有很好的应用。基于此,本文主要针对5G通信技术促进军用无人机的发展进行了阐述,以供参考。
关键词: 5G通信技术;军用无人机;促进发展
DOI:10.12721/ccn.2023.157048
基金资助:

引言:无人机英文简称为UAV,是一种通过无线遥控装置,通过自主编程来实现对飞行器进行控制的无人驾驶飞行器。UAV具有机动性强,低成本和易部署等特点,在军事领域中的应用场景较多,如集群协作、战场救援搜索、跟踪监测等。而在这种情况下,会产生大量的数据,需要将前线收集到的和检测到的数据通过网络传输,以便能够更好的根据实际情况做出相应的调整,从而更好的进行军事行动。

一、5G通信技术

无线通信技术在过去20载经历了飞速的发展,由语音为主的2G时代,发展到凭借数据的3G和4G时代,时至今日已经步入万物互联的5G时代。5G不仅能解决人与人、人与物、物与物之间的沟通,还将给人类带来万物互联时代。5G既是新的通信网络技术,也是社会发展新的基础设施,人工智能、高清视频、智慧城市、虚拟增强现实、物联网、集群无人机等领域的新技术将与5G融合为新的智能化网络,迎来新的研究热潮[1]。而5G网络技术的主要技术较多,本文仅简单介绍其中代表性较高的智能化技术、同时同频双全工技术、多天线传输技术。智能化技术属于最关键、最重要的5G网络技术之一,5G网络中的云平台技术、大数据技术等均属于其中代表,这类技术能够保证基于5G网络的智能化产品更好服务于使用者,同时在教育、建筑工程、医疗卫生等领域也能够发挥积极作用。同时同频双全工技术同样属于重要的5G网络技术,该技术的应用可实现外界环境因素干扰的降低,更好保证通信质量,发射机干扰信号带来的影响可在该技术支持下降到最低,频谱的使用效率也能够同时提升。但在技术的具体应用中,技术条件制约下同时同频双全工技术仍存在相对局限的应用范围,如何保证该技术更好服务于5G网络性能提升还需要开展更多的理论研究和实践探索。并且,多天线传输技术能够较好服务于5G网络建设的成本控制,通过将该技术引入5G网络建设,即可通过源天线列阵方式的改变减少传输过程中频谱的消耗量,5G网络的基站数量需求降低、覆盖范围的增强、建设成本的下降也能够得到该技术提供的有力支持。

二、5G技术在军用无人机的应用优势

5G通信具有低功耗、高速率、低延迟等显著特点,具有更高的可靠性。通过这些技术的正确应用,可以实现迅速实现空、地之间的信息数据交换,可以提高无人机的自主能力,并顺利推进设备的智能化发展,极大地拓宽无人驾驶飞机的使用范围,进而为未来军事技术的发展提供有力的支持。无人机空域信息通信网络具有更强的三维性质,节点在三维空间内的快速运动将导致网络拓扑结构的频繁变化。因此,在空中通信网的通信协议构建过程中,需要确保模型的可移动性,同时需要解决网络节点在三维空间的精确覆盖问题。5G网络大规模多入多出技术,可以利用相同的频率和时间资源,实现多个位置在空间内的特定需求,实现对多个位置的分割,并有效拓展信号覆盖的纵向维度,使其具有更为理想的空间自由度,从而实现与无人飞行器通信网的3D特性相匹配的立体信号覆盖需求。这样就可以通过三维波束生成,精确地定位到空天通讯网络中的节点。此外,由于军用无人机的应用场合比较多,比如集群协作、跟踪监测等,都要求有一定的传输效率和传输的真实性和可靠性。传统数据传输技术应用效果不佳,无法实现实时传输高频视频,但基于5G技术的数据传导,可轻易满足各种任务要求[2]。同时,通过5G网络切片功能的应用,还可以完成对当前网络资源的合理分类,也可以针对行业需要和特殊需求情况,对网络资源加以整合,从而建立不同逻辑的切片。每个片段之间都是互不干扰的,根据使用者的需求,为使用者提供相应的网络功能和功能。由于无人机在不同的场合中实现时,对时延和带宽等要求有所区别,因此可以利用网络切片的优点,使网络切片技术更适应特殊的行业需要,从而实现对不同行业的差异化应用要求,进而达到有效控制成本,优化网络,合理提升资源效率。

三、5G无人机关键技术

(一)大宽带视频传输技术

大部分型号的无人机,其配置的分辨率都要达到4K-8K,而为了让操作员获取数据信息,并进行后续的一系列操作,必须将拍摄的内容实时传送到服务器端。而这一切,都需要超过100 M的通信网,实现对信息的即时传递。因此,通过对5G网络技术的合理应用,可以利用高阶调制、大规模宽带载波和大规模天线阵列等关键技术,有效减少信息扰动、提高信号质量,从而显著提高了单个的空口传输带宽,满足对数据的实时传输。这些基于用户的无边界网络结构,将能从核心网端为设备应用提供高性能数据传输支持,为无人机使用和信息的收集提供更有力的保证。

(二)控制信号传输技术

无人机运行对端到端信息传递的要求很高,为了确保无人机运行的准确性,必须使用控制器来确保对运行的无人机进行实时的控制功能,并将信息传递时延的控制在20 ms以内。所以,在5G新空口技术复制的大背景下,在系统中设置了上下行免调整、前置导频和迷你帧结构等机制,从而有效地解决了新空口传输的时延问题,并更有效地控制了传输时间和反馈,进而更有效地减少了重传和反馈的时间[3]

(三)应用优化技术

为了适当地改进无人机应用或者控制数据传输时延,确保无人机应用的智能化程度,可以利用5GMEC技术,在网络边缘进行了无人机应用服务器的安装。它在服务器的帮助下,能够对无人机的所有数据资源实现智能利用,并以此实现有效地降低了服务时延,保证无人机使用的体验效率的目的。

结论:综上所述,5G具有比较明显的快速、稳定、安全的网络传输特征,它的应用与发展与军用无人机之间存在着一定的关联,两者可以互相促进,互相提升。因此,对于军用无人机今后的发展,还需要对5G通信技术有更加清晰的认识,并在实践中不断地改进和增强。 

参考文献:

[1]杨怀宇.5G通信技术促进军用无人机发展[J].网络安全技术与应用,2020(12):92-93.

[2]孙海波.5G通信技术促进军用无人机发展探究[J].中国信息化,2020(07):70-71.

[3]卞颖颖.5G通信技术促进军用无人机发展[J].军事文摘,2019(07):20-23.

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