《多跳战术网络中 5G 及其他侧链路通信的作用》

这项研究探讨了 5G 及以后的侧向链路 (SL) 通信在支持多跳战术网络方面的潜力。首先提供了 3GPP SL 标准化活动的技术和历史概述，然后考虑了战术网络中当前问题的应用。考虑了一些多跳路由技术，预计这些技术对支持 SL 的多跳战术网络很有意义，并研究了对网络仿真有用的开源工具。最后，我们讨论了 5G SL 支持的战术通信可能感兴趣的相关研究方向，即射频传感和定位的集成，以及新兴的机器学习工具（如联邦学习和分布式学习），它们可能对战术应用中出现的资源分配和路由问题具有重大意义。最后，总结了 5G SL 文献的最新进展，并为未来研究提供了指导。

图 1. 5G Sidelink 的战术应用示意图。

战术网络旨在支持时间敏感的指挥和控制行动[1]。这些网络必须在没有传统网络基础设施、数据必须在大型网络中快速传播的环境中，智能地利用各种通信、传感和计算设备与技术。这种网络的目标是在恶劣的运行环境中实现类似互联网的能力[2]。

由于在战术应用中，网络拓扑和运行条件预计会迅速变化，因此部署在战术网络边缘的系统必须对网络变化具有鲁棒性。战术网络通常以城域网为基础，旨在通过不可靠的无线电链路促进可靠通信。然而，由于战术行动的多样性、使用设备的广泛性以及网络的规模等因素，城域网的实施必然伴随着许多实际挑战[2]。

人们对在军事网络中利用 5G 标准化通信能力非常感兴趣 [3]，[4]。通信技术的标准化发展有望极大地简化战术网络的实施，而战术网络通常使用的是过时的技术。此外，5G 技术还能大大提高军事行动的互操作性，因为应用通常涉及多种传感和通信协议，这些协议可能具有高性能，但却互不兼容。然而，在军事行动中部署 5G 的一个限制因素是战场环境中缺乏网络基础设施。针对这一不足提出的一个解决方案是，在军事行动中使用经过特别改装、大小适中的 5G 基站。与这些小型混合基站同时使用的另一种解决方案是使用设备到设备的直接通信或 “侧链”（SL）通信，这种通信目前正在大力标准化和开发之中。在本文中，我们将探讨在多跳战术网络中使用 5G SL 的可行性、潜在优势和相关挑战。图 1 展示了 SL 通信在 5G 基础设施覆盖范围之外的战术应用。最终，我们设想 5G 及 5G 以外的侧连将在实现陆、空、海、天一体化的战术边缘发挥作用。

5G SL 为关键任务应用中的高数据速率通信提供了可能，在这些应用中，基站的接入可能受到严重限制或根本不存在。SL 的一些优势包括提高频谱效率、灵活的无线电资源分配以及在广泛的可用频谱范围内的兼容性。虽然 SL 通信并非 5G 标准所独有，但与之前的部署相比，5G SL 具有几个引人注目的优势。例如，5G NR SL 提供灵活的数字[5]、更广泛的调制和编码方案、更灵活的 HARQ 方案以及对空间多路复用的基本支持，与 4G LTE SL 相比，可显著提高链路容量。

然而，我们注意到，要将 5G NR SL 成功应用于强大的战术网络，必须解决几个关键的研发难题。首先，必须在 5G SL 标准化中进一步开发多跳中继技术 [6]。此外，还需要评估为商业应用设计的 5G 波形在战术操作中的弹性。

贡献与组织： 本文概述了在推动 5G SL 集成到战术网络中的关键发展和开放研究挑战。本文的组织结构如下。第二节介绍 SL 标准化的相关历史和关键技术背景。第三节探讨了 SL 网络中多跳路由的挑战。第 IV 节概述了开源 SL 网络仿真的最新发展。第五节介绍了考虑集成传感、通信和计算的网络的潜在用例和研究方向。第六节介绍了与支持 SL 的战术网络相关的分布式机器学习研究方向。第七节为结束语，并探讨了有待解决的研究问题。