《探索5G在海事军事通信中的潜力》

第五代（5G）移动技术因其先进且成本效益高的通信能力正吸引着军事部门的关注。然而，战略规划和试验至关重要。本研究展示了一项海军5G舰对舰测量活动，提供了实际的海事5G经验。同时提供了一个用于估算路径损耗、上行链路吞吐量和传输范围的理论模型，结果表明理论与实践吻合良好，其中海况和设备高度影响性能。索引术语—5G移动通信，距离测量，海事通信，性能评估，传播损耗，海况，吞吐量

移动通信及其多元化的生态系统可以有效地适应军事应用，补充武装部队现有的无线电系统。网络切片、持续发展的安全技术以及庞大的商用现货（COTS）产品生态系统，使第五代（5G）移动技术成为军事通信极具吸引力的选择。挪威武装部队正与移动运营商合作，积极在作战环境下与军事用户一起对5G解决方案进行试验。这种在采购前迭代评估和调整5G网络功能及用户设备解决方案的主动方法，是5G军事系统最终成功实施的关键[1], [2]。

除了支持陆基武装力量外，5G在海事武装力量中的应用也是一个有吸引力且重要的领域。北约通信和信息局（NCIA）就此提出了多种军事海事5G用例[3], [4]。其中一个用例描述了在大型海军舰艇上部署自主专用5G网络，为舰上及周边用户提供一个5G覆盖泡。然而，与陆基无线通信相比，动态变化的海事传输信道有其独特的挑战，需要更多样化的测量活动和适应性理论模型来评估海事5G系统的潜力[5]。

在本文中，我们旨在为填补这一研究空白做出贡献。我们针对上述讨论的海事5G覆盖泡用例，试图通过结合实验性实际测量和理论建模来识别潜在漏洞并概述海事5G无线系统的实际能力。我们考虑一种舰对舰传输链路，其中5G基站（BS）安装在一艘近海巡逻艇上，而用户设备（UE）（一部智能手机）由快艇上的用户操作。我们的研究重点在于一个在n79频段运行的5G大规模多输入多输出（MIMO）系统。n79频段与北约IV波段重叠，被认为是军事5G解决方案的潜在候选频段[4]。在我们的分析中，我们重点关注实际可实现的传输距离和上行链路（UL）吞吐量。本文的具体贡献可总结如下：

描述并分析了我们在实际条件下进行的海事5G测量活动，该活动使用5G COTS系统，条件包括舰对舰传输、寒冷汹涌海域、靠近海面的小艇以及用户手持UE。
在ITU-R P.2001路径损耗模型[6]中提供了一个用于模拟汹涌海面影响的函数，并研究了UE在海浪波谷、波峰或其间位置的影响。我们证明该模型能够成功重现高度变化的实测路径损耗。
证明了我们先前在[7]中提出的、基于经验性陆基5G研究的5G性能模型，同样可应用于海事5G测量中，以描述路径损耗与UL吞吐量之间的关系。
结合ITU-R P.2001和我们的5G性能模型，提出一个工具，用于估算任意设备高度和海况下海事5G系统的传输范围和UL吞吐量。该工具针对我们的测量场景进行了验证。
使用提出的估算工具，从理论上分析了海浪、BS和UE高度对实现传输范围的影响，这展示了5G在各种海事用例中的潜力。

论文其余部分组织结构如下：在第二部分，概述了相关的海事无线通信测量活动以及广泛使用的路径损耗模型。第三部分介绍了一个5G性能模型，该模型是估算海事5G传输链路的基础。第四部分描述了所进行的海事5G测量的详细信息，第五部分将这些结果与5G性能模型一起进行分析。最后，在第六部分对工作进行总结并对未来工作给出展望。