通訊網路在 軍事 行動中的重要性與日俱增，時間緊迫的目標定位、秘密特種作戰、指揮與控制、訓練和後勤等任務領域都在很大程度上依賴於通訊網路及其服務。另一方面，商業通訊也極大地改變了我們的社會和通訊方式。目前最新的網路模式--5G 及超5G（5GB），具有高速度、低延遲、高可靠性和高通訊密度的特點。雖然國防機構使用 5GB 商業網路可以提供更大的靈活性和效率，但也面臨著新的挑戰，即需要高標準的網路保護和苛刻的工作條件和環境。在本文中，我們將討論通訊網路在幾種潛在 軍事 套用中的重要性，特別是在戰爭、訓練/鉆探、後勤和特殊任務站中的套用。我們介紹了 軍事 套用中采用的通訊趨勢。然後，我們介紹了各種 5GB 關鍵效能指標及其在 軍事 通訊系統中的使用案例。我們還闡述了 軍事 通訊網路所面臨的獨特挑戰，這些挑戰不太可能透過商業5GB 研究來解決。我們還討論了用於 軍事 通訊系統的各種 5GB 使能技術。最後，我們介紹並分析了用於 C 波段專用 軍事 通訊的 5GB 新型無線電。
引言
當今世界，及時獲取資訊已成為實作 軍事 目標的關鍵環節。無線通訊網路是及時傳遞準確無誤資訊、促進 軍事 行動高效順利進行的重要手段，也是影響作戰能力的主要組成部份之一[1]。通訊系統和網路套用在 軍事 行動中發揮著越來越重要的作用，時間緊迫的目標定位、隱蔽的特種作戰、指揮與控制（C2）、訓練和後勤等任務式領域都非常依賴於它們的大容量接入、高機動性互聯和穩健傳輸。典型的 軍事 通訊使用異構無線通訊技術，如圖 1 所示，可分為四種場景[2]。
圖 1. 軍事 無線通訊場景。
基於上述四種情況， 軍事 領域的通訊可根據通訊型別、元件、套用、終端使用者和國家進一步劃分為各種型別，如表 1 所示[3]。 軍事 套用對通訊的基本要求是在固定和行動網路平台上建立快速、準確、保密和不間斷的通訊網路。新興的 5GB 網路技術在支持國防網路方面大有可為，其增強的通訊和網路功能可大大提高吞吐量、降低延遲、提高能效並降低成本，從而滿足許多 軍事 套用場合的需求。互聯或自動化裝置，包括智慧 軍事 基地/總部、自動駕駛車輛、精確訓練/演習系統、戰爭機器和精密機器人，都可能受益於 5GB 技術。此外， 軍事 領域的 5GB 技術可能會促進情報、監視和偵察系統及處理，並允許采用新的 C2 方法和簡化後勤系統以提高效率[4]。然而，商用 5GB 通訊系統與國防 5GB 通訊系統之間存在著重大差異。國防網路缺乏廣域固定基礎設施，包括集中的資源和幹擾管理設計，無法在網路拓撲不斷變化、電磁環境復雜、傳播條件具有挑戰性的環境下支持服務。
表 1 軍事 通訊型別
在本文中，我們詳細介紹了用於 軍事 套用的 5GB 通訊技術，並討論了早先移動連線創新和發展的主要兵力，如今在無線通訊行業中所占的比重如何大大降低。主要貢獻概述如下：
本文其余部份的結構如下。第二節介紹了 軍事 通訊系統的技術發展趨勢。第三節討論 軍事 通訊的關鍵效能要求。第四節介紹 VGB 技術及其在 軍事 領域的套用案例。第五節列出並討論了 軍事 通訊中的各種通訊和安全挑戰。第六節介紹 軍事 通訊的關鍵技術推動因素和研究方向。第七節從 5G NR-U 軍事 專網的角度展開。最後，第八節對本文進行總結。
技術趨勢
從互聯網到蜂窩通訊的不同領域，今天的大多數技術創新都源於早幾個世紀國防資助的技術。然而，現在越來越多的人認為， 軍事 需求不再是推動通訊技術進步的主要動力。根據美國研究與發展公司 1999 年的研究[5]，美國軍方市場僅占美國資訊科技總需求的 2%，低於 1975 年的 25%，而且此後的趨勢還在加快。此外，如圖 2 所示，2010 年的一份報告[6]、[7]、[8] 強調了美國國防部（DoD）影響力的下降。從圖中不難看出，目前商業通訊技術正在推動通訊技術的發展。商業技術的快速發展不僅局限於無線數據傳輸速率，還涉及移動速度、密度、可靠性、安全性、魯棒性等多個方面。
圖 2. 商用蜂窩技術正在超越其專有技術 [6]、[7]、[8]。
商業無線技術的最大推動力是集電話和計算功能於一體的智慧型手機的問世。移動中輕松上網和處理多媒體數據的功能為蜂窩通訊帶來了巨大的沖擊[7]。除技術進步外，商業技術發展的日新月異也可以從一些商業統計數據中看出，如政府和私人（三星、Version、中興、蘋果、高通等）在資訊和通訊技術（ICT）研發方面的巨額投資。2012 年【5G和超5G專用軍事通訊：趨勢、要求、挑戰和推動因素】萬字長文，全球在資訊和通訊技術方面的投資約為 2 791 億美元，僅美國就投資了 1 485 億美元，而美國國防部則花費了 3.85 億美元[9]、[10]。
因此【5G和超5G專用軍事通訊：趨勢、要求、挑戰和推動因素】萬字長文，在某些一般情況下（如後勤場景），軍用手機技術（如商用智慧型手機）被原封不動地使用，而在其他情況下，由於安全問題，手機的直接改裝和使用被嚴格禁止。不過，制造商會根據使用情況的獨特需求客製裝置（以提高耐用性）。專用裝置中也使用了蜂窩長期演進（LTE）商用芯片組[11]。如文獻[12]所述，已經對 5G 技術及其潛在 軍事 套用進行了技術評估研究。技術報告[12]包括
目前，各種形式的跨代通訊正處於實驗驗證和演示階段，如超寬頻通訊、光通訊、空間通訊、太赫茲連線和量子通訊[13]、[14]。表 2 列出了在 12 個美國 軍事 設施作為試驗床進行的 5G 套用測試和實驗的初始階段[4]。2020 年 9 月 18 日，國防部送出了一份資訊請求，以更好地了解 5GB 技術中的動態頻譜共享。2022 財年，國防部為 5G 和微電子技術申請了 3.74 億美元，2021 財年批準了 4.39 億美元用於 5G 技術。隨著空間通訊和智慧通訊技術的出現， 軍事 通訊正朝著寬頻、整合和軟體技術方向發展。根據全球數據[15]的市場分析 軍事 ，在 2021 年至 2028 年的預測時間段內， 軍事 通訊市場預計將以 11.54% 的速度增長。這一增長主要受 軍事 戰術通訊創新需求的推動，到2021年【5G和超5G專用軍事通訊：趨勢、要求、挑戰和推動因素】萬字長文，全球 軍事 戰術通訊創新的價值將達到1510億美元。
表 2 美國 5GB 軍事 設施和測試平台
軍事 通訊的關鍵效能要求
軍事 通訊網路是決定作戰能力的重要組成部份之一，是確保有效和無縫執行 軍事 行動的重要途徑。 軍事 通訊必須滿足基本標準：必須快速、準確、隱蔽和不間斷。表 3 從優先級、可用性、延遲、可靠性、使用者速率、移動性、連線密度、安全分類和能效八個方面總結了 軍事 套用的關鍵效能指標。這些 KPI 目標值，如 軍事 通訊系統的可靠性達到 5 個 9，是由於在具有挑戰性的關鍵任務場景中需要高度可靠和彈性的通訊能力。此外，實作通訊的高可靠性會對系統設計產生重大影響，因為需要考慮幾個關鍵方面，如冗余和多樣性、穩健的基礎設施、可延伸性和靈活性、快速恢復和復原以及互操作性。詳細說明如下：
表 3 軍事 通訊系統的關鍵效能指標
A. 優先事項
B. 可用性
C. 延遲
D. 可靠性
E. 機動性
F. 數據傳輸速率
G. 裝置密度
H. 安全
I. 能源效率
5G 技術及其在 軍事 通訊中的套用案例
5GB 無線通訊改變了蜂窩技術的功能，而不僅僅是像前幾代那樣提高數據傳輸速率和擴大覆蓋範圍。5GB 通訊系統的主要目標包括：每秒 1 至 20 千兆位元的吞吐量；小於 1 毫秒的延遲；1000 個連線裝置和單位面積 1000 倍的頻寬；超高速的大規模連線；99.999% 的可用性；100% 的覆蓋率；卓越的能源經濟性--能耗最多可降低 90%，機器類通訊的電池壽命最長可達 10 年[19]。第三代合作夥伴計劃（3GPP）正積極致力於透過徹底改變蜂巢式網路的構建方式、可連線的節點、使用的工作頻率以及發揮的功能來實作 5G。智慧交通、汽車、醫療、工業、農業、物流、能源、衛星、海事等領域的政府和私營部門將從中受益匪淺。表 4 比較了 4G、5G 和 6G 蜂窩通訊支持的功能。
表 4 4G、5G 和 6G 蜂窩通訊的比較 [18]
一般來說，5GB 套用分為三類：增強型移動寬頻（eMBB）、海量機器型別通訊（mMTC）和超可靠低延遲通訊（URLLC）。首先，也是最重要的先決條件是 eMBB，它是 4G/LTE 向 5GB 發展的必然趨勢，可支持瀏覽速度提高 10 倍，即目標瀏覽速度將從每秒 1 千兆位元開始，下載速度將超過每秒 200 兆位元。其次 軍事 ，開發 mMTC 是實作物聯網（IoT）目標的必要條件，即實作日常智慧小工具、汽車和工業裝置的互聯。最後，URLLC 是 "關鍵任務 "套用的有用套用，這些套用需要即時收集數據，以便了解態勢和快速決策。圖 3 描述了商用 5G 的三個類別及其目標套用和一般用例。此外，不同場景對各種套用的要求也不盡相同，因此我們在表 5 中描述了基於不同場景的 5G 套用的關鍵效能要求。
表 5 與場景相關的 5G 套用關鍵效能指標
圖 3. 5GB 通訊技術的潛力及其套用案例。
圖 4. 軍事 套用中的 5GB 用例。
軍事 通訊中的通訊和安全挑戰
軍事 通訊網路還面臨著商業研究和創新無法解決的獨特挑戰。具體包括
關鍵技術推動因素和研究方向
A. 頻譜
美國聯邦通訊委員會（FCC）在拍賣 CBRS 頻譜 5GB [28]之後，正致力於釋放越來越多的頻譜供 5G 使用。在交易覆蓋範圍和容量的基礎上，FCC 將可用頻段分為低頻段、中頻段和高頻段。
B. 國防網路切片
網路切片允許多個垂直部門利用共同的網路基礎設施，同時保持完全隔離[34]。利用網路功能虛擬化（NFV）、軟體定義網路（SDN）和虛擬私人網路絡（VPN）等技術，形成一個跨端到端（E2E）網路基礎設施的邏輯網路[35]。5G 有三種基本的網路片：eMBB、mMTC 和 URLLC。
C. 分布式計算
移動雲端運算（MCC）是一種創新的移動計算系統，它結合了各種雲和網路技術的動態資源，在異構環境中透過互聯網隨時隨地為大量行動裝置提供無限的能力、容量和便攜性[41], [42]。
D. 側鏈路通訊
5GB 新無線電（NR）技術使能器將允許裝置透過一種稱為 Sidelink 通訊的過程直接相互通訊 [43]，[44]。Sidelink 可在專用、授權和非授權等不同配置下執行，可在不同環境中靈活采用。
E. 波束成形和大規模多輸入多輸出
波束成形是一種將無線訊號導向特定接收裝置的方法，而不是像廣播天線那樣將訊號向四面八方傳播[46]。波束成形透過將訊號集中式地傳送到某個方向來提高接收器的訊號品質。
F. 非地面網路（NTN）網路
5GB NTN 可在非地面平台上實作 5G NR 的優勢 [26]、[48]、[49]。非地面網路技術解決方案正在第 16 版工作中進行評估，而規範預計將在 3GPP 第 17 版釋出。
圖 5 顯示了概念架構，表 6 顯示了用於 軍事 套用的五項關鍵使能技術摘要。要充分挖掘 5GB 在 軍事 套用方面的潛力 軍事 ，可以考慮套用特定的 5G 技術，而不是整個 5G 生態系。必須對 5GB 關鍵技術及其面向國防的適用性研究進行詳細的研究和分析，並調查將 5GB 套用於作戰各個方面和領域的可能性，確定能力極限。
表 6 關鍵賦能技術概述
圖 5. 軍事 套用的關鍵使能技術。
各種頻譜的使用、防禦網路切片、分布式計算和側鏈路通訊等 5G 使能技術可極大地幫助實作高可靠性和低延遲通訊。
5G NR-U 軍事 專用網路透視
如圖 6 所示，NR-U 與傳統的 Wi-Fi 或新的 Wi-Fi 連線可以很容易地為多樣化和密集的 軍事 後勤環境進行設定。
圖 6. 5GB NR-U 部署場景。
結論
5GB 技術擁有影響任何國家經濟和國家安全的重要能力。軍隊必須學會采用 5GB 所提供的連線性，以必要的速度、精度和效率開展行動，從而在未來保持有效性和生存能力。當前的 5GB 技術為 軍事 套用帶來了多方面的機遇和風險。軍方蘭德公司的主要任務應該是加快開發和部署支持 5GB 的能力，同時確保其系統強大、安全、有彈性且可靠，能夠抵禦對手。
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