將5G安全地擴展到戰(zhàn)場空間

經濟高效、低攔截和檢測概率 （LPI/D） 網絡可以提供與戰(zhàn)斗空間的連接，同時保持幾乎無法檢測和抗干擾。通過適當?shù)恼希?a target="_blank">5G作為通信平臺的好處可以深入戰(zhàn)場，從而進入更多士兵的手中。

將 5G 通信平臺用于戰(zhàn)場，可為關鍵和新興應用提供更高的吞吐量和更低的延遲通信，同時享受商業(yè)技術的成本和規(guī)模優(yōu)勢。盡管承諾的功能很誘人，但它確實存在一些操作限制。雖然這些限制 - 主要集中在欺騙，干擾和不需要的信號檢測 - 可以從智能天線等技術中受益，但只有通過5G用戶設備的“軍事化”才能實現(xiàn)這種好處。

如果保持不變，5G服務必須限制在戰(zhàn)場的后邊緣。然而，可以將5G帶到戰(zhàn)場中心的另一種選擇是增強或擴展核心5G網絡以獲得運營優(yōu)勢，從而可以在不犧牲商業(yè)平臺優(yōu)勢的情況下進一步擴展到戰(zhàn)場空間。

戰(zhàn)場上5G的問題

5G技術具有許多潛在的軍事應用，從新的指揮控制方法（C2）和簡化的后勤系統(tǒng)，到擴大情報，監(jiān)視和偵察（ISR）系統(tǒng)以及其他數(shù)據密集型應用（如虛擬現(xiàn)實（VR））中處理的傳感器數(shù)據量。所有這些應用都受益于5G提供的改進的數(shù)據速率，多媒體支持和/或更低的延遲。

然而，數(shù)據速率的這種提高僅部分取決于5G波形。更高的數(shù)據速率需要更高的網絡容量，這是通過創(chuàng)建更小的網絡單元來實現(xiàn)的，實際上是以容量和吞吐量為代價。盡管如此，由于較小的蜂窩確實增加了容量，它也增加了每個用戶的無線電數(shù)量，同時提供了支持高效數(shù)據傳輸所需的信噪比，有可能將5G技術交到更多士兵手中。

雖然5G提供了好處，但它存在一些固有的漏洞：雖然在良性環(huán)境中穩(wěn)定，但如果在惡劣的戰(zhàn)場中使用，則會產生風險，主要是故意干擾和不需要的信號檢測。至于干擾，5G波形使用正交頻分復用（OFDM），將信息映射到時頻格上。因此，干擾器可以在時間和頻率上選擇性地瞄準物理廣播信道或下行鏈路控制信道。雖然5G同步信號不再是靜態(tài)定位的，但欺騙仍然是可行的，盡管需要更復雜的干擾器。

干擾或干擾效應可以通過自適應或智能天線技術來減少，該技術將使用空時自適應處理（STAP）與天線陣列相結合，在將干擾源清零的同時波束到所需的5G信號。原則上，可以監(jiān)控任何物理信道上的多余能量，并使用多余能量檢測來波束控制天線系統(tǒng)和零不需要的信號。雖然技術上可行，但這種方法顯著增加了系統(tǒng)的復雜性、尺寸、功耗和成本。

對于某些應用，5G信號是不合適的，因為它在任何有意義的意義上都不是隱蔽的。任何可以檢測到的無線電信號也可以被定位，這可能會使士兵處于危險之中。如果5G旨在用于實戰(zhàn)行動，則此特性將5G限制在戰(zhàn)斗空間的邊緣。雖然它可以到達指揮中心，但它并不能安全地支持它在戰(zhàn)場深處的使用。

解決方案：使用 LPI/D 無線技術的 5G 增強

5G網絡技術可以通過使用現(xiàn)有的低攔截和檢測概率（LPI / D）無線網絡技術進行增強，從而擴展到戰(zhàn)場空間，這種方法可以提供前沿作戰(zhàn)基地和戰(zhàn)術作戰(zhàn)中心以外的連接，以大大擴展可以使用5G的士兵數(shù)量。 美國陸軍和其他軍種繼續(xù)研究和開發(fā)新的LPI/D解決方案， 目的是在保持信號安全性的同時改進功能。

大多數(shù)蜂窩網絡（包括5G）分為兩個功能組：核心網絡，提供對云或互聯(lián)網的網關訪問;以及無線電接入網絡，由蜂窩塔組成，這些蜂窩塔從用戶設備（UE）發(fā)送和接收無線電信號。在 5G 網絡中，在作為單個物理通道運行的單個數(shù)據包流中提供連接并在塔和 UE 之間分配容量。如果 UE 同時參與多個媒體服務，則來自這些獨立服務的數(shù)據可以合并到單個共享數(shù)據包中。因此，UE 及其單個連接成為通往 LPI/D 網絡的橋梁。

從概念上講，一條虛擬線貫穿戰(zhàn)區(qū)，表示前線邊緣，一條將安全操作區(qū)（即5G安全）與威脅區(qū)分開的分界線。這條分界線是5G不應延伸的界限，以避免故意干擾源造成的不可接受的退化并避免被發(fā)現(xiàn)。沿著此邊緣放置的是一組UE/客戶端設備，這是從5G網絡到LPI / D客戶端網絡的橋梁，此后簡稱為客戶端網絡。

雖然 5G 網絡作為與 UE/客戶端的單個連接運行，但客戶端網絡作為一對多運行，即為中等規(guī)模的連接用戶網絡提供服務的單個主機。LPI/D 網絡以全網狀、點對點和多跳的形式運行，支持士兵的移動性。能夠用作手持設備的小型輕量級LPI / D無線電可以與UE設備結合使用，以產生與背靠背放置的兩部5G手機的大小和厚度大致相同的解決方案。使用現(xiàn)有的接口選項可以輕松地將這對連接在一起。

此 UE/客戶端組合用作客戶端網絡的主機。通過這種方式，UE/客戶端設備充當 5G 網絡域和 LPI/D 域之間的橋梁。跨域管理通過使用適當?shù)倪m配層和地址映射機制在客戶端處理。一旦 UE 端收到數(shù)據包并將其轉發(fā)到客戶端，客戶端網絡將承擔確保數(shù)據包轉發(fā)并路由到相應目的地的全部責任。盡管 LPI/D 網絡可以作為組播運行，但網絡內的通信通常是單播的。無論如何，這兩種技術都可以在客戶端使用，具體取決于服務和所需的連接。通過這種方式，5G網絡上的服務可以以圖像，視頻，數(shù)據，互聯(lián)網甚至語音通信的形式擴展到士兵。

由于發(fā)往客戶端網絡的所有數(shù)據都可以在單個數(shù)據包流中處理，這表明5G的本地傳輸系統(tǒng)可以保持不變地使用，應用層用于構建跨域服務。此策略允許在 5G 網絡中使用 LPI/D 客戶端服務，而不會將此客戶端網絡限制為 5G 接入標準。5G傳輸層保持不變，通信協(xié)議完全在應用層處理。

從功能上講，5G然后成為中立主機，為客戶端網絡提供一組資源。對于最終用戶來說，這一事實意味著以純本機方式預配資源和處理網絡通信。對于最終用戶來說，除了他們現(xiàn)在可以享受通過5G網絡承載的服務之外，沒有任何變化。請注意，中性主機架構已與現(xiàn)有的WiFi和4G技術一起部署，這表明5G也可以使用相同的方法。

5G：進入戰(zhàn)場空間

現(xiàn)有和新興的LPI/D無線網絡技術可用于將5G通信擴展到敵對戰(zhàn)場。通過跨域管理，5G和LPI/D網絡能夠以最低的復雜性橋接。由于5G網絡也作為一種中立主機運行，LPI / D網絡可以參與5G服務，同時對5G架構保持基本透明。最終，這意味著5G服務可以進一步進入戰(zhàn)場，使5G承載的服務能夠提供給更多的士兵。

審核編輯：郭婷