民用無線通信技術在軍事通信中的應用研究

劉尚東

（軍事科學院系統(tǒng)工程研究院，北京 100141）

0 引言

隨著網(wǎng)絡中心戰(zhàn)概念的不斷發(fā)展和應用，無線通信技術在軍事領域，尤其是戰(zhàn)術作戰(zhàn)領域扮演著越來越重要的角色。無線通信技術可以為戰(zhàn)術邊緣的作戰(zhàn)人員提供戰(zhàn)場統(tǒng)一態(tài)勢和信息服務，支持從傳感器到射手的高效協(xié)同，保障指控命令實時可達，是將信息優(yōu)勢轉化為戰(zhàn)斗力的關鍵手段。

軍事無線通信技術的發(fā)展與軍事戰(zhàn)爭的演變息息相關。最早無線通信技術的設計目標就是為軍事通信和指揮服務。在第二次世界大戰(zhàn)以及冷戰(zhàn)時期，隨著軍事研究領域人力、物力、財力的大量投入，涌現(xiàn)出了大量先進的無線通信技術和裝備，例如擴頻通信技術、Link16數(shù)據(jù)鏈等。但隨著冷戰(zhàn)的結束，世界轉入和平發(fā)展時期，軍事設備和技術研究方面的投資被大量縮減，軍用無線通信技術的發(fā)展也變得緩慢，部分項目被停滯、延期、甚至取消。目前很多軍用無線通信設備仍然基于十幾年前甚至冷戰(zhàn)時期的技術，這很難滿足新的作戰(zhàn)形式對通信和信息能力的需求。另外傳統(tǒng)軍事通信系統(tǒng)經(jīng)常采用專門設計的技術以滿足其特殊的應用場景需求，導致其不具備靈活更新以支撐新的作戰(zhàn)應用需求的能力，并且這些系統(tǒng)大部分都是獨立開發(fā)的，存在互操作性差、易用性不好、采購周期長、后勤和支持體系開銷大、維護成本高等問題。

另一方面，民用無線通信技術在最近幾十年的發(fā)展十分迅速，基于標準化的研發(fā)模式，蜂窩網(wǎng)從2G發(fā)展到5G，無線局域網(wǎng)、藍牙、物聯(lián)網(wǎng)等也在相關應用領域具有不俗的表現(xiàn)。民用無線通信領域在物理層、多址接入層以及網(wǎng)絡層都涌現(xiàn)了大量的先進技術，使民用無線網(wǎng)絡在吞吐量、時延、覆蓋范圍等方面的性能得到了巨大的提升。

基于目前軍事領域比較迫切的高性能無線通信需求以及其現(xiàn)有通信能力不足的現(xiàn)狀，將民用無線通信領域先進的技術應用于軍事領域，能夠減小軍事無線通信的研發(fā)周期和經(jīng)費開銷，提高軍事無線通信系統(tǒng)的通信能力，更好的支撐軍事作戰(zhàn)的需求。同時也充分順應軍民融合的趨勢，擴展民用技術的應用范圍，進一步促進民用技術的發(fā)展和創(chuàng)新。

1 民用無線通信技術

1.1 民用無線通信技術的發(fā)展概述

為了研究民用無線通信技術的軍事應用，首先從多樣性和技術指標兩方面對目前民用無線通信技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行簡要描述。

基于不同的應用場景和應用需求，民用無線通信領域發(fā)展了多種多樣的通信技術。根據(jù)其覆蓋范圍，民用無線通信技術可以分為近場通信、無線個域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)[1]，具體如圖1所示。

圖1 民用無線通信技術

圖2 民用通信技術傳輸速率發(fā)展

在技術指標方面，圖2展示了無線局域網(wǎng)和無線城域網(wǎng)在物理層速率的發(fā)展情況。從圖中可以看出，在短短二十多年間，民用無線通信技術的物理層速率呈指數(shù)級增長，從kbps量級迅速提高到Gbps量級。

從上面的描述可以看出，一方面針對不同的應用場景已經(jīng)發(fā)展了多種民用無線通信技術，另一方面每種民用技術也在不斷的更新?lián)Q代以提升其性能。同時，每種民用無線技術都有其特殊的應用場景和通信能力，沒有一種萬能無線通信技術可以適用于各種場合，這也意味著民用無線通信技術不能簡單的直接應用到軍事領域，必須經(jīng)過深入的分析和必要的修改完善。

1.2 民用無線通信技術的推動因素

分析推動民用無線通信技術發(fā)展的因素有助于理解民用無線通信技術的技術背景和出發(fā)點，進而支撐分析將其應用到軍事領域的挑戰(zhàn)和可能存在的問題。

推動民用無線技術發(fā)展的因素主要包括三個方面的內(nèi)容：無線技術領域的資源限制、其他領域技術發(fā)展的推動、用戶需求的不斷增長，下面進行簡要描述。

1.2.1 無線技術本身的資源限制

無線通信技術的傳輸媒介主要是電磁波，具有良好傳輸特性的電磁波頻段是一個有限的資源，而且通常商用頻段是極其昂貴的。這促使民用無線通信技術不斷的通過改進調(diào)制解調(diào)、編解碼、多址接入等技術以提高在有限帶寬的頻譜上的傳輸效率。

1.2.2 其他領域技術發(fā)展的推動

非無線通信領域的技術發(fā)展有時會間接的促使無線通信技術提升其性能。例如在計算領域的云計算技術，通過虛擬化等技術提供了云端的計算和儲存等能力，用戶設備不需要負擔繁重的計算和存儲，只需要在需要這些計算或存儲服務時，從云端直接請求服務到本地即可。這種方式極大的提高了對無線網(wǎng)絡帶寬和時延的要求。

1.2.3 用戶需求的不斷增長

迅速擴大的用戶群體以及用戶不斷增長的無線網(wǎng)絡使用需求是推動無線技術進步的又一個主要因素。用戶一方面享受各種新的無線技術帶來的便利和靈活性，另一方面樂于為無線網(wǎng)絡和設備付出金錢和精力以支持其更好的發(fā)展。

1.3 目前民用無線通信關鍵技術

在本小節(jié)我們簡要介紹目前民用無線通信的關鍵技術。

多輸入多輸出：多輸入多輸出技術通過將多個天線置于發(fā)送端和接收端，可以實現(xiàn)空間分集增益，空間多路復用增益以及空間陣列增益，提高系統(tǒng)的容量和鏈路的可靠性。

認知無線電：認知無線電根據(jù)檢測到的頻譜使用情況動態(tài)調(diào)整頻譜的競爭，以提高頻譜的使用效率。

全雙工：通過先進的干擾消除技術，無線設備可以實現(xiàn)同時同頻發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，進而大幅提升傳輸無線信道傳輸效率。

非正交多址：非正交多址通過多用戶檢測等技術實現(xiàn)多個用戶在相同的時域、頻域、空域等多維度同時發(fā)送信息，從而提升信道容量。

2 民用無線通信技術的軍事應用

2.1 應用方式

在軍事應用中引入民用無線通信技術主要包括以下形式：

（1）直接將基于民用無線通信技術的設備應用在軍事應用中，例如采購民用的無線 AP，移動設備等。

（2）在民用無線通信設備上增加專門的保密模塊等以適應軍事作戰(zhàn)的需求。

（3）在軍事設備研制中引入民用無線通信技術，用于增強和改進軍事通信設備的性能。

通常而言，任何一種技術在應用于解決某個問題時都有其優(yōu)勢和不足，將民用通信技術應用于軍事通信領域也是如此，并且這種優(yōu)勢或不足針對具體作戰(zhàn)應用的不同而不同。

2.2 民用無線通信技術在軍事應用中的優(yōu)勢

將民用無線通信技術應用于軍事領域的主要優(yōu)點包括但不限于下述內(nèi)容[2]：

2.2.1 更低的研制成本和技術風險

相對于軍事技術，民用技術更注重市場競爭，傾向于最小化產(chǎn)品成本并最大化市場收益。引入民用無線通信技術可以減少軍事無線通信裝備的研制成本和研制復雜度，避免不必要的技術風險。

2.2.2 更快的購置和裝備周期

軍事無線通信系統(tǒng)的新技術裝備通常需要經(jīng)歷漫長的研制、購置、裝備周期，而面向市場的民用無線通信技術則追求更短的設計周期和更多的技術更新，保障用戶能夠盡快使用上最新的科技。

2.2.3 更穩(wěn)定的后勤和支撐體系

民用技術具有龐大的技術研究隊伍、設備制造商和服務提供商，并且大部分技術都基于標準的協(xié)議。采用民用技術可以減輕軍隊繁重的后勤和支撐系統(tǒng)，方便的擴充裝備數(shù)量以及便捷獲取支撐服務。

2.2.4 更良好的易用性

軍事無線通信設備往往需要復雜的操作，而為了向不同知識層次的用戶提供服務，民用無線設備的簡單和易用性遠超于軍事設備，同時作戰(zhàn)人員在日常生活中也會接觸和使用類似的民用設備，因此他們更傾向于使用民用技術。

2.2.5 更優(yōu)秀的互操作性

民用無線通信系統(tǒng)基于標準協(xié)議開發(fā)，不同版本標準的迭代具有一定的規(guī)律和兼容性，下一代新技術可以很方便的和現(xiàn)有技術進行兼容。而一般軍事無線通信系統(tǒng)則基于獨立的目標和基于獨立的機構開發(fā)，互操作性不足。

需要注意的是，引入民用無線通信技術的某個優(yōu)點是針對某種具體應用而言的，并不是所有引入到軍事領域的民用無線通信技術都能體現(xiàn)上述所有的優(yōu)點。

2.3 民用無線通信技術在軍事應用中的不足

由于設計目標、設計理念的差異，將民用無線通信技術應用于軍事領域也存在諸多不足之處，具體包括但不限于下述內(nèi)容：

2.3.1 缺乏成熟的驗證機制

更快的購置和裝備周期是引入民用無線通信技術的優(yōu)點，但同時也帶了一定的問題。軍事作戰(zhàn)對于通信系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性要求非常高，傳統(tǒng)軍事通信系統(tǒng)在裝備以前需要進行大量的測試與驗證，而民用無線通信技術往往為了搶占市場在未成熟時就開始推向市場，并隨著使用而不斷的更新完善。不成熟的技術應用在戰(zhàn)場上可能會導致嚴重的后果。

2.3.2 難以維持的信息優(yōu)勢能力

網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的關鍵目標之一在于通過保持信息優(yōu)勢實現(xiàn)精確的戰(zhàn)場態(tài)勢和迅速的決策能力，這依賴于領先對手的無線通信能力。而如果在軍事領域大量依賴民用無線通信技術和裝備，對手也可以獲取類似的技術和能力以及類似后勤和支撐系統(tǒng)，同時還可能具備針對性的通信系統(tǒng)打擊能力。

2.3.3 難以提供軍事需求的安全保障

民用無線通信技術很難支持軍事領域的安全性要求。這是因為民用領域并沒有嚴格的純分布式網(wǎng)絡、嚴格分級的端到端服務、分級的安全和加密等需求，同時民用無線通信技術的抗干擾和抗毀頑存能力也無法達到軍事領域的需求。

2.3.4 有限的移動性

很多民用無線通信技術都不支持軍事應用的高速移動性需求，甚至部分民用技術都沒有考慮多普勒頻移效應，另外一些民用無線通信技術高度依賴于基礎設施，這也導致其很難直接應用于軍事領域。

2.3.5 QoS支持不足

軍事領域對業(yè)務 QoS保障的需求與民用領域的QoS需求有很大的不同。軍事領域的QoS是基于任務和應用驅動的多級QoS需求，并獨立于所運行的環(huán)境，而民用無線通信的QoS主要還處于簡單的分級甚至盡力而為的階段，QoS支持的不足往往會影響作戰(zhàn)效果。

2.3.6 無法應對作戰(zhàn)環(huán)境的復雜性

民用無線通信技一般僅考慮正常的工作環(huán)境，但是軍事環(huán)境往往是非常惡劣的，包括雨雪、沙漠、灰塵、高溫或極寒環(huán)境等等，民用無線通信技術和裝備可能在這些環(huán)境中性能急劇下降甚至根本無法使用。

3 軍民融合背景下無線通信技術民技軍用的研究思路

美軍在冷戰(zhàn)結束后開始逐步重視在國防領域引入民用無線通信技術。1994年，美國國防部簽署了支持使用民用貨架產(chǎn)品（COTS）技術用于解決國防部通信需求的備忘錄。1996年，DARPA進行了民用無線通信技術在軍事領域應用的可行性研究，其報告指出在商業(yè)領域巨大的推動力會促使民用無線通信技術在 10年左右的時間會發(fā)展到在很大程度上滿足無線軍事通信的需求，軍事領域引入民用無線通信技術將會獲得很大的收益。后續(xù)美軍諸如GIG，JTRS，JIE等項目都體現(xiàn)了民技軍用的思想和理念。

目前，軍民融合已經(jīng)被確定為我國的國家戰(zhàn)略，軍用無線通信領域應該順應這種大趨勢，深入研究民用無線技術在軍事領域應用的可行性、方法和途徑[3]。國防領域的研究人員不能局限于傳統(tǒng)的封閉技術研究模式，要深入學習和掌握民用無線技術，跟蹤民用無線技術的發(fā)展趨勢。同時不能盲目迷信民用無線技術的先進性能指標，需要充分分析在軍事領域中引入民用無線通信技術的優(yōu)勢以及帶來的不足，針對不同的民用技術的特點確立該技術在軍事領域的引入方式。另外還應該積極參與民用無線通信技術標準的制定會議和活動，在一定程度上推動民用技術標準向滿足軍事需求的方向上發(fā)展。

4 總結

在軍民融合大背景下，將先進的民用無線通信技術引入軍事領域可以促進軍隊作戰(zhàn)能力的提升，并擴展民用技術的應用范圍。但是由于設計目標和應用場景的不同，民用無線通信技術并不能直接照搬到軍事領域，需要深入分析民用技術的優(yōu)勢和不足，針對不同的技術特點采用不同的應用方式。

本文分析了軍事領域無線通信技術發(fā)展的不足，介紹了民用無線技術的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、影響因素以及目前的關鍵技術，進而分析了民用無線通信技術在軍事應用中的主要應用方式以及優(yōu)勢和不足之處，并給出了在軍民融合背景下民用無線技術在軍事領域應用的研究思路。

參考文獻：

[1]Andrusenko J, Burbank J, and Ouyang F. Future Trends in Commercial Wireless Communications and Why They Matter to the Military [J]. Johns Hopkins APL Technical Digest, 2015, 33（1）:6-15.

[2]Burbank J, Kasch W. COTS Communications Technologies for DoD Applications: Challenges and Limitations [J]. IEEE Military Communications Conference, 2004:1172-1178.

[3]任慧朋. 通用信息技術的軍民融合發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)實意義[J]. 裝備學院學報. 2016, 22（1）:31-35.