将5G安全地扩展到战场空间

经济高效、低拦截和检测概率 （LPI/D） 网络可以提供与战斗空间的连接，同时保持几乎无法检测和抗干扰。通过适当的整合，5G作为通信平台的好处可以深入战场，从而进入更多士兵的手中。

将 5G 通信平台用于战场，可为关键和新兴应用提供更高的吞吐量和更低的延迟通信，同时享受商业技术的成本和规模优势。尽管承诺的功能很诱人，但它确实存在一些操作限制。虽然这些限制 - 主要集中在欺骗，干扰和不需要的信号检测 - 可以从智能天线等技术中受益，但只有通过5G用户设备的“军事化”才能实现这种好处。

如果保持不变，5G服务必须限制在战场的后边缘。然而，可以将5G带到战场中心的另一种选择是增强或扩展核心5G网络以获得运营优势，从而可以在不牺牲商业平台优势的情况下进一步扩展到战场空间。

战场上5G的问题

5G技术具有许多潜在的军事应用，从新的指挥控制方法（C2）和简化的后勤系统，到扩大情报，监视和侦察（ISR）系统以及其他数据密集型应用（如虚拟现实（VR））中处理的传感器数据量。所有这些应用都受益于5G提供的改进的数据速率，多媒体支持和/或更低的延迟。

然而，数据速率的这种提高仅部分取决于5G波形。更高的数据速率需要更高的网络容量，这是通过创建更小的网络单元来实现的，实际上是以容量和吞吐量为代价。尽管如此，由于较小的蜂窝确实增加了容量，它也增加了每个用户的无线电数量，同时提供了支持高效数据传输所需的信噪比，有可能将5G技术交到更多士兵手中。

虽然5G提供了好处，但它存在一些固有的漏洞：虽然在良性环境中稳定，但如果在恶劣的战场中使用，则会产生风险，主要是故意干扰和不需要的信号检测。至于干扰，5G波形使用正交频分复用（OFDM），将信息映射到时频格上。因此，干扰器可以在时间和频率上选择性地瞄准物理广播信道或下行链路控制信道。虽然5G同步信号不再是静态定位的，但欺骗仍然是可行的，尽管需要更复杂的干扰器。

干扰或干扰效应可以通过自适应或智能天线技术来减少，该技术将使用空时自适应处理（STAP）与天线阵列相结合，在将干扰源清零的同时波束到所需的5G信号。原则上，可以监控任何物理信道上的多余能量，并使用多余能量检测来波束控制天线系统和零不需要的信号。虽然技术上可行，但这种方法显著增加了系统的复杂性、尺寸、功耗和成本。

对于某些应用，5G信号是不合适的，因为它在任何有意义的意义上都不是隐蔽的。任何可以检测到的无线电信号也可以被定位，这可能会使士兵处于危险之中。如果5G旨在用于实战行动，则此特性将5G限制在战斗空间的边缘。虽然它可以到达指挥中心，但它并不能安全地支持它在战场深处的使用。

解决方案：使用 LPI/D 无线技术的 5G 增强

5G网络技术可以通过使用现有的低拦截和检测概率（LPI / D）无线网络技术进行增强，从而扩展到战场空间，这种方法可以提供前沿作战基地和战术作战中心以外的连接，以大大扩展可以使用5G的士兵数量。 美国陆军和其他军种继续研究和开发新的LPI/D解决方案， 目的是在保持信号安全性的同时改进功能。

大多数蜂窝网络（包括5G）分为两个功能组：核心网络，提供对云或互联网的网关访问;以及无线电接入网络，由蜂窝塔组成，这些蜂窝塔从用户设备（UE）发送和接收无线电信号。在 5G 网络中，在作为单个物理通道运行的单个数据包流中提供连接并在塔和 UE 之间分配容量。如果 UE 同时参与多个媒体服务，则来自这些独立服务的数据可以合并到单个共享数据包中。因此，UE 及其单个连接成为通往 LPI/D 网络的桥梁。

从概念上讲，一条虚拟线贯穿战区，表示前线边缘，一条将安全操作区（即5G安全）与威胁区分开的分界线。这条分界线是5G不应延伸的界限，以避免故意干扰源造成的不可接受的退化并避免被发现。沿着此边缘放置的是一组UE/客户端设备，这是从5G网络到LPI / D客户端网络的桥梁，此后简称为客户端网络。

虽然 5G 网络作为与 UE/客户端的单个连接运行，但客户端网络作为一对多运行，即为中等规模的连接用户网络提供服务的单个主机。LPI/D 网络以全网状、点对点和多跳的形式运行，支持士兵的移动性。能够用作手持设备的小型轻量级LPI / D无线电可以与UE设备结合使用，以产生与背靠背放置的两部5G手机的大小和厚度大致相同的解决方案。使用现有的接口选项可以轻松地将这对连接在一起。

此 UE/客户端组合用作客户端网络的主机。通过这种方式，UE/客户端设备充当 5G 网络域和 LPI/D 域之间的桥梁。跨域管理通过使用适当的适配层和地址映射机制在客户端处理。一旦 UE 端收到数据包并将其转发到客户端，客户端网络将承担确保数据包转发并路由到相应目的地的全部责任。尽管 LPI/D 网络可以作为组播运行，但网络内的通信通常是单播的。无论如何，这两种技术都可以在客户端使用，具体取决于服务和所需的连接。通过这种方式，5G网络上的服务可以以图像，视频，数据，互联网甚至语音通信的形式扩展到士兵。

由于发往客户端网络的所有数据都可以在单个数据包流中处理，这表明5G的本地传输系统可以保持不变地使用，应用层用于构建跨域服务。此策略允许在 5G 网络中使用 LPI/D 客户端服务，而不会将此客户端网络限制为 5G 接入标准。5G传输层保持不变，通信协议完全在应用层处理。

从功能上讲，5G然后成为中立主机，为客户端网络提供一组资源。对于最终用户来说，这一事实意味着以纯本机方式预配资源和处理网络通信。对于最终用户来说，除了他们现在可以享受通过5G网络承载的服务之外，没有任何变化。请注意，中性主机架构已与现有的WiFi和4G技术一起部署，这表明5G也可以使用相同的方法。

5G：进入战场空间

现有和新兴的LPI/D无线网络技术可用于将5G通信扩展到敌对战场。通过跨域管理，5G和LPI/D网络能够以最低的复杂性桥接。由于5G网络也作为一种中立主机运行，LPI / D网络可以参与5G服务，同时对5G架构保持基本透明。最终，这意味着5G服务可以进一步进入战场，使5G承载的服务能够提供给更多的士兵。

审核编辑：郭婷