陳大勇 謝佳軒 張梅雙

（海軍裝備研究院 北京 100161）

民用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于軍事通信的利弊思考?

陳大勇 謝佳軒 張梅雙

（海軍裝備研究院 北京 100161）

以手機(jī)應(yīng)用為代表的民用移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展迅速，帶給人們的直接體驗(yàn)是聯(lián)絡(luò)方便、可靠性高、技術(shù)先進(jìn)，與此同時(shí)，軍用通信技術(shù)給人的印象是相對(duì)落后、不便捷。在軍民融合發(fā)展的大形勢(shì)下，探索民用移動(dòng)通信技術(shù)向軍事領(lǐng)域的移植具有重大現(xiàn)實(shí)意義。論文簡(jiǎn)述了民用移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)民用移動(dòng)通信技術(shù)在外軍的應(yīng)用現(xiàn)狀及現(xiàn)實(shí)軍事需求，分析了民用移動(dòng)通信技術(shù)用于軍用通信領(lǐng)域的可行性及局限性，并給出了后續(xù)技術(shù)發(fā)展建議。

軍民融合；移動(dòng)通信技術(shù)；LTE

1 引言

1.1 民用移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前民用無(wú)線通信系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到第4代（4G），主要標(biāo)準(zhǔn)包括了LTE-FDD和LTE-TDD。LTE在技術(shù)上的重大創(chuàng)新使得在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行 100Mbit∕s和上行 50MHzbit∕s峰值速率，支持包括語(yǔ)音、視頻以及互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)。

第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）是面向2020年之后的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，5G將具有超高的頻率利用率和能效，傳輸速率和資源利用率比LTE提高一個(gè)量級(jí)或更高，無(wú)線覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶(hù)體驗(yàn)也將會(huì)得到顯著提高，能夠滿(mǎn)足未來(lái)10年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的發(fā)展需求。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)展，對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一［1］。

由于第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)成熟度和應(yīng)用普及率高，研究其技術(shù)體系對(duì)軍事通信發(fā)展具有較好的借鑒意義。在4G通信標(biāo)準(zhǔn)中，LTE系統(tǒng)自2004年問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)成為移動(dòng)通信史上發(fā)展最快的系統(tǒng)，目前已經(jīng)被世界性的廣泛采納。全球移動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會(huì)（Global mobile Suppliers Association，GSA）統(tǒng)計(jì)截止2015年底，全球有181個(gè)國(guó)家投入使用了692個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計(jì)2018年底LTE系統(tǒng)將覆蓋全球49%以上的人口。因此下文主要結(jié)合LTE系統(tǒng)展開(kāi)論述。

1.2 LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃（Long Term Evolution，LTE）是由國(guó)際通信組織3GPP提出的無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)概念首次出現(xiàn)是在2008年第四季度3GPP第8協(xié)議版本中，最新版本是2015年推出的第13版本。LTE系統(tǒng)采用了扁平化架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)包括兩大部分：核心網(wǎng)（EPC）和接入網(wǎng)（E-UTRAN），其中，接入網(wǎng)主要由基站（eNode-B）組成，實(shí)現(xiàn)物理層功能、MAC、RRC、調(diào)度、無(wú)線接入控制和移動(dòng)性管理等功能；核心網(wǎng)完全基于IP交換，各種業(yè)務(wù)都通過(guò)IP系統(tǒng)提供給用戶(hù)設(shè)備，將傳統(tǒng)的語(yǔ)音網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)合并為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：

1）采用OFDMA∕SC-FDMA等先進(jìn)無(wú)線通信技術(shù)獲得高速傳輸速率

LTE上、下行鏈路分別選擇正交頻分技術(shù)（OFDMA）和單載波-頻分多址技術(shù)（SC-FDMA）的無(wú)線接入方式。OFDMA是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，基本原理是將高速數(shù)據(jù)信號(hào)分成并行的低速數(shù)據(jù)，然后在一組正交的子載波上傳輸，在頻域內(nèi)將信道劃分成若干個(gè)互相正交的子信道，每個(gè)子信道均擁有自己的載波，分別對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。OFDMA技術(shù)具有對(duì)抗信道頻率選擇性衰落的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)；SC-FDMA是在發(fā)射端采用單載波調(diào)制技術(shù)，而在接收端采用頻域均衡的接收技術(shù)，具有更低的峰均比。

2）采用MIMO等智能天線技術(shù)大幅提升信道容量和覆蓋范圍

MIMO技術(shù)是一種典型的多天線技術(shù)，將用戶(hù)數(shù)據(jù)分解為多個(gè)并行的數(shù)據(jù)流，在指定的帶寬內(nèi)由多個(gè)發(fā)射天線上同時(shí)刻發(fā)射，經(jīng)過(guò)無(wú)線信道后，由多個(gè)接收天線接收，并根據(jù)各數(shù)據(jù)流的空間特性，利用解調(diào)技術(shù)恢復(fù)出原數(shù)據(jù)流。MIMO技術(shù)解決了速率和覆蓋問(wèn)題，其信道容量隨著天線數(shù)量的增加而線性增大，在不增加帶寬和天線發(fā)射功率的情況下，大幅提高頻譜利用率，從而可以獲得更高的數(shù)據(jù)率、更好的傳輸品質(zhì)或更大的系統(tǒng)覆蓋范圍。

3）采用軟件無(wú)線電技術(shù)使得系統(tǒng)融合性更好

軟件無(wú)線電技術(shù)是將標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件功能單元經(jīng)過(guò)一個(gè)通用硬件平臺(tái)，利用軟件加載方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型無(wú)線電通信系統(tǒng)的一種具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。采用軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)的基站可同時(shí)為多個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，有助于不同標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的融合。

4）采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

LTE采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，語(yǔ)音和數(shù)據(jù)都由IP承載傳輸，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合，改變了移動(dòng)通信的業(yè)務(wù)模式和服務(wù)模式，提高了通用性、可擴(kuò)展性和靈活性，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作更有效率。同時(shí)，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使得各種類(lèi)型的接入網(wǎng)通過(guò)媒體接入系統(tǒng)都能夠無(wú)縫地接入基于IP的分組核心網(wǎng)，形成公共可擴(kuò)展的無(wú)線通信平臺(tái)，為多種不同無(wú)線接入體制的技術(shù)互通創(chuàng)造了條件。

5）優(yōu)化了QoS機(jī)制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定在線

LTE系統(tǒng)具有高速、突發(fā)的特征，為有效提高用戶(hù)體驗(yàn)，減小業(yè)務(wù)建立的時(shí)延，真正實(shí)現(xiàn)用戶(hù)永遠(yuǎn)在線；引入了默認(rèn)承載的概念，即在用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)附著的同時(shí)，為該用戶(hù)建立一個(gè)固定數(shù)據(jù)速率的默認(rèn)承載，保證其基本的業(yè)務(wù)需求；簡(jiǎn)化了QoS參數(shù)定義，減少了網(wǎng)元之間QoS參數(shù)傳遞的數(shù)量；同時(shí)，對(duì)QoS協(xié)商機(jī)制也進(jìn)行了優(yōu)化，取消了專(zhuān)用信道的概念，采用共享信道的機(jī)制，以及更靈活的動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，不允許進(jìn)行多次QoS的協(xié)商，從而提高信令交互的效率。

1.3 民用移動(dòng)通信技術(shù)與軍事戰(zhàn)術(shù)通信的發(fā)展比對(duì)

在商用無(wú)線通信技術(shù)以指數(shù)級(jí)速度發(fā)展的同時(shí)，傳統(tǒng)軍用戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)跟商用無(wú)線通信技術(shù)的“容量差別”正在越拉越大。飛速發(fā)展的商用標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)存的美國(guó)國(guó)防部無(wú)線電系統(tǒng)在峰值數(shù)據(jù)速率上的差別如圖1所示［2］，預(yù)計(jì)2020年民用移動(dòng)通信系統(tǒng)速率（LTE-A，最高速率1Gbps）將是軍用通信系統(tǒng)（JTRS-WNW，最高速率23Mbps）的50倍。產(chǎn)生如此大容量差別的主要因素主要有以下幾點(diǎn)：其一，兩種系統(tǒng)的用戶(hù)群數(shù)量差別巨大，GSA協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)2018年底LTE用戶(hù)將達(dá)到35億人，與此美軍采購(gòu)量最大的“辛嘎斯”（SINCGARS）軍用電臺(tái)也不過(guò)57萬(wàn)個(gè)，用戶(hù)數(shù)的差異造成了用戶(hù)體驗(yàn)程度、技術(shù)迭代速度的巨大差異；其二，兩者市場(chǎng)規(guī)模的巨大差異，GSA統(tǒng)計(jì)LTE系統(tǒng)在2020年前的市場(chǎng)規(guī)模約為9970億美元，而2020年前包含空基、陸基、水下所有通信制式的全球軍用通信市場(chǎng)份額不過(guò)400億美元［3］，市場(chǎng)規(guī)模的差異引起兩種技術(shù)發(fā)展推動(dòng)力的巨大差異，LTE巨大的商用投入使得廉價(jià)、小尺寸、低功耗的基礎(chǔ)設(shè)施成為現(xiàn)實(shí)，由此產(chǎn)生了多種處理能力強(qiáng)的高效率終端設(shè)備。

圖1 戰(zhàn)術(shù)通信和商用通信在數(shù)據(jù)容量上的差別

對(duì)比民用技術(shù)體制尤其是LTE技術(shù)體制，可以發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的需求部分可以通過(guò)LTE技術(shù)體制的關(guān)鍵技術(shù)加以解決。與此同時(shí)，伴隨著民用通信市場(chǎng)投入指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)及國(guó)防經(jīng)費(fèi)無(wú)法按照相同比例增長(zhǎng)，如不將民用移動(dòng)通信技術(shù)融入軍用通信系統(tǒng)中，這個(gè)差別會(huì)越來(lái)越大。

2 民用移動(dòng)通信技術(shù)在美軍的應(yīng)用情況

軍用通信領(lǐng)域?qū)τ诳煽康摹⒖垢蓴_的通信技術(shù)具有巨大需求?；诿裼猛ㄐ畔到y(tǒng)的商用現(xiàn)貨供應(yīng)技術(shù)（COTS）技術(shù)獲得了外軍的高度重視。美國(guó)國(guó)防部越來(lái)越多地借助COTS技術(shù)，將原有專(zhuān)有、一次性、政府定制、高昂維護(hù)費(fèi)用的軍用通信市場(chǎng)進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)變成更先進(jìn)、開(kāi)放體制、隨時(shí)可用、大量供應(yīng)商的低成本商業(yè)市場(chǎng)。軍用通信系統(tǒng)總承包商可以利用COTS技術(shù)滿(mǎn)足他們的軍事組織客戶(hù)的需求，同時(shí)利用現(xiàn)成的COTS解決方案幫助加快產(chǎn)品上市速度，更易于維護(hù)，提供了更長(zhǎng)的系統(tǒng)全壽命周期。此外，COTS通信技術(shù)尤其是基于標(biāo)準(zhǔn)的LTE架構(gòu)，是成熟、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠和穩(wěn)定的，易于部署并可擴(kuò)展。阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍緊急采購(gòu)了多個(gè)基于COTS技術(shù)的ANC∕PRC-117G軟件無(wú)線電平臺(tái)［5］。研究機(jī)構(gòu)SNS預(yù)測(cè)2020年以前美軍直接采購(gòu)用于軍用的LTE基站數(shù)將達(dá)到1.5萬(wàn)個(gè)以上［6］。

2.1 海軍

2013年，海軍航空系統(tǒng)司令部與Oceus網(wǎng)絡(luò)公司合作，耗資1.6億美元，開(kāi)展了將LTE技術(shù)引入到艦載通信系統(tǒng)中試驗(yàn)。在“卡爾薩基”號(hào)（USS Kearsarge）和“圣安東尼奧”號(hào)（USS San Antonio）兩棲攻擊艦架設(shè)了LTE系統(tǒng)，驗(yàn)證了船與船之間進(jìn)行語(yǔ)音、文字、視頻的通信以及跟20海里外的直升機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻通信，兩艘艦上的人員可以接收安裝在直升機(jī)上的空中節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)視頻［4］［7］。

在 2015年的“三叉戟勇士”（“Trident Warrior”）網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)演習(xí)中，又在自由級(jí)瀕海戰(zhàn)斗艦“Fort worth”號(hào)上開(kāi)展了利用LTE系統(tǒng)搭建寬待高速微波網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)。海軍航空系統(tǒng)司令部的目標(biāo)是要驗(yàn)證LTE技術(shù)在海上編隊(duì)環(huán)境和艦載環(huán)境下的應(yīng)用可行性。根據(jù)有限的資料分析，主要檢驗(yàn)的LTE技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域是護(hù)航中的臨檢拿捕人物和艦員的日常生活應(yīng)用，還沒(méi)有擴(kuò)展到作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。試驗(yàn)中暴露的LTE技術(shù)應(yīng)用到艦載環(huán)境面臨的主要問(wèn)題是來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的信號(hào)干擾、系統(tǒng)安全性等。

圖2 美國(guó)Oceus網(wǎng)絡(luò)公司LTE設(shè)備

圖3 LSF-02型LTE背負(fù)電臺(tái)

2.2 陸軍

美國(guó)戰(zhàn)術(shù)通信技術(shù)發(fā)展很快，其現(xiàn)役的戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電通信系統(tǒng)是美軍進(jìn)行信息技術(shù)革命，提高作戰(zhàn)效率，并最終實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)數(shù)字化的重要基礎(chǔ)。其中最有代表性的有“辛嘎斯”無(wú)線電系統(tǒng)、增強(qiáng)定位報(bào)告系統(tǒng)、21世紀(jì)部隊(duì)旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線電系統(tǒng)JTRS、全球移動(dòng)信息系統(tǒng)GloMo、作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)WIN-T等。WIN-T項(xiàng)目充分采用商用技術(shù)用于傳輸話音、數(shù)據(jù)和視頻，它將構(gòu)成下一代高級(jí)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，為部隊(duì)提供一個(gè)集成的、靈活、安全、生存能力強(qiáng)、無(wú)縫連接的多媒體信息支撐系統(tǒng)，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，原計(jì)劃到2012年把3G戰(zhàn)術(shù)個(gè)人通信系統(tǒng)發(fā)展成WIN-T結(jié)構(gòu)，到2015年實(shí)現(xiàn)4G 水平［2］。

2012年美國(guó)國(guó)防部終止了JTRS項(xiàng)目后，美軍一直在尋求部署高速無(wú)線接入手段，為戰(zhàn)場(chǎng)士兵提供連續(xù)覆蓋，以便士兵們可以從他們的智能手機(jī)而非計(jì)算機(jī)上接入網(wǎng)絡(luò)。2014年美國(guó)國(guó)防部委托ADLINK公司和設(shè)備集成商LCR開(kāi)發(fā)了一款背負(fù)式LTE電臺(tái)（LSF-02），系統(tǒng)基于基于車(chē)載基站（Cell on Wheels COW）技術(shù)，終端重量為9kg，功率1W，可以支持16個(gè)用戶(hù)開(kāi)展音頻∕視頻電話和多媒體會(huì)議［6］［8］。

美國(guó)Harris公司基于LTE技術(shù)推出了FUSION、KnightHAWK兩種系統(tǒng)，其中，F(xiàn)USION系統(tǒng)應(yīng)用于移動(dòng)用戶(hù)，包含了車(chē)載基站和定制終端；KNIGHTHAWK系統(tǒng)完全兼容商用LTE標(biāo)準(zhǔn)，可以在商用智能手機(jī)基礎(chǔ)上快速改造。兩種系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景示意如圖4。

圖4 美陸軍LTE系統(tǒng)戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用示意圖

3 民用移動(dòng)通信技術(shù)在軍事通信中的應(yīng)用方案

民用移動(dòng)通信技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是依托強(qiáng)大的地面設(shè)施，包括有線連接和數(shù)量規(guī)模巨大的基站分布。這兩個(gè)條件是軍事通信中所不具備的，由此無(wú)法將其直接用于軍事通信［11］。

我們提出一種基于LTE技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)采用分層分布式柵格狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用無(wú)線連接代替有線，如圖5所示。網(wǎng)絡(luò)分成三層：接入網(wǎng)、骨干網(wǎng)和中繼。接入網(wǎng)絡(luò)層由移動(dòng)用戶(hù)組成，以無(wú)線方式、隨機(jī)接入所屬移動(dòng)基站，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)通信連接或漫游功能；骨干網(wǎng)絡(luò)層由小型化移動(dòng)基站組成，移動(dòng)基站之間采用Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建骨干網(wǎng)絡(luò)，以有線、無(wú)線和衛(wèi)星方式覆蓋整個(gè)作戰(zhàn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶(hù)的隨機(jī)接入控制；中繼網(wǎng)絡(luò)層由衛(wèi)星通信組成，當(dāng)受地形、地球曲率等因素的影響而使通信受到限制時(shí)，利用衛(wèi)星信道可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)基站間的互連，這樣可在整個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)橫向和縱向傳輸無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)基站對(duì)整個(gè)通信保障區(qū)域的全覆蓋。

圖5 基于LTE技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在整個(gè)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，LTE系統(tǒng)的作用主要集中在以下兩個(gè)方面：

1）區(qū)域內(nèi)部高速寬帶通信

對(duì)于某些軍事區(qū)域的高速寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋或者有大量寬帶業(yè)務(wù)傳輸需求，可采用固定和機(jī)動(dòng)基站相結(jié)合方式構(gòu)建區(qū)域性高性能4G網(wǎng)絡(luò)，支持視頻監(jiān)控、視頻會(huì)議以及流媒體等寬帶傳輸業(yè)務(wù)。一體化的機(jī)動(dòng)基站覆蓋部隊(duì)所屬單兵活動(dòng)區(qū)域，單兵配置4G終端接入基站，可在所屬編制內(nèi)漫游，實(shí)現(xiàn)隨遇接入和區(qū)域內(nèi)部的通信。

2）廣域接入

整個(gè)LTE移動(dòng)系統(tǒng)作為接入網(wǎng)再通過(guò)有線、衛(wèi)星或微波接入外部廣域網(wǎng)絡(luò)。

4 民用移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用于軍事通信的局限性

雖然從2G時(shí)代開(kāi)始，民用移動(dòng)通信技術(shù)就已用于戰(zhàn)術(shù)通信，但主要是作為指揮調(diào)度、勤務(wù)和應(yīng)急通信保障，其應(yīng)用模式基本照搬了民用移動(dòng)通信系統(tǒng)，始終無(wú)法成為主要的通信手段。究其原因，一方面是由于2G移動(dòng)通信系統(tǒng)相較傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)通信手段沒(méi)有突出優(yōu)勢(shì)；另一方面是由于移動(dòng)通信技術(shù)體制上存在的一些固有缺陷，無(wú)法適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)通信要求。已LTE技術(shù)為代表的4G移動(dòng)通信系統(tǒng)雖然在通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率上已有質(zhì)的飛躍，但移動(dòng)通信的固有缺陷仍是制約其軍用化的重要障礙。

4.1 技術(shù)局限性

1）LTE的基礎(chǔ)設(shè)施與戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的矛盾

其一，依賴(lài)有線網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法滿(mǎn)足缺乏基礎(chǔ)設(shè)施的戰(zhàn)場(chǎng)通信要求。民用LTE系統(tǒng)的核心網(wǎng)、接入網(wǎng)、基站之間都是通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接，無(wú)法通過(guò)無(wú)線連接來(lái)組網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)法適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)通信要求。戰(zhàn)術(shù)通信必須要能夠在無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施保障條件下即時(shí)、自主開(kāi)設(shè)。在LTE系統(tǒng)中，移動(dòng)用戶(hù)與基站之間采用非對(duì)稱(chēng)的上下行通信體制，從根本上導(dǎo)致基站之間無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信；其二，LTE技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋是蜂窩結(jié)構(gòu)，不同固定基站具有固定覆蓋，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基站群形成廣域覆蓋，不適于大規(guī)模移動(dòng)環(huán)境使用。在軍事通信中，作戰(zhàn)單元的機(jī)動(dòng)性是突出特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于通信而言就是不僅用戶(hù)終端移動(dòng)，通信節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)也在不斷移動(dòng)。同時(shí)，戰(zhàn)場(chǎng)范圍往往在正面和縱深數(shù)十到上百公里的區(qū)域內(nèi)，需要多基站形成蜂窩小區(qū)網(wǎng)絡(luò)解決覆蓋問(wèn)題，由于基站無(wú)法固定開(kāi)設(shè)，小區(qū)位置和覆蓋范圍都將在不斷移動(dòng)和變化中，既要實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋又要避免小區(qū)間干擾將非常困難；其三，系統(tǒng)功能和設(shè)備復(fù)雜，不適合機(jī)動(dòng)使用。核心網(wǎng)和基站在LTE系統(tǒng)扮演了關(guān)鍵角色，核心網(wǎng)承擔(dān)了用戶(hù)及會(huì)話管理控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由切換選擇等大量功能?；倦m然已大為簡(jiǎn)化，但LTE采用的MIMO技術(shù)要求較多的天線配置。而戰(zhàn)術(shù)通信設(shè)備以艦載、車(chē)載、攜行使用為主，必須考慮集成化、小型化，便于裝載和機(jī)動(dòng)，如此大量的核心網(wǎng)設(shè)備無(wú)法滿(mǎn)足野戰(zhàn)機(jī)動(dòng)使用要求，基站的大量天線也不便于車(chē)載安裝和使用；其四，在海軍艦艇上應(yīng)用還面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境，艦艇平臺(tái)上多種電子設(shè)備產(chǎn)生高功率、寬頻譜輻射，都會(huì)對(duì)功率較低、抗干擾能力差的LTE系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。

2）網(wǎng)絡(luò)安全性差

LTE系統(tǒng)主要由移動(dòng)終端、無(wú)線接入網(wǎng)、無(wú)線核心網(wǎng)絡(luò)和IP骨干網(wǎng)組成，網(wǎng)絡(luò)安全缺陷也存在于這幾部分［9］。其一，對(duì)于移動(dòng)終端來(lái)說(shuō)，LTE系統(tǒng)的移動(dòng)終端是無(wú)線應(yīng)用參與者和執(zhí)行者。一般情況下，無(wú)線終端硬件平臺(tái)缺乏一定的保護(hù)和驗(yàn)證機(jī)制，很多模塊固件會(huì)被篡改，而且終端內(nèi)部通信接口沒(méi)有形成機(jī)密性和完整性保護(hù)機(jī)制，因此移動(dòng)終端傳遞的相關(guān)信息經(jīng)常會(huì)被竊聽(tīng)。其二，對(duì)于無(wú)線接入網(wǎng)來(lái)說(shuō)，安全威脅來(lái)源于竊聽(tīng)、中間人攻擊、流氓節(jié)點(diǎn)。竊聽(tīng)、中間人攻擊發(fā)生在用戶(hù)與基站（eNode-B）初始接觸階段，利用LTE自身在用戶(hù)轉(zhuǎn)移時(shí)沒(méi)有加密、明文的缺陷進(jìn)行攻擊；流氓節(jié)點(diǎn)威脅的原因是LTE的eNode-B節(jié)點(diǎn)成本較低，因此比傳統(tǒng)的基站節(jié)點(diǎn)更容易安裝部署，流氓節(jié)點(diǎn)通過(guò)偽裝成正常的基站節(jié)點(diǎn)竊取數(shù)據(jù)或者將用戶(hù)數(shù)據(jù)流重定位到其他網(wǎng)絡(luò)。其三，對(duì)于核心網(wǎng)來(lái)說(shuō)，安全威脅來(lái)源于未授權(quán)接入、DoS、DDoS攻擊和IP綁架、IP欺詐。在沒(méi)有安全協(xié)議使用的情況下，E-UTRAN和EPC的控制數(shù)據(jù)流和用戶(hù)數(shù)據(jù)流都不會(huì)進(jìn)行加密或者完整性保護(hù)，這使得數(shù)據(jù)很容易被竊聽(tīng)、修改，使得攻擊者獲得未授權(quán)的接入權(quán)限。

3）抗干擾能力差

其一，LTE的關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)［12］。LTE系統(tǒng)中小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)用于提升小區(qū)邊緣用戶(hù)的傳輸性能，而子載波跳頻技術(shù)用于獲取頻率分集增益。這些技術(shù)均不是設(shè)計(jì)用來(lái)抵抗諸如窄帶瞄準(zhǔn)干擾、寬帶壓制干擾等戰(zhàn)場(chǎng)電磁對(duì)抗范疇的干擾形式。這是因?yàn)槊裼猛ㄐ畔到y(tǒng)使用場(chǎng)景中，假定不存在惡意的無(wú)線電波攻擊，不需要很強(qiáng)的抗干擾措施，其目的主要是減少相鄰小區(qū)的互干擾、用戶(hù)間的自干擾以及異構(gòu)系統(tǒng)之間的電磁干擾，以提升用戶(hù)體驗(yàn)；在軍用通信中，人為干擾無(wú)處不在，輕則極大降低信干比，增大誤碼率；重則系統(tǒng)完全失效，無(wú)法正常通信。其二，由于商用通信的協(xié)議公開(kāi)性，容易設(shè)計(jì)出具備很強(qiáng)針對(duì)性的干擾方式。例如目標(biāo)干擾，利用LTE的波形特點(diǎn)產(chǎn)生與目標(biāo)LTE信號(hào)相關(guān)的干擾，可以很大程度上使信號(hào)傳輸性能下降；再如同步干擾，利用信道狀態(tài)信息，產(chǎn)生與目標(biāo)LTE系統(tǒng)的同步信號(hào)干擾。

4）應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境能力弱

其一，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜地理環(huán)境。商用通信技術(shù)主要覆蓋城市和郊區(qū)等準(zhǔn)平滑地形，對(duì)于山區(qū)、丘陵以及森林等地形的覆蓋較差，而這些位置都是戰(zhàn)時(shí)的重要戰(zhàn)略地帶，商用通信技術(shù)在上述環(huán)境下的性能欠佳。其二，無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境。商用通信系統(tǒng)尤其是LTE系統(tǒng)的波束賦型、多天線技術(shù)優(yōu)化目標(biāo)是最大化用戶(hù)容量，因此不具備干擾調(diào)零能力；商用系統(tǒng)一般不具備跳頻能力，商用網(wǎng)絡(luò)的頻譜偏高，覆蓋范圍有限，繞射能力差，抗干擾能力較弱。其三，嚴(yán)重依賴(lài)小區(qū)規(guī)劃，多個(gè)小區(qū)共存時(shí)性能下降。當(dāng)多個(gè)小區(qū)共存時(shí)，商用通信系統(tǒng)需要利用精細(xì)的站址設(shè)計(jì)和功率設(shè)計(jì)手段減少小區(qū)間干擾，上述條件在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下難以滿(mǎn)足。

4.2 需要開(kāi)展的關(guān)鍵技術(shù)

1）降低對(duì)有線基礎(chǔ)設(shè)施的依賴(lài)度

探索Mesh組網(wǎng)和Ad Hoc組網(wǎng)技術(shù)與LTE技術(shù)的有效融合，有效解決將有線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)用到高速移動(dòng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)遇到的問(wèn)題，消除骨干網(wǎng)互聯(lián)時(shí)對(duì)有線基礎(chǔ)設(shè)施的依靠，真正的實(shí)現(xiàn)全無(wú)線互聯(lián)的組網(wǎng)系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)精確預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能的工具，統(tǒng)一在戰(zhàn)術(shù)通信環(huán)境網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的參量和指標(biāo)。同時(shí)，減小協(xié)議復(fù)雜度和組網(wǎng)單元的數(shù)量，降低設(shè)備體積和減小設(shè)備功耗。

2）提升網(wǎng)絡(luò)安全級(jí)別

民用系統(tǒng)采用的密鑰體系和強(qiáng)度不能保證在戰(zhàn)術(shù)條件下的安全，需要使用軍用的專(zhuān)用加密技術(shù)加以改造［10］。加解密功能的部署位置和信令交互流程以及密鑰管理等需要結(jié)合具體的使用場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了加強(qiáng)系統(tǒng)安全保密性，可以考慮物理層加密，例如通過(guò)使用自定義的星座映射方式，信道編碼算法等信號(hào)處理手段進(jìn)行加密，使得破解方無(wú)法從信號(hào)處理的角度進(jìn)行解調(diào)，從底層消除信息被竊取或者篡改的可能。

在移動(dòng)終端方面，需要加強(qiáng)認(rèn)證和加密。通過(guò)加強(qiáng)認(rèn)證機(jī)制來(lái)確保合法用戶(hù)使用終端；移動(dòng)終端可以給不同級(jí)別的用戶(hù)分配不同的使用權(quán)限，防止保密數(shù)據(jù)泄漏；LTE終端還應(yīng)采用操作系統(tǒng)加密功能，對(duì)終端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

在無(wú)線接入網(wǎng)方面，有以下5個(gè)方面的工作需要開(kāi)展：第一，采用相關(guān)技術(shù)措施（物理地址過(guò)濾、端口訪問(wèn)控制）設(shè)置無(wú)線接入網(wǎng)的細(xì)粒度訪問(wèn)控制策略；第二，為了防止非可信移動(dòng)終端接入無(wú)線接入網(wǎng)，需要運(yùn)用無(wú)線接入網(wǎng)自身安全策略來(lái)實(shí)現(xiàn)可信移動(dòng)終端的安全介入功能；第三，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，移動(dòng)終端在與無(wú)線接入網(wǎng)進(jìn)行傳輸過(guò)程中建設(shè)加密傳輸通道，以自主設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)實(shí)現(xiàn)安全傳輸；第四，滿(mǎn)足無(wú)線接入網(wǎng)的安全數(shù)據(jù)過(guò)濾功能，發(fā)揮該功能對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)資源在內(nèi)部系統(tǒng)或核心網(wǎng)中的安全性，防止非法數(shù)據(jù)的侵入；第五，為針對(duì)性、有效性分析和記錄移動(dòng)終端的行為規(guī)律、異常操作，以保障無(wú)線接入網(wǎng)的可靠性與高效性，需要結(jié)合移動(dòng)終端的訪問(wèn)行為、無(wú)線接入設(shè)備的運(yùn)作情況來(lái)構(gòu)建統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)。

在核心網(wǎng)方面，為了解決IP地址的容易受到攻擊的問(wèn)題，可采用IPSec架構(gòu)（Internet協(xié)議安全性）等。IPSec定義了在網(wǎng)際層使用的安全服務(wù)，通過(guò)使用加密的安全服務(wù)以確保在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行保密而安全的通訊，其功能包括數(shù)據(jù)加密、對(duì)網(wǎng)絡(luò)單元的訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)源地址驗(yàn)證、數(shù)據(jù)完整性檢查和防止重放攻擊。IPSec是安全聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期方向。它通過(guò)端對(duì)端的安全性來(lái)提供主動(dòng)的保護(hù)以防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外，還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理、負(fù)載平衡來(lái)解決DoS、DDoS攻擊等。

3）提高抗干擾能力

其一，利用LTE系統(tǒng)的多天線、大帶寬、多頻段同時(shí)工作等特征，發(fā)展基于信號(hào)處理、跳頻、直接擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合、自適應(yīng)天線和擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合、擴(kuò)頻與其他非擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合；其二，利用LTE系統(tǒng)的軟件化、動(dòng)態(tài)可配置的特征，利用軟件無(wú)線電技術(shù)改善抗干擾性能。使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升體系的抗干擾能力，提高干擾識(shí)別檢測(cè)、抗干擾方式靈活運(yùn)用的能力。

4）提升復(fù)雜環(huán)境應(yīng)對(duì)能力

其一，為了增強(qiáng)4G寬帶網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，應(yīng)借助最新的無(wú)線中繼和Femtocell等局部自組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展和完善。其二，對(duì)于需建設(shè)的軍用固定基站，可利用協(xié)同多點(diǎn)傳輸技術(shù)對(duì)其抗毀性進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用射頻拉遠(yuǎn)設(shè)備將天線射頻部分和核心網(wǎng)設(shè)備分離，核心網(wǎng)設(shè)備埋于地下，射頻天線分散于整個(gè)區(qū)域，即使部分遠(yuǎn)端天線被毀，仍能保持區(qū)域內(nèi)基本覆蓋。其三，軍用通信時(shí)相關(guān)設(shè)備需調(diào)整頻率，可在400～800MHz內(nèi)進(jìn)行軍用寬帶移動(dòng)通信傳輸，提升系統(tǒng)繞射能力和通信能力。其四，為了增強(qiáng)LTE系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境工作能力，需要開(kāi)展寬帶跳頻技術(shù)研究，增強(qiáng)系統(tǒng)抗窄帶干擾能力；利用LTE多天線的特征，開(kāi)展多天線干擾調(diào)零、分布式抗干擾技術(shù)研究，增強(qiáng)系統(tǒng)抗寬帶干擾的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

以4G技術(shù)為代表的民用移動(dòng)通信技術(shù)軍事通信領(lǐng)域，可以滿(mǎn)足部分通信應(yīng)用需求，但遠(yuǎn)不能覆蓋全部軍事需求，準(zhǔn)確定位民用移動(dòng)通信技術(shù)的用途、解決“民參軍”的技術(shù)問(wèn)題，是民用移動(dòng)通信技術(shù)與軍事通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍民融合發(fā)展的技術(shù)路線。

綜上所述，民用移動(dòng)通信技術(shù)比較適用的軍事需求包括：指揮調(diào)度、勤務(wù)和應(yīng)急通信保障；野戰(zhàn)通信；艦艇護(hù)航、登陸作戰(zhàn)的集群通信；岸艦近距離活動(dòng)時(shí)的移動(dòng)通信等。存在的主要不足包括：一是，應(yīng)用范圍存在一定的局限性，不適合岸海遠(yuǎn)程通信、編隊(duì)內(nèi)的戰(zhàn)術(shù)通信等。雖然LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)稱(chēng)可最高支持350km∕h移動(dòng)速度，由于艦載基站覆蓋能力有限、艦機(jī)的艦空高機(jī)動(dòng)通信的適用性有待試驗(yàn)驗(yàn)證；二是需進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，減少地面基礎(chǔ)設(shè)施的依賴(lài)性，增強(qiáng)其抗干擾能力和網(wǎng)絡(luò)安全性等。

［1］尤肖虎等.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2014，44（5）：551-563.

［2］Hartman，A.R.，ets.4G LTE wireless solutions for DoD systems［J］.In MILITARY COMMUNICATIONS CONFERENCE，2011-MILCOM2011，p.2216-2221.IEEE，2011.

［3］Military Communications Market by Communication（Airborne，Air-Ground，Underwater Communication），Component（Military Satcom，Radio System，Security System），Application（Commandamp;Control，Situational Awareness）amp;by Region-Global Forecast to 2020，［DB∕OL］.http：∕www.marketsandmarkets.com∕Market-Reports∕military-communications.html.

［4］武明.LTE技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)通信中的應(yīng)用研究［J］.通訊世界，2014，5：12-14.

［5］ LTE infrastructure for today's military networks，［DB∕OL］.http：∕picmg.mil-embedded.com∕articles∕lte-infrastructure-todays-military-networks∕.

［6］ The Public Safety LTEamp;Mobile Broadband Market：2016-2030Opportunities，Challenges，Strategiesamp;Forecasts ，［DB∕OL］.http：∕www.snstelecom.com∕public-safety-lte.

［7］Adam Stone.Navy rethinks how to bring 4G LTE to sea［EB∕OL］.http：∕www.militarytimes.com∕news∕your-military∕2016∕02∕14∕navy-rethinks-how-to-bring-4g-lte-to-sea∕.

［8］Communication and Co-operation Create a Tactical LTE Network ，［DB∕OL］.http：∕eecatalog.com∕military∕2015∕11∕24∕communication-and-co-operation-create-a-tactical-lte-network∕.

［9］Clancy，T.Charles，Mark Norton，and Marc Lichtman.Security challenges with LTE-advanced systems and military spectrum［J］.In Military Communications Conference，MILCOM 2013-2013 IEEE，pp.375-381.

［10］4G LTE Security for Mobile Network Operators［DB∕OL］.https：∕www.csiac.org∕journal-article∕4g-lte-security-for-mobile-network-operators∕.

［11］Fraga-Lamas，ets.Evolving military broadband wireless communication systems： WiMAX， LTE and WLAN［C］∕In Military Communications and Information Systems（ICMCIS），2016 International Conference on，pp.1-8.IEEE，2016.

［12］Ramaswamy，ets.Design of an anti-jamming Appliqué for LTE-based military communications［C］∕In Military Communications Conference，MILCOM 2016-2016 IEEE，pp.230-235.IEEE，2016.

Thought on Advantages and Disadvantages of Civil Mobile Communication Technology for Military purposes

CHEN DayongXIE Jiaxuan ZHANG Meishuang
（Naval Equipment Research Institute，Beijing 100161）

Civil mobile communication system such as LTE have developed rapidly recent years.All those system allows users to obtain good experience and good quality of service.With the deepening of civil-military integration development，research on military applications of civilian technology has great practical significant.This paper describes current situation of civil mobile communication technology.Research status of foreign army using civilian communication systems is analyzed.This paper also analysis the possibility and limitation of similar researches in our country，gives some advice on the subsequent research.

civil-military integration development，mobile communication，LTE

E96

10.3969∕j.issn.1672-9730.2017.10.003

Class Number E96

?

2017年4月9日，

2017年5月29日

陳大勇，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：通信工程。謝佳軒，女，碩士，工程師，研究方向：通信工程。張梅雙，女，碩士，助理工程師，研究方向：通信工程。