民用无线通信技术在军事通信中的应用研究

刘尚东

（军事科学院系统工程研究院，北京 100141）

0 引言

随着网络中心战概念的不断发展和应用，无线通信技术在军事领域，尤其是战术作战领域扮演着越来越重要的角色。无线通信技术可以为战术边缘的作战人员提供战场统一态势和信息服务，支持从传感器到射手的高效协同，保障指控命令实时可达，是将信息优势转化为战斗力的关键手段。

军事无线通信技术的发展与军事战争的演变息息相关。最早无线通信技术的设计目标就是为军事通信和指挥服务。在第二次世界大战以及冷战时期，随着军事研究领域人力、物力、财力的大量投入，涌现出了大量先进的无线通信技术和装备，例如扩频通信技术、Link16数据链等。但随着冷战的结束，世界转入和平发展时期，军事设备和技术研究方面的投资被大量缩减，军用无线通信技术的发展也变得缓慢，部分项目被停滞、延期、甚至取消。目前很多军用无线通信设备仍然基于十几年前甚至冷战时期的技术，这很难满足新的作战形式对通信和信息能力的需求。另外传统军事通信系统经常采用专门设计的技术以满足其特殊的应用场景需求，导致其不具备灵活更新以支撑新的作战应用需求的能力，并且这些系统大部分都是独立开发的，存在互操作性差、易用性不好、采购周期长、后勤和支持体系开销大、维护成本高等问题。

另一方面，民用无线通信技术在最近几十年的发展十分迅速，基于标准化的研发模式，蜂窝网从2G发展到5G，无线局域网、蓝牙、物联网等也在相关应用领域具有不俗的表现。民用无线通信领域在物理层、多址接入层以及网络层都涌现了大量的先进技术，使民用无线网络在吞吐量、时延、覆盖范围等方面的性能得到了巨大的提升。

基于目前军事领域比较迫切的高性能无线通信需求以及其现有通信能力不足的现状，将民用无线通信领域先进的技术应用于军事领域，能够减小军事无线通信的研发周期和经费开销，提高军事无线通信系统的通信能力，更好的支撑军事作战的需求。同时也充分顺应军民融合的趋势，扩展民用技术的应用范围，进一步促进民用技术的发展和创新。

1 民用无线通信技术

1.1 民用无线通信技术的发展概述

为了研究民用无线通信技术的军事应用，首先从多样性和技术指标两方面对目前民用无线通信技术的发展现状进行简要描述。

基于不同的应用场景和应用需求，民用无线通信领域发展了多种多样的通信技术。根据其覆盖范围，民用无线通信技术可以分为近场通信、无线个域网、无线局域网和无线城域网[1]，具体如图1所示。

图1 民用无线通信技术

图2 民用通信技术传输速率发展

在技术指标方面，图2展示了无线局域网和无线城域网在物理层速率的发展情况。从图中可以看出，在短短二十多年间，民用无线通信技术的物理层速率呈指数级增长，从kbps量级迅速提高到Gbps量级。

从上面的描述可以看出，一方面针对不同的应用场景已经发展了多种民用无线通信技术，另一方面每种民用技术也在不断的更新换代以提升其性能。同时，每种民用无线技术都有其特殊的应用场景和通信能力，没有一种万能无线通信技术可以适用于各种场合，这也意味着民用无线通信技术不能简单的直接应用到军事领域，必须经过深入的分析和必要的修改完善。

1.2 民用无线通信技术的推动因素

分析推动民用无线通信技术发展的因素有助于理解民用无线通信技术的技术背景和出发点，进而支撑分析将其应用到军事领域的挑战和可能存在的问题。

推动民用无线技术发展的因素主要包括三个方面的内容：无线技术领域的资源限制、其他领域技术发展的推动、用户需求的不断增长，下面进行简要描述。

1.2.1 无线技术本身的资源限制

无线通信技术的传输媒介主要是电磁波，具有良好传输特性的电磁波频段是一个有限的资源，而且通常商用频段是极其昂贵的。这促使民用无线通信技术不断的通过改进调制解调、编解码、多址接入等技术以提高在有限带宽的频谱上的传输效率。

1.2.2 其他领域技术发展的推动

非无线通信领域的技术发展有时会间接的促使无线通信技术提升其性能。例如在计算领域的云计算技术，通过虚拟化等技术提供了云端的计算和储存等能力，用户设备不需要负担繁重的计算和存储，只需要在需要这些计算或存储服务时，从云端直接请求服务到本地即可。这种方式极大的提高了对无线网络带宽和时延的要求。

1.2.3 用户需求的不断增长

迅速扩大的用户群体以及用户不断增长的无线网络使用需求是推动无线技术进步的又一个主要因素。用户一方面享受各种新的无线技术带来的便利和灵活性，另一方面乐于为无线网络和设备付出金钱和精力以支持其更好的发展。

1.3 目前民用无线通信关键技术

在本小节我们简要介绍目前民用无线通信的关键技术。

多输入多输出：多输入多输出技术通过将多个天线置于发送端和接收端，可以实现空间分集增益，空间多路复用增益以及空间阵列增益，提高系统的容量和链路的可靠性。

认知无线电：认知无线电根据检测到的频谱使用情况动态调整频谱的竞争，以提高频谱的使用效率。

全双工：通过先进的干扰消除技术，无线设备可以实现同时同频发送和接收数据，进而大幅提升传输无线信道传输效率。

非正交多址：非正交多址通过多用户检测等技术实现多个用户在相同的时域、频域、空域等多维度同时发送信息，从而提升信道容量。

2 民用无线通信技术的军事应用

2.1 应用方式

在军事应用中引入民用无线通信技术主要包括以下形式：

（1）直接将基于民用无线通信技术的设备应用在军事应用中，例如采购民用的无线 AP，移动设备等。

（2）在民用无线通信设备上增加专门的保密模块等以适应军事作战的需求。

（3）在军事设备研制中引入民用无线通信技术，用于增强和改进军事通信设备的性能。

通常而言，任何一种技术在应用于解决某个问题时都有其优势和不足，将民用通信技术应用于军事通信领域也是如此，并且这种优势或不足针对具体作战应用的不同而不同。

2.2 民用无线通信技术在军事应用中的优势

将民用无线通信技术应用于军事领域的主要优点包括但不限于下述内容[2]：

2.2.1 更低的研制成本和技术风险

相对于军事技术，民用技术更注重市场竞争，倾向于最小化产品成本并最大化市场收益。引入民用无线通信技术可以减少军事无线通信装备的研制成本和研制复杂度，避免不必要的技术风险。

2.2.2 更快的购置和装备周期

军事无线通信系统的新技术装备通常需要经历漫长的研制、购置、装备周期，而面向市场的民用无线通信技术则追求更短的设计周期和更多的技术更新，保障用户能够尽快使用上最新的科技。

2.2.3 更稳定的后勤和支撑体系

民用技术具有庞大的技术研究队伍、设备制造商和服务提供商，并且大部分技术都基于标准的协议。采用民用技术可以减轻军队繁重的后勤和支撑系统，方便的扩充装备数量以及便捷获取支撑服务。

2.2.4 更良好的易用性

军事无线通信设备往往需要复杂的操作，而为了向不同知识层次的用户提供服务，民用无线设备的简单和易用性远超于军事设备，同时作战人员在日常生活中也会接触和使用类似的民用设备，因此他们更倾向于使用民用技术。

2.2.5 更优秀的互操作性

民用无线通信系统基于标准协议开发，不同版本标准的迭代具有一定的规律和兼容性，下一代新技术可以很方便的和现有技术进行兼容。而一般军事无线通信系统则基于独立的目标和基于独立的机构开发，互操作性不足。

需要注意的是，引入民用无线通信技术的某个优点是针对某种具体应用而言的，并不是所有引入到军事领域的民用无线通信技术都能体现上述所有的优点。

2.3 民用无线通信技术在军事应用中的不足

由于设计目标、设计理念的差异，将民用无线通信技术应用于军事领域也存在诸多不足之处，具体包括但不限于下述内容：

2.3.1 缺乏成熟的验证机制

更快的购置和装备周期是引入民用无线通信技术的优点，但同时也带了一定的问题。军事作战对于通信系统的可靠性和稳定性要求非常高，传统军事通信系统在装备以前需要进行大量的测试与验证，而民用无线通信技术往往为了抢占市场在未成熟时就开始推向市场，并随着使用而不断的更新完善。不成熟的技术应用在战场上可能会导致严重的后果。

2.3.2 难以维持的信息优势能力

网络中心战的关键目标之一在于通过保持信息优势实现精确的战场态势和迅速的决策能力，这依赖于领先对手的无线通信能力。而如果在军事领域大量依赖民用无线通信技术和装备，对手也可以获取类似的技术和能力以及类似后勤和支撑系统，同时还可能具备针对性的通信系统打击能力。

2.3.3 难以提供军事需求的安全保障

民用无线通信技术很难支持军事领域的安全性要求。这是因为民用领域并没有严格的纯分布式网络、严格分级的端到端服务、分级的安全和加密等需求，同时民用无线通信技术的抗干扰和抗毁顽存能力也无法达到军事领域的需求。

2.3.4 有限的移动性

很多民用无线通信技术都不支持军事应用的高速移动性需求，甚至部分民用技术都没有考虑多普勒频移效应，另外一些民用无线通信技术高度依赖于基础设施，这也导致其很难直接应用于军事领域。

2.3.5 QoS支持不足

军事领域对业务 QoS保障的需求与民用领域的QoS需求有很大的不同。军事领域的QoS是基于任务和应用驱动的多级QoS需求，并独立于所运行的环境，而民用无线通信的QoS主要还处于简单的分级甚至尽力而为的阶段，QoS支持的不足往往会影响作战效果。

2.3.6 无法应对作战环境的复杂性

民用无线通信技一般仅考虑正常的工作环境，但是军事环境往往是非常恶劣的，包括雨雪、沙漠、灰尘、高温或极寒环境等等，民用无线通信技术和装备可能在这些环境中性能急剧下降甚至根本无法使用。

3 军民融合背景下无线通信技术民技军用的研究思路

美军在冷战结束后开始逐步重视在国防领域引入民用无线通信技术。1994年，美国国防部签署了支持使用民用货架产品（COTS）技术用于解决国防部通信需求的备忘录。1996年，DARPA进行了民用无线通信技术在军事领域应用的可行性研究，其报告指出在商业领域巨大的推动力会促使民用无线通信技术在 10年左右的时间会发展到在很大程度上满足无线军事通信的需求，军事领域引入民用无线通信技术将会获得很大的收益。后续美军诸如GIG，JTRS，JIE等项目都体现了民技军用的思想和理念。

目前，军民融合已经被确定为我国的国家战略，军用无线通信领域应该顺应这种大趋势，深入研究民用无线技术在军事领域应用的可行性、方法和途径[3]。国防领域的研究人员不能局限于传统的封闭技术研究模式，要深入学习和掌握民用无线技术，跟踪民用无线技术的发展趋势。同时不能盲目迷信民用无线技术的先进性能指标，需要充分分析在军事领域中引入民用无线通信技术的优势以及带来的不足，针对不同的民用技术的特点确立该技术在军事领域的引入方式。另外还应该积极参与民用无线通信技术标准的制定会议和活动，在一定程度上推动民用技术标准向满足军事需求的方向上发展。

4 总结

在军民融合大背景下，将先进的民用无线通信技术引入军事领域可以促进军队作战能力的提升，并扩展民用技术的应用范围。但是由于设计目标和应用场景的不同，民用无线通信技术并不能直接照搬到军事领域，需要深入分析民用技术的优势和不足，针对不同的技术特点采用不同的应用方式。

本文分析了军事领域无线通信技术发展的不足，介绍了民用无线技术的发展现状、发展趋势、影响因素以及目前的关键技术，进而分析了民用无线通信技术在军事应用中的主要应用方式以及优势和不足之处，并给出了在军民融合背景下民用无线技术在军事领域应用的研究思路。

参考文献：

[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. 通用信息技术的军民融合发展现状与现实意义[J]. 装备学院学报. 2016, 22（1）:31-35.