及时有效接入电磁频谱是美军现代化军事斗争的先决条件,同时找到提高频谱共享的技术

图片 1

随着移动互联网时代的到来,复杂的现代军用系统的大量应用和民用移动接入高速增长,使无线数据流量呈现指数增长趋势,引发了对无线电频谱的大量需求。如何有效利用有限的频谱资源,已成为各国政府普遍关注的问题。美国国防部新近发布了《电磁频谱战略》,其战略意图是增加可用频谱,以保证在维持重要的军事能力的同时,满足商业无线通信工业对频谱资源日益增长的需求。

[据法国《防务宇航》2014年2月21日报道]
美国防部于2014年2月20日发布电磁频谱战略(EMS),目的是增加可用频谱,在维持重要的军事能力的同时满足商业无线通信工业日益增长的需求。
国防部首席信息官特里·塔凯称,国防部的电磁频谱战略解决了在实现国家安全目标过程中对频谱越来越多的需求,同时,由于该战略涉及美国对无线宽带服务日益增多的需求,其应对了短期和长期的频谱挑战。为了达到国家安全与经济增长之间的平衡,美国防部将继续与联邦监管机构和政策制定者进行密切合作,包括国家电信和信息管理局、联邦通信委员会、白宫科技政策办公室、以及商业行业。通过共同的努力,找到使更多的频谱用于商业用途的方法,当国防部需要完成任务时,提高访问频谱的技术,同时找到提高频谱共享的技术。
国防部的电磁频谱战略及其配套路线图和行动计划将建立关键目标和目的,专注于发展高效、灵活、可适应的频谱使用系统;在使用频谱过程中,提高我们的操作灵活性;参与到实现这些进步所需的国家和国际政策法规的发展中来。在该战略之前,奥巴马总统在2010年发布了一份题为“解除无线宽带的革命”备忘录,该备忘录要求在2020年前商业可使用频谱达500兆赫。2013年发布了另一份名为“扩大美国在无线创新上的领导地位”的备忘录,指定联邦机构和办公室加快许可和鼓励共享联邦用途频谱的努力。
奥巴马总统授权联邦机构开放一大部分无线频谱供个人和企业使用,以刺激国内经济增长,帮助维持美国在技术层次上的领导地位。Takai称,“为了达到在重新部署或共享频谱上的决定的平衡,我们需要时间、资金和匹配的频谱,通过EMS策略的既定目标和目的以及我们同白宫科技政策办公室、国家电信和信息管理局和工业伙伴的密切合作,我们相信我们有能力满足总统上述要求同时保障国家军事要求的需求”。

日前,美国国防部对外发布了首份《电磁频谱战略》。该战略分六大部分,“同天空、太空、陆地、海洋和网络空间一样,在电磁频谱领域,各国部队也在获得战术、战役和战略优势”。由此可见,美军在某种程度上已将电磁频谱视为与陆、海、空、天及网络一样重要的“第六战场”。专业人士认为,从该战略报告可以看出,美国已在该领域燃起了野心勃勃的斗志。

及时有效接入电磁频谱是美军现代化军事斗争的先决条件

开展现代军事行动的先决条件

为开展现代化军事斗争,美国军方需能够及时有效地进行电磁频谱接入。

《电磁频谱战略》旨在应对美军未来短期和长期内面临的各种电磁频谱挑战,为美军在该领域的各项举措提供指导,以确保其能够在“需要的时间和地点”实现国家军事战略目标。为更好地实施该战略,美军将构建相应的管理体系,确定路线图和行动计划,定期对其进行更新,并提供相应的标准、经费、日程安排等。

开展现代化军事斗争的先决条件是能够及时有效地进行电磁频谱接入。同时,大量消费者通过无线方式进行数据访问,也带动了全球无线宽带行业对频谱资源需求的显著增长。军方和商业界对有限频谱资源的激烈竞争,改变了全球频谱资源的应用现状和发展前景。从未来发展的角度出发,为了平衡用频需求,各国将不得不综合考虑国家安全与经济发展,以平衡用频需求。

战略认为,获取电磁频谱是开展现代军事行动的先决条件。为了迅速地搜集、分析和共享信息,管理不断增多的自动化情报、监视和侦察资源,指挥地理上分散的机动部队进入敌区,以及让训练实战化,美军需要保持足够的电磁频谱使用权。美军当前面临的状况是,对手们正在大力发展并运用电子战和网络战技术,以大幅削弱美军获得电磁频谱和开展军事行动的能力。与此同时,消费者期待更好、更灵活地获取数据,导致全球无线宽带产业频谱需求的增长。无论是在国家层面还是国际层面,这些对有限频谱资源的竞争性需求,都改变了未来电磁频谱领域的格局。

美国的国家实现军事战略目标是确保随时随地接入频谱,以完成军事任务。为了实现这一战略,将通过路线图和行动计划提出实施和监督战略目标发展所需的各项具体措施和相应的管理框架。此外,路线图和行动计划将解决实现战略目标所需要的其他基础性活动指南。这种战略和相关的路线图以及行动计划将定期更新,以满足军方不断变化的频谱需求和电磁环境变化的需要。

战略指出,美国国防部已然意识到,军事行动的电磁环境将会日益拥挤,竞争也愈发激烈。因此,美军的电磁频谱使用权将会不断受到对手来自战场上的挑战,随着商用无线宽带产业的发展,军、民电磁频谱使用不可避免地在国家和国际层面引发争论。这样,领导人就必须平衡国防、经济以及其他方面的国家利益。而美军则必须能够应对上述挑战,以确保部队在需要的时候和需要的地方获得电磁频谱的使用权。

电磁频谱战略的首要要求是要能顺利完成任务,这需要有充足的电磁频谱资源及能够成功接入频谱的电磁环境。美国国防部清醒地意识到,无论在哪里发生军事行动,电磁环境都将变得越来越拥挤和复杂。美国国防部需要积极应对这些挑战,保证战时作战人员能够随时随地接入频谱。

这就要求,美军的各个频谱依赖型系统,在电磁频谱领域必须具备更高的效率、灵活性和适应性。所谓频谱效率,是指在任务中用最少的电磁频谱资源实现最大的作战效能,同时采取一切可行手段,使行动对其他系统的电磁影响最小化。频谱灵活性和适应性,则是指美军的SDS系统能够利用各种手段获取电磁频谱,例如开展多频带行动、提高与其他系统的频谱共享能力、增强抗干扰能力等。

为了满足作战指挥需要,顺利完成任务,美国军方需要适应不断变化的电磁环境。因此,美国国防部必须改进频谱接入方式,在不降低自身用频性能的前提下,尽力减少敌方使用频谱的能力。为了满足战时用频需要,美国国防部使用的电磁应用系统必须更加高效、灵活及具有极强的适应性。

美军的电磁频谱行动必须能更灵活地获取频谱,以扩大军事决策者们的选择余地。此外,美军还应当在国家和国际层面与相关监管机构紧密合作,以确保获得授权,在电磁频谱领域高效灵活地开展行动。

除了这些改进以外,美国国防部必须与国内外频谱监管机构密切合作,确保这种高效、灵活和适应性强的频谱操作能力被授权使用。同时还要加强管理,使用问责制框架强制国防部遵守与用频技术相关的规定。将所有既定的组织组成一个综合的项目组,为高效完成任务提供可行性建议,帮助军方实现电磁频谱战略目标。充分利用现有的管理机构,如国防采办委员会和科技论坛等,保证频谱资源以最合理的方式被利用。

电磁频谱战略的环境评估

无线数据流量指数式增长引发对无线电频谱大量需求

战略认为,美军当前所处的电磁频谱战略环境主要有以下几点特征:

美国军方和商界对有限频谱资源激烈竞争,引发频谱资源短缺问题。

第一,美军对电磁频谱的需求不断增长。战略认为,美军所有的联合职能,包括部队的调遣机动、交火、指挥和控制、情报、防护、支援、信息等,都取决于电磁频谱。通过开展电子战,频谱管理行动等联合电磁频谱行动,美军能够获取并控制电磁频谱,以实现指挥官的作战目标。

美军在电磁环境中的所有功能都通过频谱依赖系统实现。要想有效应用这些依靠频谱的系统,美国国防部需要开展联合电磁频谱作战,实现频谱接入和电磁环境控制。

不同的任务需求,需要不同的SDS系统。频谱的物理特性,决定了这些系统具体使用什么样的频率范围。例如,精确目标定位需要更高的频率,而移动通信则需要相对较低的频率。在美国国内,美军的频谱使用取决于试验、训练和快速反应等任务的需求,而在海外部署中,则取决于特定作战环境中的任务、部队结构、武器平台和装备等因素。尽管任务需求上各有差异,但相同的一点是,美军各单位需要更多的及时信息,这就导致电磁频谱需求的增加。

一、美国国防部对频谱资源的需求显著增长

此外,对手在指挥、控制、通信和计算机、简易爆炸装置、区域拒止武器系统等方面的发展,水涨船高,要求美军相应地发展、应用并整合复杂的电子攻击、支持和防护技术,而这一切也都需要电磁频谱的使用权。以IED为例,对于任何被用于商业无线用途的新频带,美军都必须在该频带内测试并部署电子战系统,以防止敌人利用该频带制造IED。

不论是基层部队,还是高级指挥官都希望在最短的时间内得到尽可能多的作战信息,这样就导致美国国防部对频谱资源的需求显著增长。基层部队更希望得到大量的频谱资源,例如,每个士兵都希望在战场上及时感知周围的战场环境信息,这样就产生了更多的无线网络链接。随着复杂的现代军事系统大量涌现,大量频谱需求也随之产生,例如用无人机收集、监测和侦察战场环境,在更远距离内检测更小和更隐蔽的目标,武器系统越来越复杂,复杂的操作需要极高的数据传输速率。

第二,无线宽带产业的发展及各方就改变电磁频谱用途,日益达成一致。当前,对智能手机、笔记本电脑等无线电设备,以及相关数据密集型应用程序的消费需求,正在全球范围扩大。因此,移动网络信息流量也在急剧膨胀,并已经超过了效率收益。据美国联邦通信委员会保守估计,到2014年,无线宽带提供商将需要额外275兆赫兹的频谱来满足数据需求。美国政府甚至考虑拍卖无线电频谱,而所带来的收入则用于减少政府赤字。

此外,对手在指挥、控制、通信、操作计算机、信息查询、简易爆炸装置和武器系统方面的进步,也要求美国发展、部署和整合复杂的电子攻击机、电子支持和电子保护装置,然而这一切都需要应用大量的频谱资源。美国也面临着一个潜在的问题,即新出现的商业无线应用使用的任何波段,都可能被对手利用,因此美国国防部必须通过测试、训练和使用电子对抗系统来应对敌人采用简易爆炸装置进行的破坏行动。

在世界范围内,其他国家也在采取类似的行动,让更多的频谱对无线宽带用户开放。例如,为确保国际社会在商业无线通信中和谐使用无线电频谱,国际电信联盟已将分配无线宽带专用频谱列为2015年世界无线电通信大会的议程。

二、无线宽带应用需求的增长,增加了各方重新分配频谱的需求

战略认为,鉴于电磁频谱面临的种种压力,在不远的将来,美军很有可能失去一些当前的专用频谱。

在全球范围内,消费者对无线通信设备的需求迅猛增长,移动通信网络流量急速增加。据美国联邦通信委员会估计,到2014年年底,无线宽带运营商将需要额外增加275MHz频谱才能满足数据传输增长的需要。

第三,电磁频谱的获取手段正在不断创新。消费者对更多信息的需求正导致无线宽带技术的革命。为满足这种需求,电信运营商一方面创新手段,例如将流量转移到无线热点、搭建更小的无线蜂窝网络等,另一方面也在寻求更多的改进,并继续研发更为先进的无线装置和程序。这样一来,美军便有可能在适当情况下,利用商业技术和无线服务来满足军方需求。

当前,美国政府和国会正在考虑采取增加可用频谱的方法来满足不断增长的频谱需求。这些频谱包括重新利用美国联邦政府专用的无线宽带频谱。总统科学技术顾问委员会最近的一项研究强调,美国需要加强开发和应用新的频谱共享技术,因为无线电系统从原有频段转移到新频段需要花费大量的金钱和时间。

此外,美军对频谱技术的投资,也有助于商业创新,从而使整个国家的无线生态系统受益。

为了向无线宽带网络提供额外的频谱,全球其他国家也正在采取与美国类似的行动。例如,国际电信联盟已将分配无线宽带频谱的工作提上议事日程,因为2015年国际电信联盟在世界无线电通信大会的任务就是协调使用国际商业无线通信频段。另外,由于频谱资源急剧紧张,军方可能很快就会失去其原先专有的部分频段。

目前,美军以及无线通信界正在考虑使用认知无线电系统、增强频谱感知、空白频谱地理位置数据库等技术。这些新频谱获取技术的成功,将会使通过动态接入等技术来共享美国电磁频谱资源变得更难监管。

三、频谱接入方式亟须改革

四大步实施电磁频谱战略

消费者对大量移动数据信息的需求,激发了无线宽带技术革命。虽然运营商正在努力通过寻找创造性的方法来满足这一巨大的频谱需求,例如,通过采用低功率、不需授权的WiFi热点等,但他们仍然需要进一步改进这些方法,以便继续开发通信能力更强的无线通信设备和应用程序。因此,在某些方面国防部还有机会利用商业技术和无线服务来满足频谱需求。此外,国防部在频谱技术研发上的投资反过来将有利提高商业创新能力,这种高效的用频方式有助于美国无线生态环境建设。

为确保美军“至少在2020年前”能够应对全球范围的电磁频谱挑战,进而在频谱争夺战中占得优势,该战略制定了三大目标,并对每个目标进一步细化,提出了具体的实现方法。

美国国防部和整个无线应用领域都认为,伺机使用频谱资源是最有前途的方法之一。军方正在考虑利用认知无线电技术来实现伺机使用频谱资源这一目标,认知无线电技术不但可以有效提升频谱感知能力,而且可以丰富地理定位数据库。虽然在美国政府和运营商使用的频段上通过动态共享技术或其他类似技术接入频谱会给无线监管部门带来很大的监管压力,但美国军方却有可能通过这些技术获得频谱接入机会。

第一大目标是加快提升SDS系统的性能,使其具备更高的效率、灵活性和适应性。实现这一战略目标,主要通过以下四种方法:一是加速发展相关技术以提高
SDS系统的某些能力,如拓宽频率范围、使用占用率较少的频带、利用频谱效率增益、迅速适应不断变化的电磁环境等。为此,美军将考虑利用成熟、先进,且经济上可以承受得起的技术,多方获取频谱,提高频谱效率,并将某些职能转移至使用率较低的频段;二是加速部署能够实现频谱共享、提高频谱获取能力的相关技术。为此,美军将开发具有前景的技术,制定相关政策和标准,提高美军各系统的抗干扰能力;三是发展并运用商业服务能力。不断涌现的商用硬件、程序和运行系统,为美军的SDS系统提供了低廉灵巧的选择。美军将评估智能手机、4G无线通信等民用技术的军用前景,并与国内外的相关组织就无线技术的发展和应用展开合作;四是,加强对美军电磁频谱使用的监管。为确保未来美军的各SDS系统与电磁频谱战略一致,五角大楼将在此类系统的初期研发阶段便加强对频谱使用的监管。具体做法包括,采用频谱标准和协议、制定相关政策,以及采购程序、设立频谱风险评估委员会等。

美国防部采取措施应对将出现的全球性频谱资源短缺问题

第二大目标是提高美军频谱作战的灵活性、为实现该目标,可通过以下三种途径:一是发展近实时频谱作战的能力。为在近实时的情况下运行美军的SDS系统,美军将对频谱需求和电磁环境进行量化,发现可能会影响作战的频谱问题并减少相关的限制。例如,确定SDS系统的频谱“足迹”,根据政策设立针对SDS系统的管理体系,提高美军在不影响友军或中立方的情况下阻止对手使用频谱的能力,迅速评估对手干扰对任务完成造成的影响,加强频谱管理,网络战、电子战和情报战的一体化等;二是提高识别、预测并减缓有害干扰的能力。具体方法包括:军方系统提高抗干扰性;具体明确有哪些干扰会对军方的任务和SDS系统造成影响;引进先进抗干扰和战场干扰探测技术,并制定相关的报告程序、执行政策和解决机制等;三是修改相关政策、规定和标准,以使美军能够提高SDS系统的频谱灵活性,并促进频谱共享。为提高美军获取电磁频谱的能力,需要对美军、美国乃至国际的相关政策和规定进行调整。为此,美军将围绕频谱权利、服务水平协议、执行机制等制定频谱政策,并确定频谱共享的激励机制。

美国国防部通过一系列措施,来应对将出现的频谱资源短缺问题。

第三大目标是提高军方应对频谱政策变化的能力。实现这一目标,同样也需要通过三种途径:一是提高美军评估政策变化影响的能力。美军将迅速作出调整,以评估国家和国际电磁频谱政策和法规的变化,可能会对美军的投资、采购、军事任务和作战造成什么样的影响。这种影响评估将涵盖电磁频谱行动的所有阶段,包括规划和装备运用;二是让美军更多地参与到对政策法规的讨论中来,并发挥更多的作用。为减小政策法规变化所带来的影响,美军直接积极参与相关讨论将有利于做好第二方案,并寻求相关各方的帮助。从国家安全角度而言,政策法规的变化万万不能导致美军在行动能力上的损失和下降:从经济角度来说,进行此类调整的成本和计划,必须能够接受、切实可行;三是,从制度上使美军能够适应并落实调整过的政策法规。一旦有关电磁频谱的政策法规开始调整,五角大楼将制订可行的过渡计划,以适应新的频谱使用规则,同时保持完整的美军军事实力。美军将就频谱使用规则与频谱监管机构进行接触,以确保军方行动不受变化带来的影响。

美国国防部将采取以下战略和战术目标,应对从现在开始到2020年将出现的全球性频谱资源短缺问题。

一、提高开发频谱依赖系统的能力,提升频谱资源利用率

1.加速提升用频技术研发

美国国防部将研发更加成熟、先进和经济实用的用频技术,以增加频谱接入机会。采用新技术不仅可以提高频谱资源利用率,而且能够将一部分频谱接入需求转移到空闲频段。美国军方还将研发新的无线技术应用环境,并通过建模、模拟和测试等方法评估新技术,来检验当各种攻击、拒绝访问、干扰和欺骗出现时,先进技术在性能和技术方面存在的漏洞。

2.加快频谱共享及频谱接入技术研发

当前美国军方正在努力通过技术创新来解决实现频谱共享过程中所遇到的问题,例如,有害干扰带来的风险等。美国国防部将针对一些有应用前途的技术,建立相应的措施和标准,在保证军方正常工作的前提下,提高这些技术的可用性。美国国防部还将在不影响系统工作效率和保障军方工作安全运行的基础上,加强对可共享频谱的识别及加强对临域频带的协调能力。

3.培养军用频谱资源的商业服务能力

美国国防部将评估如智能手机和第四代无线通信设备等产品的商业功能,还将参与有关无线创新方面的国内、国际及行业标准制定组织的活动,在新兴技术的研发和应用方面进行合作,包括推行商用无线系统中确保国家安全的优先机制,共同开发新兴无线技术及相关应用。国防部断言在频谱技术领域进行军事投资将有利于商业创新,并且对军方和国家无线生态系统有益。

二、增强使用军用频谱的灵活性

1.开发接近实时频谱操作的能力

通过研发相应的设备和技术,量化频谱需求和电磁环境,识别和降低频谱短缺问题和可能影响频谱操作的区域性问题,美国国防部将发展能接近实时管理SDS的能力。同时加强防止有害电磁干扰,提高频谱感知能力,阻止敌人使用频谱资源的能力和整合频谱管理、网络运营、电子战、网络空间和智能操作的能力。

2.加强无线电设备预识别、预测和减轻有害干扰的能力

为在拥堵和复杂的电磁环境中更加有效地进行电磁频谱操作,美国国防部将提高自身在频谱规划和操作过程中预测、识别和减轻有害干扰的能力。这些能力包括:实施先进的抗干扰技术,战场干扰检测技术,上报进程、执法政策和决议机制等。通过与NTIA、FCC和业界其他成员开展广泛合作,对非战场环境下的有害干扰做出及时准确的检测和管理。

3.通过修改政策、法律法规和相关标准,实现多个设备间的频谱共享

  1. 提升国防部评估监管建议的能力

国内外监管以及政策变化对军方及时完成任务会产生潜在的影响,因此提升工作能力有利于准确评估这种潜在影响。军方工作能力的提升,直接体现在对影响的评估结果中,因此需要通过设计成本评估框架,预测再利用频谱资源所需的成本。为了减少由技术、操作、成本和进度的变化对国防部所需评估时间等方面的影响,需要积极研究用频过程中用频设备和操作流程的变化情况。

2.扩大国防部对规章制度和政策探讨的参与程度和贡献

美国国防部将通过设计能够被军方和其他利益集团接受的替代方案来减轻监管和政策建议变化带来的影响。从国家安全角度考虑,由监管和政策变化而引发的对国家安全的威胁,不应超出国防部的承受能力;从经济效益角度考虑,由政策变化所消耗的资金成本和时间成本必须是各方都可以接受的。

来源:中国无线电管理网站

You may also like...

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

相关文章

网站地图xml地图