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2024/03/29 

軍事論壇

【軍事論壇】美軍強化網通技術 提升戰場優勢
 無人系統其性能和功能發揮由連接的網路決定,只有在高性能戰術網路的幫助下,才能充分發揮戰力。(取自美國陸軍網站)

◎介輔

  近年無人載具在戰場運用廣泛,可謂無處不在,通常較受關注的是硬體設施,然而確保與無人載具通聯,以及控制訊號才是關鍵。世界任何戰場都可能存在多種通聯障礙,包括惡劣的地形阻隔、系統結構不良,以及通訊基礎設施故障或不足,都會影響支援情報、監視和偵察(ISR)任務等通聯應用的有效性。由於現代戰場依賴從ISR平臺(例如各式無人機或陸地和水下遙控載具)傳輸和接收高品質影像訊號的能力,其提供的影像情報攸關任務成功所需的態勢感知和有效決策,因此網路與通訊技術的良窳至關重要。

無線網路傳輸面臨挑戰

 美軍近期改良「動態變更視訊位元率」技術,提高偵監訊號傳輸效率。在惡劣的戰區,天氣條件和複雜的通訊網路往往是常態,若因網路延遲或失效,導致無人載具傳輸影像模糊而延遲收發訊息,極可能影響戰場態勢。因此,「動態變更視訊位元率」技術在ISR領域成為愈來愈重要的功能,與 ISR活動相關的技術已經取得進展,攝影技術不斷進步,視訊影像獲得變得非常細微,感測器可以偵測環境溫度的微小變化,以及地面的各種動態。

 日益先進的影像擷取設備產生大量數據,在連接傳輸所需的無線網路時,面臨許多挑戰。隨著ISR平臺依循任務計畫,與網路相關的頻寬、能力都會隨時變化。當平臺從一種資料載體轉移到另一種資料載體時,可能會遇到可用於支援資料流量頻寬的差異,有時傳輸量可能很大,蜂巢式網路可提供高達100 兆位元(100 megabits)的連接,而衛星訊號亦可提高通聯品質。

 美軍現有的系統設計,ISR平臺經常處於飛行運動狀態,當平臺靠近天線時,無線訊號的品質和強度會更好。隨著與天線距離的增加,訊號會隨之遞減。連接環境是高度動態的,頻寬隨總容量波動,隨著ISR平臺遠離天線,總容量可能會減少1/2,然後減少1/3。「動態變更視訊位元率」允許動態即時改善網路訊號強度的變化,確保影像品質的連續性,是通信傳輸技術重大改良。

專用頻譜傳輸高效、低延遲

 當今無人系統的效益無庸置疑,可減少執行情報、監視、偵察與後勤任務時對人力的依賴,利用先進技術的能力在正確的時間,提供正確的資訊和所需物資。無人系統主要功能,在於其蒐集即時數據的能力,降低資料共享的時間延遲,有利全面了解敵方的行動和戰術,是現代戰爭中的關鍵優勢。無人系統提供的即時視訊影像、電子和訊號情報,可以清楚地了解敵人的態勢和狀態。透過運用無人系統獲得的資訊,對於確定敵我優勢和劣勢,以及做出戰術部署決策非常關鍵;但目前有關無人系統使用的討論,往往忽略其連接性所面臨的緊迫挑戰。無人系統能否安全運行,使資料能夠即時傳輸而不受敵方攔截或干擾,如何強化和改進至為重要。

 無人系統提供數據只有在傳輸過程有效時才能發揮作用,如果連接該技術的通訊網路不夠強大或靈活,無法滿足戰術要求,無人系統根本毫無用處。目前戰場的無人機通常使用Wi-Fi技術,而非5G進行連線。因為3GPP 5G技術(即5G商用蜂巢式網路),需要向網路營運商購買,且仰賴蜂巢式通訊基地臺等基礎設施,並不適合戰術運用。若是專用5G網路架構,因為使用專用頻譜,可實現直接連接和低延遲,較適合軍事行動。但頻譜的使用受到嚴格監管,連接到任何網路的設備,無論是Wi-Fi、3GPP商業、軍用6GHz以下網路,還是專用5G蜂巢式網路。許多5G網路公司可提供加密系統,但目前連接到這些網路的無人設備很容易被偵測到,因為通常使用可以在數百公里外發現的頻譜和傳輸功率等級,低偵測機率(LPD)和相關的意外因素,對於軍事運用的成功和生存至關重要。

V波段毫米波全方位覆蓋

 另外,基於IEEE毫米波(mmWave)的網路提供LPD和低攔截概率(LPI),具有抗干擾性,並提供高速度和低延遲。這就是為何其被證明可為軍事無人自主系統提供連接的強大解決方案。5G毫米波技術利用免許可的非商業頻譜頻段,例如57-71 GHz的V波段,即14 GHz的連續無線電頻譜,V波段為免許可毫米波無線電頻段,因其物理特性而具有成為LPD的獨特能力。V波段波長使無線電訊號與空氣中的氧分子幾乎完美共振,這種現象稱為氧吸收。氧氣會產生衰減峰值,在遠處看起來就像一堵磚牆,並在戰術團隊和對手之間形成了一道隱形屏障。在V波段的部分區域內,數據傳輸可達高效率。低延遲是軍事網路的另一個重要屬性,與蜂巢式5G網路相比,毫米波網路的延遲會更低,部分原因是網路的點對點方式,而不是蜂巢式5G典型的集中式網路架構。毫米波的試驗見證該技術與陸地車輛網路系統聯結的介面,在各種模擬戰場中測試其成效,證明波束成形技術可透過網狀網路,提供360度全方位通訊覆蓋,從而有效地在車輛之間提供不間斷的高品質通訊鏈路。

 基於國際電子電機學會(IEEE)定義的5G毫米波的網路,還具有抗單點故障和自我修復能力;如果主PCP路由器受到損害,另一個節點就會介入並接管,並且連線將保持不變。這對於使用大量設備的情況尤其重要,可確保通聯受到保護,並確保資料的安全傳輸。

技術突破強化系統運作

 毫米波技術與其他技術一樣,並非沒有限制,毫米波無法輕易穿牆、耗電量較高,且所需的基地臺密度更高,因此成本也會更加昂貴。其對軍事運用的影響意義重大,IEEE 5G毫米波的網路特別適合高威脅環境中的戰術場景。例如,在移動指揮所或戰術網路受到惡劣環境條件、電子戰瞄準和干擾的影響。在這種環境下,軍隊需要具有LPD和LPI的匿蹤戰術網路,美軍仍持續改良技術,以強化無人系統的運作。

 對於後方單位、大型軍事基地和前沿基地來說,利用5G 3GPP商用網路技術,並適當增強安全性,是相當有利的運用。加強3GPP商業技術將其覆蓋範圍擴展到空中和太空領域也是可行。簡言之,當全世界都在關注烏俄戰爭與以哈衝突中,無人系統發揮愈來愈重要的作用,而通聯有如生命線般重要。無人系統的性能和功能發揮由連接的網路決定,唯有在高性能戰術網路的協助下,才能充分發揮戰力,進而於戰場掌握先機,克敵制勝。

(作者為軍事作家)

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