解析論微波和毫米波頻譜的快速商業(yè)化為國防工業(yè)帶來的影響

隨著5G技術(shù)在商用領(lǐng)域的不斷發(fā)展和應(yīng)用，其對(duì)頻率需求的增長為軍事領(lǐng)域頻段應(yīng)用提出新的挑戰(zhàn)，推動(dòng)軍方通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在解決頻譜干擾、與商用領(lǐng)域共享頻譜等方面進(jìn)行了多個(gè)探索，并取得多項(xiàng)進(jìn)展。

無線通信行業(yè)正處在技術(shù)變革的時(shí)期，作為商用技術(shù)領(lǐng)域的重要發(fā)展階段，5G的發(fā)展最初利用的是28吉赫茲~39吉赫茲頻譜，長遠(yuǎn)來看將逐步過渡到70吉赫茲頻帶。與之前商用無線領(lǐng)域使用的《6吉赫茲標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。

在這一時(shí)期，針對(duì)普通對(duì)手或非傳統(tǒng)對(duì)手的外部環(huán)境的不斷變化，美國國防部和國家安全局實(shí)現(xiàn)了自身的巨大轉(zhuǎn)變。這些新出現(xiàn)的威脅融合，以及商業(yè)通信系統(tǒng)向毫米波頻率的滲透，使得人們對(duì)那些能夠保護(hù)其安全的新興技術(shù)產(chǎn)生新的需求，從而帶來了市場機(jī)遇。這些新技術(shù)必須具有成本效益、高效性和可擴(kuò)展性，才能應(yīng)對(duì)未來威脅。

5G商用廣泛應(yīng)用對(duì)軍事領(lǐng)域帶來頻譜挑戰(zhàn)

當(dāng)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)為移動(dòng)和固定無線商用寬帶分配500兆赫茲頻譜時(shí)，高頻融合成為2015年的焦點(diǎn)。這項(xiàng)決定旨在為5G發(fā)展構(gòu)建基礎(chǔ)。此舉帶來的嚴(yán)重副作用就是這些新的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)將對(duì)軍事領(lǐng)域的波長帶來影響，造成的結(jié)果是頻譜遷移可能需要10年時(shí)間才能完成。

盡管5G允許商業(yè)移動(dòng)運(yùn)營商滿足消費(fèi)者需求，但這些應(yīng)用滲透到傳統(tǒng)的國防和航空航天領(lǐng)域頻譜中會(huì)產(chǎn)生問題。美國軍方將這些頻段用于雷達(dá)、無人機(jī)系統(tǒng)、遙測、氣象衛(wèi)星、CT檢查和涉密系統(tǒng)。這些會(huì)受到5G系統(tǒng)影響嗎？如果受到影響，影響多大？

由于無線通信的部署和帶寬的增加，以網(wǎng)絡(luò)為中心和無人系統(tǒng)的使用，以及雷達(dá)和通信頻譜靈活性增加的需求以提高性能并克服復(fù)雜的對(duì)抗，由此帶來的頻譜擁塞可能會(huì)限制作戰(zhàn)能力。

因此，商用頻譜拍賣為軍方提供兩種選擇：與商業(yè)用戶共享現(xiàn)有頻段，或?qū)㈩l譜表提升至更高的頻率。每種選擇都面臨障礙。如果軍方仍然使用現(xiàn)有頻帶范圍，那么就必須解決干擾問題。相反，較高的頻率理論上提供足夠的帶寬，但其較短的無線電波不會(huì)傳播太遠(yuǎn)，并且通常被建筑物或其他結(jié)構(gòu)阻擋。克服這些障礙需要使用不同的波形和更多的功率。

正如美國國防先期研究計(jì)劃局（DARPA）制定了頻譜協(xié)作挑戰(zhàn)項(xiàng)目。根據(jù)DARPA消息，頻譜協(xié)作挑戰(zhàn)旨在創(chuàng)建“一個(gè)新的、更高效的無線模式，在該模式下，無線電網(wǎng)絡(luò)能夠自主協(xié)作，動(dòng)態(tài)確定頻譜應(yīng)如何使用?！痹谶^渡期間，國防工業(yè)必須準(zhǔn)確有效地監(jiān)測頻譜動(dòng)態(tài)以確保軍事行動(dòng)取得成功。

軍事領(lǐng)域?qū)?a target="_blank">微波/毫米波設(shè)計(jì)測試工具有著嚴(yán)格要求

商用和軍事領(lǐng)域的無線系統(tǒng)不止擁有共同的頻譜。兩者都必須堅(jiān)守嚴(yán)格的預(yù)算，以及嚴(yán)格的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)。出于這些原因，技術(shù)得以不斷發(fā)展來高效地處理更高頻率的測試產(chǎn)品和系統(tǒng)。這些新的測試技術(shù)必須滿足一系列標(biāo)準(zhǔn)，以滿足與驗(yàn)證微波和毫米波設(shè)計(jì)有關(guān)的軍事要求，包括：

· 穩(wěn)定性——在多個(gè)設(shè)備之間，以及同一設(shè)備上多個(gè)測量之間可重復(fù)和穩(wěn)定測量對(duì)于測試擁有嚴(yán)格公差和嚴(yán)格規(guī)格的軍事設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

· 校準(zhǔn)——應(yīng)該限制漂移以減少必須完成的校準(zhǔn)次數(shù)，以便更高效地進(jìn)行測試。從軍事角度來看，限制漂移是有利的，因?yàn)樗试S對(duì)測試解決方案進(jìn)行配置，并將其留在某個(gè)位置，從而能夠從基地進(jìn)行持續(xù)的遠(yuǎn)程頻譜監(jiān)測。

· 高動(dòng)態(tài)范圍——當(dāng)測量信號(hào)的通道靠近在一起時(shí)，尤其是當(dāng)某個(gè)通道打開而另外一個(gè)通道關(guān)閉時(shí)，高動(dòng)態(tài)范圍非常重要。所有頻率范圍（包括低端）高動(dòng)態(tài)范圍是必要的。即使在毫米波設(shè)計(jì)時(shí)，后者也很重要，因?yàn)槿绻谳^低頻率下消除滾降，則諧波有益。

· 頻率覆蓋——測試解決方案必須是寬帶，以處理與軍事設(shè)計(jì)中使用的毫米波頻率相關(guān)的更寬的信道寬度。從千赫茲到吉赫茲的廣泛覆蓋提供更高的測量精度和整體測試效率。例如，較為老舊的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀架構(gòu)需要實(shí)施大型外部組合器來連接兩個(gè)頻帶以擴(kuò)展頻率范圍。這種實(shí)施惡化了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀架構(gòu)原始指向和輸出功率。

頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀架是解決戰(zhàn)場隱藏信號(hào)探測的重要工具

微波和毫米波頻率的新興應(yīng)用也將需要發(fā)展測試解決方案以追蹤隱藏的信號(hào)。在當(dāng)今戰(zhàn)場上，捕獲敵方之間傳輸信號(hào)是任務(wù)成功和安全和關(guān)鍵。隱蔽的操作人員和恐怖分子通常將發(fā)射信號(hào)盡可能接近環(huán)境噪聲底層以免被發(fā)現(xiàn)，戰(zhàn)場頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀架構(gòu)可提供接近噪底的高精度測量，以揭示這些隱藏的信號(hào)。

此外，從千赫茲到毫米波連續(xù)頻率范圍的便攜式頻譜分析儀可對(duì)整個(gè)不斷擴(kuò)大的商業(yè)頻譜進(jìn)行掃描，以更好地監(jiān)測已知和未知的傳輸。這些工具的緊湊尺寸意味著，目前可在尺寸與便攜式移動(dòng)設(shè)備相同的解決方案中實(shí)現(xiàn)寬頻率覆蓋。

這種“超便攜”一個(gè)很好的例子是最近的一系列試驗(yàn)，一臺(tái)重約10盎司的頻譜分析儀被安裝在商用現(xiàn)貨無人機(jī)上，用于檢測高達(dá)110 吉赫茲的隱藏信號(hào)。這種探測能力可消除利用大量勞動(dòng)力從地面搜尋干擾物和隱藏信號(hào)的做法，最終使軍人更安全。

目前，軍事領(lǐng)域和防務(wù)企業(yè)正處在高頻通信系統(tǒng)的邊緣。5G技術(shù)將商業(yè)應(yīng)用帶入微波和毫米波波段，為給武裝部隊(duì)和平民提供安全和保障，5G相關(guān)技術(shù)必須要迎接新的挑戰(zhàn)。