英科学家验证秘密通信技术可行性

据美国《信号》杂志报道，研究表明，在距离不太远的两支部队间进行海量数据传输是可行的。英国的研究人员已经就使用毫米波、人体穿戴式天线阵列为下车的作战士兵创建移动的专用网络完成了最初的模拟试验。这项工作证明了该通信网络的可行性和优势所在，并为这一概念的未来研究工作提供了一个平台。参与这项试验的人员把他们的主要工作集中在60G赫兹的频段，这个频段将为战场上的两支部队交换大量信息提供必要的大容量带宽。通信距离短减少了敌人在信息传输中的可乘之机，提高了隐蔽性，同时也降低了干扰。

英国国防部（MOD）通过之前的“创意大赛”对在天线阵列方面开展的研究进行了赞助。如今，这项比赛已经被其它项目取代了。除了提供资金，英国国防部还对项目进行了技术指导，告知研究人员应该重点在哪些潜在的领域进行研究和模拟试验。这项工作为英国国防部提供了未来无线网络技术的相关信息。

西蒙•科顿博士和威廉•斯坎隆教授，都来自于贝尔法斯特女王大学安全信息技术中心，鲍勃•曼德哈教授是国防科学与技术实验室信息管理部首席技术专家，他们合作进行了这项工作。他们研究的主要内容集中在假设性的仿真战场上作战士兵之间的无线通信上。

在项目过程中，完成了许多试验和其他模拟科目。主要的仿真模拟完全集中在军事背景考虑下假设性的反暴乱封锁和扫荡行动。它模拟了各种建筑场景下部队间的通信情况，包括两支部队在建筑物外的通信，位于同一所建筑物内的两支部队之间的通信，以及建筑物内外部队间的通信。

据科顿说，这项研究主要利用了仿真技术，以及一些以实验室为基础的点对点的测量方法。他解释说由于可穿戴的60G赫兹的通信技术尚处于起步阶段，因此现在不便于在战场上进行真实的实验检验。不过，国内最先进的动画软件和电子仿真工具可以用来模拟战士逼真的动作，实施精确的信道模拟。

研究人员利用该模拟器可以使用开发计算机游戏和动画的软件，通过调整姿态、运动和行走来操纵士兵模型。科顿说：“无线信道模拟可以使用商用射线发射装置来实现。采用一套专有算法跟踪整个演习过程中所有天线位置和方向的变化。”

研究人员花费了大量时间来建造他们研究中所需要的新的模拟器。科顿解释说：“涉及到的频率适用的硬件普遍非常笨重，肯定不太适合安装在士兵身上。”除了要克服可穿戴的测量设备的问题，还要采用一个代价不太高，不需要进行费时的实地试验的情景模拟平台。这个平台可以使研究人员对通信链路的性能进行深入的分析。科顿说：“这个项目最理想的终极状态是：未来或相关研究的成果将是士兵能够自己系在身上，或者是集成在制服上的设备。”他补充说天线很有可能固定在作战装备上，可以安放在任何位置，如腰部、手臂、肩膀或头盔上，这取决于具体的应用。

一旦科学家创造出需要的东西，获得运行模拟器的软件，他们就会实施以实验室为基础的测量，模拟天线放置在人体上的效果以及这些天线之间的通信。研究者建立了一个中东反暴乱情况下组合使用的实体模型。通过使用的动画软件，研究者移动四周的部队进行模拟，探寻如何让信号在士兵之间传递。科顿认为这项工作给他及他的合作伙伴提供了一个非常好的说明：系统实际上是如何工作的。

在此项目中，研究人员证明在60G赫兹上士兵之间的短距离通信是可行的，可以通过直接通路（士兵A到士兵D），或者经过特定的路由（士兵A经过士兵B和C再到士兵D），但是他们还没有制造出实际的天线阵列。科顿解释说：“这将是以后投资的项目。”他和他的机构正在与其它研究机构合作，就已经完成的工作进行拓展。科顿说暂时还不能透露具体细节，但是合作机构能够实施实际的物理测量将是下一步研究的关键。

模拟器证明特定路由的优势之一是：即使在某些链接中断的情况下，也能在短距离内保持通信网络的畅通。士兵们作为网络中的节点，即使彼此之间不能直接联络，他们也能使两支部队通信。另一个优势是部队和信息的安全。

这种通信通过在60G赫兹使用窄波束天线，增强了行动的秘密性。检测60G赫兹的通信信号比检测其它频率的信号要困难得多，部分原因是这些信号不进行远距离传输，限制了拦截的机会。研究人员希望天线阵列最终能够覆盖超过几百米的网络，至少可供4支网络部队使用。

科顿解释说确切的通信距离难以计算，因为直接传输距离取决于诸多因素，如发射功率、智能天线或阵列增益、系统增益和带宽。研究人员认为，在适当的条件下，天线能够实现覆盖几百米的通信距离，同时供4支或更多的部队进行网络通信。对于极端困难的地形，传输距离可以通过改变某些影响传输距离的因素来维持，或者通过使用随部队行动的中继器通过战区。

这项应用中的天线技术同样着眼于克服传输中的不利特性，并根据先前的信息交流，在精心选择的方向上进行信号传输，以协助通信的隐蔽性。据估计，可以使用天线阵列来实现“定位”功能，根据使用情况，采用定位辅助设备的定位信息，如全球定位系统，进行扩展。科顿承认：没有哪一个解决方案是完美的，这种天线阵列和通信系统如果要正常工作，并达成隐蔽性，条件之一是对从士兵到士兵的通信进行窃听和干扰的敌人在视线范围之内，或者在特定的角度。

科顿说，毫米波通信能够为部队提供许多优势，包括每秒超过2G字节的极高的数据传输速率；多通道数据流（如实时的视频、声音和文本传输）；高信号衰减，防止信号传输到远方，这提供了更安全的通信；较高的频谱效率，这样在一个相对较小的区域内通信信道可以重重使用。科顿说：“60G赫兹的高数据带宽意味着未来的系统具有在两支部队之间交换更多信息的能力。”

他补充说，未来某个时候该技术可能用于军事用途，可能是在未来10年内，也可能由于商业需求，成为网络发展的技术需要。科顿博士认为，60G赫兹通信技术在士兵之间移动专用网络上的应用，很有可能由于商业发展的推动，与高清晰度视频流媒体和个人区域网络，以及未来的数据传输服务和支持标准的硬件研发联系起来。他预计这种私营部门的需求和发展，将推动这项技术朝着不限于军事应用的方向前进。当民用领域的应用达到一定的成熟水平，军事方面也将采纳这项技术。

可能的私营部门的应用研究包括：高带宽微微蜂窝通信（针对室内覆盖设计，译者注），如在一个狭小空间内工作的多台个人计算机；个人用户之间的高速数据传输，或者点对点的高清晰度个人媒体通讯和交流，如iPhone在未来的变种，通过它，人们可以相互之间迅速交流信息。使用60G赫兹的带宽，用户可以用智能手机指向彼此，然后分享高清晰的视频。该技术还可以用于宽带通信的高速数据传输服务。

据科顿博士说，该项目有几个方面区别于其它天线和通信系统。最近进行的工作是具体调查下车士兵使用60G赫兹频段通信的情况。它还研究了在极高频率下的信号传输特性，为短程军事通信提供理想的属性。科顿说，据他和他的同事所知，在公共部门的人没有使用过类似技术进行试验。现在，他的研究已经完成，科顿希望这项工作能够激发其他人开展一些工作，研发一些必要的技术。他说：“这有可能会推动该技术向前发展。这些频率的可操作系统简直令人兴奋。”除了科顿的机构可能与其它研究机构合作之外，他希望商业制造企业能够从自身需要出发，开发必要的技术使模拟研究能够物理实现。

他解释说，未来的使用和研究机会是该项目的最大收获。科顿说在60G赫兹频率上的通信技术是一个全新的研究领域。该项目在军事行动上应用，特别是在隐蔽行动中的适用性，正随着项目的生命周期逐渐显现出来，科顿相信随后将继续进行研发工作。

他还同意，在士兵之间使用这些频率，使当代军队希望的实时视频传输、语音到语音及多媒体能力可能成为现实。例如美国陆军“未来勇士”工作计划，如果供小队士兵使用的天线研究成功，那么其中的一些目标就能通过这项研究的应用而实现。试验显示：这项技术可为车下作战士兵提供的能力超出了当前战场上各种可用的信息交换形式。科顿说，这项研究有助于提高态势感知能力，使用毫米波方式进行通信将在战斗中提供战术优势。
作者：丽塔•博兰