Hur militären kommer att slåss med 5G i elektromagnetiskt spektrum

Oavsett om det är för att leta upp roliga kattvideor eller använda ett robotsystem med trådlöst internet, har 5G blivit en stapelvara i mångas vardag.

Men för Pentagon har kommunikationstekniken blivit en viktig möjliggörare för en annan mer kritisk funktion - förmågan att utnyttja det elektromagnetiska spektrumet för operationer.

En betydande mängd militära vapensystem och applikationer är beroende av det elektromagnetiska spektrumet - frekvensintervallet eller våglängderna för elektromagnetisk energi - för att fungera, enligt en rapport från Congressional Research Service publicerad i augusti 2021.

Spektrumet stöder militära operationer idag genom att länka trådlös kommunikation, satelliter, signalintelligens och radarteknologier som stödjer situationsmedvetenhet och elektronisk krigföring, sade rapporten, med titeln "Översikt över försvarsdepartementets användning av det elektromagnetiska spektrumet. "

För att säkerställa att USA bibehåller sina fördelar gentemot motståndare över ett allt mer komplext, överbelastat och omtvistat elektromagnetiskt spektrum, eller EMS, släppte försvarsdepartementet sin Electromagnetic Spectrum Superiority Strategy 2020. Den uppmanade avdelningen att utveckla kapacitet och policyer som stöder elektromagnetiskt spektrum operationer — samordnade åtgärder för att exploatera, attackera, skydda och hantera den elektromagnetiska miljön.

"I modern krigföring är EMS-överlägsenhet en ledande indikator och grundläggande komponent för att uppnå överlägsenhet i luft, land, hav, rymden eller cyberrymden", står det i dokumentet.

En av de framväxande teknologierna som Pentagon tror kommer att ge ett avgörande försprång på framtida slagfält - särskilt för elektromagnetiska spektrumoperationer - är den femte generationens trådlösa nätverk som kallas 5G, säger Tom Rondeau, chefschef för FutureG och 5G vid Pentagons kontor i Pentagon. Biträdande försvarssekreterare för forskning och teknik.

"Det handlar inte bara om spektrumet. Det handlar inte bara om radion i kanten. Det handlar om nätverket och kontrollen av den radioytan, och det blir ett riktigt kraftfullt verktyg för oss att använda”, sa Rondeau under en paneldiskussion vid Association of Old Crows årliga symposium i Washington, DC

Kraften hos 5G kommer från dess förmåga att utnyttja högre frekvenser på det elektromagnetiska spektrumet såväl som de mellan- och lågfrekvensfrekvenser som är tillgängliga för dess föregångare 4G. Tillägget av högfrekvensfrekvenser gör det möjligt för avdelningen att sända stora mängder information – såsom kritisk kommunikation som behövs för operationer vid kanten eller sensordata – med snabbare hastighet och lägre latens, samtidigt som man manövrerar runt spektrumet för att utföra åtgärder på bästa sätt -passad frekvens.

Rondeau jämförde 4G med en motorväg under rusningstid — långsam och överbelastad med trafik.

"Du vill differentiera dina tjänster. Du vill ha tillfartsvägar och andra motorvägar och lokala vägar och uppfarter”, sa han. "Och det är vad 5G börjar tillåta oss att göra - differentiera dessa tjänster och dela av dessa resurser på ett sätt som gör att du kan anpassa nätverket till din applikation."

En annan fördel med 5G är den extra flexibiliteten det ger användarna genom tekniker som nätverksdelning, sa Rondeau. På grund av 5G-arkitekturens design kan operatörer "skiva" delar av 5G-nätverket och skapa ett separat, isolerat och säkert nätverk som är skräddarsytt för en applikations behov.

Dessa skräddarsydda nätverk kan tillgodose försvarsdepartementets efterfrågan på unika nätverkskrav bland dess olika plattformar, sa han. Tidigare har organisationer varit tvungna att skapa specialbyggda nätverk från grunden för enskilda plattformar eller följa kraven för delade nätverk som Link 16, noterade han.

"5G kommer att tillåta oss att dra ihop det och hjälpa oss att skapa de olika resurstjänsterna - nätverket för bandbredd, latens, servicekvalitetskrav - per applikation," sa han.

Pentagon har insett vikten av 5G och dess potentiella bidrag till elektromagnetiska spektrumoperationer. I december 2020 släppte avdelningen en separat 5G-strategiimplementeringsplan som beskrev hur den skulle påskynda utvecklingen – både för inhemska plattformar och amerikanska allierade och partners.

Sedan strategins publicering har Pentagon tilldelat kontrakt för 5G-tester och experiment på 16 platser över hela landet, enligt ett pressmeddelande från avdelningen.

På samma sätt godkände kongressen 120 miljoner dollar mer än Biden-administrationens begäran om 5G-teknikutveckling, experiment och övergångsstöd i 2023 års National Defense Authorization Act.

Försvarsdepartementet kommer också att kunna verka på spektrumet globalt genom att använda 5G-infrastrukturen i USA och dess allierade, enligt Pentagons 5G-strategiimplementeringsplan. Dessa kan vara privata, hybrida eller offentliga nätverk, noterade strategin.

För global verksamhet som kräver användning av icke-avdelningsspektrum, planerar Pentagon att använda 5G-teknik "såsom end-to-end nätverksdelning och adaptiva tekniker såsom dynamiskt spektrumanvändning för att göra det möjligt för DoD att uppnå den förmåga som krävs för att utföra uppdraget." strategin läst.

Marine Corps Maj. Ben Pimentel, kommunikationsofficer och elektronikingenjör, sa att förmågan att utföra elektromagnetiska spektrumoperationer tillsammans med en värdnations normala nätverkstrafik ger dem ett övertag under "gråzonsuppdrag" före fullskaliga konfliktoperationer.

Under det här fönstret försöker marinsoldater "ge komplikationer och tanke åt motståndaren", sa han vid symposiet. "Att blanda in i normal trafik kan vara riktigt användbart."

"Vi arbetar över värdlandets 5G-infrastruktur, som vi är allierade eller partner med, och kommer att lägga vår trafik vid sidan av där," tillade han. "Om en motståndare vill vidta åtgärder mot det, kommer de också att vidta åtgärder mot vår allierades nätverk - och potentiellt skada sin egen kommunikation."

Men USA och dess allierade är inte de enda nationerna som utnyttjar 5G för elektronisk krigföring. När spektrumet blir mer tillgängligt över hela världen får motståndare som Kina förmågan att utnyttja säkerhetsbrister mot USA, noterade Pentagons 5G-strategi.

"Komplexiteten och mångfalden av 5G-nätverk erbjuder ett brett utbud av potentiellt störande alternativ för en motståndare," stod det. Pentagon kan riskera att en motståndare hackar nätverket eller avsiktligt stör kommunikationen, noterades.

Även om driften av 5G för elektromagnetiska spektrumoperationer har säkerhetsrisker, är själva nätverket designat med säkerhetsåtgärder inbyggda i varje lager, säger Sheryl Genco, senior rådgivare på det globala telekommunikationsföretaget Ericsson. Som utvecklare av 5G-kommunikation arbetar företaget med försvarsdepartementet och tillsynsmyndigheter för kommersiell kommunikation.

"Det är mycket analogt med vad som görs på en bas", sa hon under diskussionen. "Först har du ditt perimeterförsvar. Sedan har du små ringar [av] försvar runt byggnader ... på basen. Och så har du ... säkerhetstjänstemän roaming. Och det är precis vad nätverket har.”

Dessutom är varje lager av försvar i 5G-nätverket förstärkt av en noll trust-arkitektur, tillade hon. Ramverket för cybersäkerhet kräver att alla användare och data ska autentiseras och godkännas efter varje digital interaktion.

"Denna autentiseringsprocess ... på varje steg på vägen över nätverket kommer att göra det säkrare," sa Genco. "Och sedan, utöver det hela, finns det nya koncept som kan göra ditt nätverk eller göra din end-to-end-säkerhet mer robust – en av dessa saker är nätverksdelning."

Men militära motståndare är inte de enda enheterna på det elektromagnetiska spektrumet som försvarsdepartementet behöver oroa sig för.

Behovet av avancerad kommunikationsteknik i konsumentvärlden har orsakat en växande efterfrågan på flera frekvensband som tidigare reserverats för federala myndigheter, noterade 2021 års Congressional Research Service-rapport. Med fler kommersiella företag som trängs in i 5G finns det möjlighet att de kan störa militära operationer, löd det.

Pentagon och kommersiella partners undersöker spektrumdelningspolicyer och teknologier som gör det möjligt för både försvars- och kommersiella sektorer att dela band på det elektromagnetiska spektrumet utan störningar.

Men politiska beslutsfattare och intressenter har pratat om spektrumdelning i årtionden och försökt anpassa incitamenten från både den kommersiella och federala sektorn, noterade Rondeau.

"Vi har inte samma incitament, och vi kommer aldrig att ha samma incitament. Jag tror inte att det är lösningen”, sa han. "Jag skulle hellre gå på det som" Hur gör vi egentligen samexistens genomförbar? Hur bygger vi teknologier som kan möjliggöra samexistens och övervinna några av dessa problem?'”

Medan flera federala och kommersiella byråer fortfarande förstår vad policyerna och standarderna för spektrumdelning bör vara, betonade Pimentel att "tekniklösningar för spektrumdelning kan lindra en del av det."

Även om 5G fortfarande är en teknologi under utveckling, ser Pentagon och industrin redan fram emot framtida generationer av kommunikationer – som 6G eller FutureG – och deras användningsfall för elektromagnetiska spektrumoperationer.

Nästa generations nätverk kan leda till bättre integrerad avkänning och kommunikation, sa Pimental. I takt med att behovet och tekniken för 5G-kommunikation växer, ökar tätheten och utbyggnaden av avancerade radioaccessnätverk som kan tillåta krigskämpar att känna av sin miljö, sa han.

"Så, i motsats till att bara tänka på det som en kommunikationsplattform, ur ett EW-perspektiv skulle jag uppmuntra dig att se det som en avkänningsplattform," sa han.

Marine Corps utvecklar funktioner som använder 5G-radioaccessnät för att producera radiofrekvensspektrumkartor för att ge tjänsten en uppfattning om vad som händer på olika frekvenser på olika platser, sa han.

Förmågan kan också hjälpa kåren att identifiera möjliga mål eller till och med mildra störningar på spektrumet "som nu utgör grunden för ett elektroniskt stöduppdrag, som kan informera den elektroniska attacken", sa han.

Genco tillade att allt eftersom innovationen fortsätter kommer framtida generationer av trådlös kommunikation att bygga på 5G-tekniken samtidigt som de öppnar upp nya marknader och företag kring kapaciteten.

Nästa generations trådlösa är förverkligandet av 5G-löftet, sa hon. "Det är obegränsad uppkoppling, allt kan anslutas. Det är miljontals sensorer på en kvadratkilometer – det gör mig bara förbannad.”

Läs hela historien här ...