5G: Bandbreite bis zur Speerspitze bringen

May 15, 2023

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Die Annalen der Militärgeschichte sind voller Geschichten, in denen die Rolle der Kommunikation – oder deren Fehlen – in einer Schlacht den Ausschlag gab. Während des Bürgerkriegs beispielsweise nutzten beide Seiten die Vorteile einer revolutionären Technologie – des Telegraphen – voll aus, um eine wechselseitige Kommunikation zwischen Anführern und Feldkommandanten nahezu in Echtzeit zu erreichen. Aber Robert E. Lee verlor während der Schlacht von Gettysburg den Überblick über eines seiner wichtigsten Vermögenswerte; Er wusste nicht, wo JEB Stuart und seine Kavallerie waren und konnte sie auch nicht finden. Der Norden gewann die Schlacht und der Süden konnte nie wieder in Schwung kommen.

Achtzig Jahre später war die Fähigkeit der Alliierten, den Enigma-Code Nazi-Deutschlands abzufangen und zu entschlüsseln, entscheidend für den Sieg im Zweiten Weltkrieg. Mit anderen Worten: Im Kampf hat die Seite mit der besseren Kommunikation einen erheblichen Vorteil.

Heutzutage verändert die Allgegenwärtigkeit der Informationstechnologie im Militär die Kommunikationsfunktion selbst. Das US-Militär ist zu einem vernetzten Schlachtfeld übergegangen, in dem Daten in Echtzeit nahtlos zwischen Luft, Land, See, Weltraum und Cyber ​​übertragen werden müssen. Das bedeutet, dass Bedarf an Internetbandbreite besteht, die in der Lage ist, extrem hohe Datenanforderungen zu unterstützen – ein 5G-basiertes Netzwerk.

Die sich verändernde Schlachtfeldumgebung

Sprachkommunikation, sei es per Telefon oder Funk, ist seit Jahrzehnten eine Kernfunktion von Kommunikationsnetzen. Die Kuriere mussten jedoch auch andere Informationen übermitteln, etwa Fotos von Truppenbewegungen, physischen und künstlichen Hindernissen, Ausrüstung und Waffen der Gegner. Über Funk konnten sie beschrieben, aber nicht übermittelt werden.

Die Revolution der Informationstechnologie (IT) hat diese Einschränkung in entscheidender Weise verändert. Beispielsweise könnten Satelliten Bilder nahezu in Echtzeit an Kommandeure am Boden übertragen, sofern diese über die richtige Ausrüstung für den Empfang verfügen. Führungskräfte im Pentagon, im Weißen Haus und in allen Zentralkommandos konnten die Ereignisse beobachten, während sie sich entfalteten.

Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass dieser Fortschritt neu ist. Der Überfall auf Osama bin Ladens Haus in Pakistan fand erst vor einem Dutzend Jahren statt, im Mai 2011.

Inzwischen haben Innovationen in allen Bereichen, von der Ausstattung von Schlachtfeldsystemen mit integrierten Rechen- und Kommunikationsfunktionen bis hin zu mit Video ausgestatteten Drohnen oder kleinen, erschwinglichen Sensoren, zu einer Explosion digitalisierter Informationen geführt. Heutzutage sind moderne Gefechtsfeldnetzwerke zunehmend nicht nur für die Sprachkommunikation, sondern auch für große und vielfältige Daten verantwortlich, darunter Standbilder, Videos, Sensordaten, Karten, Situationsbewusstseinsdaten und Bestandsinformationen. Diese Netzwerke müssen all diese Daten sammeln, sie zur Analyse an entfernte Rechenressourcen senden und dann die Ergebnisse dieser Analyse zurück auf das Schlachtfeld verteilen.

Aber all diese Daten, egal wie wichtig oder zeitkritisch, müssen auf einem umkämpften Schlachtfeld immer noch um begrenzte Netzwerkbandbreite konkurrieren. Hier kommt der Einsatz der 5G-Technologie ins Spiel.

Bringt 5G-Kapazität und -Fähigkeiten in den Battlespace

Im Gegensatz zu herkömmlichen militärischen Kommunikationssystemen, die für die sprachbasierte Befehls- und Kontrollfunktion über einen einzigen Kanal konzipiert sind, ist 5G darauf ausgelegt, Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen für viele Geräte und Benutzer gleichzeitig bereitzustellen – es geht dabei nicht ausschließlich oder auch nur in erster Linie um Sprachkommunikation. Dabei geht es um die Erfassung und Verteilung von Geheimdienst-, Überwachungs- und Aufklärungsdaten (ISR) sowie um die Ausführung von Anwendungen wie dem Android Team Awareness Kit (ATAK), einer Android-App für Geoinfrastruktur und Situationsbewusstsein, mit der Benutzer navigieren, Bedrohungen lokalisieren und eindämmen sowie Informationen untereinander austauschen können sich.

Das Verteidigungsministerium prüft den Einsatz von 5G im Kampfbereich. Ein Versuch besteht darin, es an Forward Operating Bases (FOBs) bereitzustellen, die in der Nähe der zu erwartenden Kämpfe errichtet werden und als Startpunkte für Truppen, Fahrzeuge und Waffensysteme dienen. In diesem Szenario müssen die 5G-Funktionen eine größere geografische Reichweite, viele Benutzer und die gesamte Bandbreite an Datenflüssen unterstützen – von Satelliten über Drohnen und Sensoren bis hin zu Cloud Computing.

Die zweite Art und Weise, wie 5G in den Schlachtraum passt, besteht darin, die Kommunikationsfähigkeit an der „Speerspitze“ – den Kriegskämpfern im Kampf – radikal zu verbessern. Es funktioniert mit einer Vielzahl kostengünstiger Geräte wie Smartphones, Tablets, Sensoren, Kameras und Drohnen und verfügt über die Bandbreite für Tausende von Geräten gleichzeitig.

Der Einsatz von 5G im Kampfumfeld unterliegt jedoch Einschränkungen und Herausforderungen. Erstens geht es darum, die Anforderungen an Größe, Gewicht und Leistung zu erfüllen und es gleichzeitig „gehärtet“ zu halten, um es in einer feindlichen Umgebung zu schützen. Für eine kleine, einzelne 5G-„Blase“ muss eine fahrzeugmontierte oder Rucksacklösung, die mit Batterie oder Fahrzeugstrom betrieben wird, einen kleinen, leichten Formfaktor haben.

Nokia hat beispielsweise Banshee in Zusammenarbeit mit Fenix ​​Group, Inc. entwickelt, ein All-in-One-4G/5G-Netzwerk, das den physischen Anforderungen der Truppen im Schlachtfeld gerecht wird. Wenn Banshee eingeschaltet ist, bietet es den eingesetzten Kampfflugzeugen eine 4G/5G-Abdeckung, damit sie sich über handelsübliche, von der National Security Agency zugelassene Smartphones miteinander verbinden, Video-Feeds von auf Drohnen montierten Kameras erfassen, auf ISR-Daten zugreifen und die Umgebung überwachen können unter anderem die zugrunde liegenden biometrischen Daten (Herzfrequenz, Blutdruck usw.) der Personen im Netzwerk.

Dies ist eine wichtige Innovation, die sich von kommerziellen 5G-Einsätzen unterscheidet. „Die Technologie wurde in erster Linie für kommerzielle Mobilfunknetzbetreiber entwickelt“, sagt Ken Riordan, Nokias Hauptarchitekt, Federal Division. „Sie verfügen über Teams hochqualifizierter Ingenieure, die große Netzwerke entwerfen, aufbauen und betreiben, die weite geografische Gebiete abdecken und Millionen von Benutzern unterstützen. Banshee ist bereits konfiguriert, sodass es beim Einschalten seine Blase aufbaut und sofort mit Mobilfunkgeräten kommuniziert.“ seine Zone.

Während diese Blasen im Feld relativ klein erscheinen mögen, können sie sich autonom lokalisieren und miteinander verbinden, wodurch die territoriale Reichweite erweitert und eine Maschenvernetzung für einen viel größeren Truppeneinsatz geschaffen wird. Und größere 5G-Lösungen können an FOBs platziert werden und mit vorwärts gerichteten Einheiten verzahnt werden.

Zweitens muss eine 5G-Lösung in die breiteren militärischen Kommunikationssysteme integriert werden können, etwa in taktische Funkgeräte des mobilen Ad-hoc-Netzwerks (MANET), in das integrierte taktische Netzwerk (ITN) der Armee, in die Satellitenkommunikation und in andere ältere Kommunikationssysteme, um ihr Potenzial auszuschöpfen. Durch die Integration von 5G in die gesamte Kommunikationsfähigkeit können die Fähigkeiten im gesamten Schlachtfeld verbessert werden.

Wie drahtlose Funkübertragungen kann 5G erkannt, abgefangen und/oder gestört werden. Es gibt Möglichkeiten, diese Risiken zu mindern. Es ist schwer, ein 5G-Netzwerk zu blockieren, da es in vielen verschiedenen Teilen des Funkfrequenzspektrums betrieben werden kann, wobei ein typisches Smartphone Dutzende von Bändern von 600 MHz bis 39 GHz unterstützt. Was das Abfangen angeht, ist die Verschlüsselung – Post-Quantum- und quantenresistente Algorithmen – Teil der Antwort, und es gibt andere Techniken, um zu vermeiden, dass offengelegt wird, welche Art von Daten, beispielsweise ein Videostream, übertragen wird.

Kommerzielle 5G-Technologie in den Kampf bringen

Ein Grund dafür, dass 5G für die Truppen im Gefechtsfeld einen radikalen Wandel darstellt, besteht darin, dass es sich um eine vollständig realisierte kommerzielle Technologie handelt, die im gesamten privaten Sektor unter Verwendung klar definierter Standards weit verbreitet ist. Viele, wenn nicht die meisten US-Bürger sind mit den Vorteilen vertraut, darunter Streaming-Dienste, HD-Fernseher und grafikintensive Spiele, um nur einige zu nennen.

Daher bringen Militärangehörige im Gefechtsfeld Erwartungen an die Funktionsweise ihrer Kommunikationsgeräte mit – an deren Geschwindigkeit und Genauigkeit, an die Qualität der von ihnen übertragenen Bilder und daran, wie einfach Truppen Informationen austauschen können. Sie erwarten, dass eine App wie ATAK genauso gut funktioniert wie die Apps, die sie zu Hause verwenden.

„Es gibt Milliarden von Abonnenten auf diesem Planeten, und diese Realität hat dazu geführt, dass 5G Fähigkeiten geschaffen hat, die sowohl sehr leistungsstark als auch wirtschaftlich sind“, sagte Riordan. „Diese wirtschaftliche Realität ist von grundlegender Bedeutung für die militärische Nutzung von 5G.“

Der Einsatz dieser Art kommerzieller Technologie ist für das Militär kostengünstig, selbst wenn man die erforderlichen Anpassungen wie die Härtung berücksichtigt. Damit eignet sich 5G gut für die Anforderungen gemeinsamer All-Domain-Command-and-Control-Operationen (JADC2) in allen Branchen sowie mit und zwischen US-Verbündeten.

Abschluss

Die militärische Kommunikation hat seit dem Telegraphen, der einen großen Einfluss auf den Bürgerkrieg hatte, einen langen Weg zurückgelegt. Bestehende veraltete Sprachkommunikationssysteme wie Funk und Telefon sind immer noch ein wesentlicher Bestandteil der militärischen Landschaft.

Der Einsatz von 5G füllt eine Nische, die mit herkömmlichen Systemen nicht bedient wird – und diese Nische wächst schnell, da die von der IT und dem Internet der Dinge (z. B. Sensoren) erzeugten Datenmengen zu einem Tsunami werden. Es bietet einen Wettbewerbsvorteil im Gefechtsfeld und eröffnet gleichzeitig die Aussicht auf noch fortschrittlichere Militärtechnologie.

Weitere Informationen: nokia.com/defense