以色列Rafael 公司BNET 電臺的應用及其關鍵技術*

張 洪，翁寅侃，董 冉，李 謙，孫 毅，彭 嵩

（武漢中原電子集團有限公司，湖北 武漢 430200）

0 引言

拉斐爾先進防御系統公司（Rafael Advanced Defense Systems Ltd.）是以色列最大的國防公司之一，它是作為以色列的武器和軍事技術發展的國防實驗室而建立的，2002 年成立為有限公司，多年來致力于為以色列國防軍開發先進武器和信息系統，其中包括寬帶軟件定義無線電（Software Defined Radio，SDR）——BNET[1]。

1 BNET 系列電臺

BNET 支持現代數字戰場的需求，為移動中的寬帶數據、語音和視頻提供可靠的高速、低延遲連接，并可適用于地面和空中平臺、總部和士兵。這種模塊化、多頻段、多通道、以網絡為中心的系統支持前所未有的數據速率和用戶數量，使所有陸地、海上和空中無線電單位能夠參與到一個單一的、無縫的、可擴展的移動自組織網絡（Mobile Ad hoc Network，MANET）中。如圖1 所示，BNET 系列電臺包括BNET-AR（機載臺）、BNET-V（車載臺）、BNET-MP（背負臺）、BNET-HH（手持臺）、NANO BNET（無人機及單兵臺）[2]，以適應不同應用場景，該電臺的具體參數如表1 所示。

表1 BNET 系列電臺參數

圖1 拉斐爾公司的BNET 系列電臺

BNET-AR 是一種模塊化多頻段機載軟件無線電，可提供抗干擾的高速數據及語音（模擬和VoIP）通信能力，用于集成到戰斗機和直升機以及地面控制站上，以實現網絡中心作戰和實時態勢感知。

BNET NANO 是Rafael 公司基于軟件定義無線電技術開發的一款全新產品，如圖2 所示。軟件定義無線電技術是一種革命性的通信技術，它利用軟件控制來實現通信設備的配置和操作，從而大大提升了通信系統的靈活性和可升級性。

圖2 BNET NANO

與傳統的硬件固定通信設備相比，BNET NANO具有以下顯著創新。

（1）多功能：BNET NANO 采用了先進的軟件定義無線電技術，允許在單個設備中操作多個語音組、數據流和視頻。多信道接收（Multi-Channel Reception，MCR）技術打破了傳統單通道無線電的模式，允許同時接收數十個信道。這種靈活性意味著部隊不再需要攜帶多種不同類型的設備，從而減輕了士兵的負擔。

（2）高度安全：BNET NANO 不僅可以實現高度保密的通信，還具備抗截獲和抗干擾能力。這對于軍事通信而言至關重要，能夠確保通信內容不被敵方截獲或干擾。

（3）輕便便攜：BNET NANO 采用了先進的微型設計，使得設備非常輕便便攜。士兵可以輕松攜帶這些設備，無論是在戰斗中還是在戰術機動中。

（4）易于升級：軟件定義無線電技術使得BNET NANO 設備的升級變得更加便捷。通過簡單的軟件更新，設備可以獲得新的功能和性能，而無須更換硬件。

（5）自組網：BNET 是一個輕型無線電單元，支持點對點和點對多點拓撲結構及自組網，支持獨特的SDR 全IP 設計，能夠在完整的旅區操作范圍內實現連接。

（6）高效的頻譜管理：BNET 在認知上管理有限的頻譜資源，實現了無縫融合、最小化規劃和高效的頻譜利用。該無線電能夠在全球定位系統（Global Positioning System，GPS）無法使用的區域內運作，此情景在當今戰場上越來越普遍。BNET可以感知并避免頻譜干擾，在密集環境中作為低概率截獲（Low Probability of Intercept，LPI）或低概率檢測（Low Probability of Detection，LPD）設備運行。

BNET NANO 軟件定義無線電技術在現代軍事通信中具有廣泛的應用領域。

（1）場地通信：BNET NANO 可以作為部隊之間、不同裝備之間的通信工具，保障指揮官與士兵之間的及時溝通。

（2）戰術偵察：士兵可以使用BNET NANO進行戰術偵察，通過高度保密的通信傳遞情報信息，確保行動的安全和隱蔽性。

（3）特種作戰：BNET NANO 的輕便便攜性使其非常適合特種部隊的作戰需求，可以提供高度保密的通信能力。

（4）聯合作戰：不同軍種之間的聯合作戰需要高效的通信手段，BNET NANO 可以實現不同軍種之間的快速、安全通信。

2 BNET 主要應用

以色列拉斐爾先進防御系統公司發布了新型BNET 系列無線電臺，該系列電臺從2014 年開始提供給以色列陸軍。未來戰場對于陸軍作戰裝備的要求是可以應對更多高復雜度的任務，同時座艙內士兵數量要盡可能減少，且能夠在受到更多保護的情況下執行作戰任務。針對這一未來情境，以色列公司Rafael 為“卡梅爾”未來裝甲平臺原型車開發了“下一代戰車套件”（Next-Generation Combat Vehicle Suite，NGCV-S）。借助Rafael 公司的FIRE WEAVER 和BNET，可實現與所有其他地面平臺的實時互聯，從而實現全網絡的態勢感知，快速選擇最佳射擊武器，并以超高的精度與速度清除多個目標[3]。

Rafael 先進防御系統利用組網能力增強了其第5 代Python-5 短程空對空導彈（Air to Air Missile，AAM）的性能，使其能夠在空對空戰術環境中從裝備了該公司的Global Link SDR 系統的關聯飛機上獲取目標。基于Rafael 專有的BNET 技術開發的Global Link 是一種先進的機載多頻段(VHF/UHF+L)高度自動化IP MANET SDR，旨在增強現代戰斗機在戰術行動中的安全信息交換能力。利用MCR 技術，Global Link 同時支持傳統AM/FM 通信和高級MANET 波形，具有大容量數據、數字話音、視頻、自動多中繼能力，從而可以在噴氣機之間快速創建戰術網絡，不僅能夠提供增強的機載態勢感知能力，還能提供Rafael 的Python-5 空對空導彈的上行鏈路。因為Global Link SDR 可以實現導彈的上行鏈路功能，所以不需要再在飛機上安裝額外的收發器。

2020 年，Rafael 官方表示，BNET 系統已經被以色列陸軍部署在營級。還在各種飛機上應用了數據鏈，包括以色列無人駕駛飛機系統和以色列空軍運營的洛克希德馬丁公司F-35I，該系統允許分布式部隊保持戰場空間的共同視野。BNET 有能力以認知方式管理稀缺的頻譜資源，并為電臺組網提供無縫的合并、最小的規劃方案及高效的頻譜使用。

印度空軍（Indian Air Force，IAF）于2019 年2 月26 日轟炸巴拉科特，并擊退了巴基斯坦空軍（Pakistan Air Force，PAF）對印度軍隊設施的攻擊。在這場戰斗中，印度空軍發現自己在安全通信方面存在缺陷，在未來，它可能會導致代價高昂的失敗。在這之后，印度空軍立即決定迅速購買軟件無線電，并將它們與機隊整合。然后，從以色列緊急購買了1 000 套BNET 寬帶互聯網協議戰術無線電設備，用于印度空軍的幻影2000、米格29 和蘇霍伊30 戰斗機[4]。同時為了滿足與中國在拉達克（Ladakh）地區的持久軍事對峙所引發的緊迫作戰要求，印度國防部特別制定了該輪“緊急”設備采購程序并執行。

2019 年12 月，以色列Rafael 公司為德國聯邦國防軍開展了一個項目，其涉及創建一個所謂的“玻璃戰場”，如圖3 所示，以增強在未來戰場的態勢感知能力[5]。這個戰場利用無人航空系統和作戰車輛創建模擬機動作戰的實時3D 場景，為實現這一場景，德國聯邦國防軍選擇了Rafael 的BNET 和Fire Weaver 技術。未來的戰場將由互聯平臺、在“戰術物聯網”中移動的傳感器信息及先進的通信網絡等組成，以此為基礎實現無人機、作戰車輛和地面士兵之間的無縫連接。Rafael 公司的BNET 技術能應對戰場上的各種挑戰，比如連接多個傳感器和射擊系統。這意味著一臺無線電設備就可以接收來自多架無人機的數據，并可以連接到士兵和其他車輛，實現在無人系統和士兵之間傳輸數據。Rafael 公司聲稱，這項技術不受網絡和電子戰攻擊的影響，允許使用單個天線同時接收多個頻率。該項目在2019—2025 年間每年進行一次最新技術演示實驗，將于2025 年完成該項目。

2021 年1 月29 日，以色列拉斐爾先進防御系統公司宣布，美國陸軍評估了其長釘短程（Short Range，SR）導彈。該公司在陸軍遠征勇士測驗（Army Expeditionary Warrior Experiment，AEWE）2021 上展示了該導彈，包括傳感器-射手網絡系統——Fire Weaver 和寬帶電臺BNET，通過將其與長釘SR導彈相結合，可以實現高機動性和殺傷力，并提供戰術優勢。

美國電力公司于2021 年12 月安裝了美國（Federal Communications Commission，FCC）認證版本的Rafael 世界級電磁脈沖（Electromagnetic Pulse，EMP）防護BNET 無線電[6]。這是BNET 無線電的首次商業安裝，Rafael 的軟件定義認知無線電具有針對“黑天”危害（“Black Sky”Hazard）和其他潛在威脅的EMP 保護，以保障美國關鍵基礎設施的正常運行。“黑天”危害被定義為長期嚴重破壞多個地區關鍵基礎設施正常運作的災難性事件。EMP 事件既可以是人為造成的，也可以是自然發生的。在“黑天”事件后為電網重新供電并恢復關鍵基礎設施將需要一個強大的EMP 保護通信平臺，如BNET。該無線電具有電磁脈沖防護功能，工作在甚高頻至長期演進（Long Term Evolution，LTE）頻段，具有頻譜感知能力和無限可擴展性，通過封裝系統與其他通信平臺集成，使陸、海、空無線電單元集成至一個無縫、可擴展的移動通信系統。寬帶IP 軟件定義無線電具備高速、低延遲、可靠的寬帶數據優勢，可滿足連接、移動語音和視頻等應用，從而滿足多域戰需求，推進武器裝備現代化。目前，Rafael 公司與美國環境影響報告書委員會合作，擴大這種無線電的工作范圍，并向美國提供首臺電磁脈沖防護寬帶無線電，如圖4 所示。

圖4 Rafael 公司的電磁脈沖防護BNET 電臺

另外，西班牙正在尋求徹底改造戰術通信，陸軍和空軍的投標金額預計在10 億美元左右。Rafael公司希望與西班牙Technobit 公司合作，并已經向國防部的西班牙官員展示了BNET。2022 年2 月16 日，Rafael 公司在新加坡航展上宣布，已于1 月29 日與新加坡簽署了訂購BNET 軟件定義無線電的合同。此外，BNET 通信系統已被巴西和哥倫比亞空軍選中，應用于機載網絡。

2022 年5 月18 日至20 日，在布加勒斯特舉行的黑海國防航空航天（Black Sea Defense Aerospace，BSDA）展覽會上，展示了各種防御解決方案和系統，其中有SPYDE 防空系統，其采用了一個開放式架構。根據捷克共和國的合同，該架構目前正在整合到北約防空指揮與控制和通信系統中，而SPYDER 由Rafael 公司先進的BNET 通信網絡提供連接支持[7]。

2023 年5 月，Rafael 公司成功為羅馬尼亞特種部隊、情報單位和其他官方政府服務機構進行了BNET 先進戰術通信系統的全面演示[8]。這次重要的活動展示了BNET 在各種場景下的卓越能力，說明了其在復雜作戰環境中的有效性。演示包括在不同領域的戰斗模擬，包括地上和地下的城市環境，以及具有開闊地形的環境。Rafael 公司有效地展示了BNET 戰術通信解決方案如何在GPS 拒絕環境和其他復雜的戰斗場景中實現實時戰斗管理、信息收集和導航。BNET 的先進特性使得該系統在確保任務成功的同時，可以在動態戰場場景中為決策者和操作員提供獨特優勢。在動態的作戰環境中，對挑戰的快速有效反應對作戰部隊來說至關重要。BNET 展示了強大的吞吐量，為關鍵人員提供了受限和安全接收的同步視頻饋送，且與傳統系統無縫集成后允許共享實時圖片和特殊應用程序，增強態勢感知。

3 BNET 關鍵技術

BNET 采用頻譜認知手段以充分利用有限頻譜資源，從而應對現代戰場的挑戰，例如有限的頻譜、連接多個傳感器和射手等，其都是通過BNET 專利技術——MCR 實現的。該技術使它能夠使用單個射頻頭同時接收和分析來自多個頻道的信息[9-10]，如圖5 所示，其支持超大容量、多頻段、高速、低延遲傳輸，符合軟件定義無線電S.C.A.2.2.2 規范，并具有高可擴展性，可擴展至1 000 多個用戶[11]。

圖5 多信道接收

圖6 給出了BNET 接收機的原理。實線表示射頻路徑，虛線表示控制路徑，寬箭頭表示數據總線。例如，使用通常分配給空中通信的225～400 MHz 超高頻頻段，就可構造能夠同時接收具有足夠動態范圍的整個頻段的接收機。實現這種接收機的技術是：（1）模數轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC），它在射頻（Radio Frequency，RF）上執行直接信號采樣，并且設置了系統帶寬和動態范圍的限制；（2）數字信號處理部分，它一次處理整個射頻頻段，并且通常在處理高帶寬系統時使用現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）實現。因此，不像先前技術的接收機一次只能接收幾個信道，BNET 將頻帶劃分為子頻帶并依次重新編配信道的頻率，因此BNET 的接收機能夠一次處理整個頻帶，即同時接收所有信道。

圖6 BNET 接收機

圖7 給出了能夠在寬帶和跳頻模式下工作的發射機原理，其中實線表示射頻路徑，虛線表示控制路徑，寬箭頭表示數據總線。調制信號由信號處理單元以數學方式生成，并通過高速數模轉換 器（Digital-to-Analog Converter，DAC）（如AD9739A）轉換為模擬形式，其能夠以高達2 500 Mbit/s 的速率工作。從DAC 輸出的信號通過帶通重構濾波器和低電平射頻放大器進行預放大，然后信號被饋送到功率控制衰減器，其衰減水平由控制單元動態控制。衰減器輸出處的帶通濾波器可清除前置放大器產生的遠端畸變信號。濾波器輸出后被饋送到RF Driver，RF Driver 將驅動功率放大器（Power Amplifier，PA）放大到最大允許發射功率的電平。PA 的輸出通過一個帶通諧波濾波器，使得信號到達發射天線。

圖7 BNET 發射機

如圖8 所示為具有信道劃分的數字濾波器組和調制解調器。該寬帶接收機包括1 個225～400 MHz的射頻全波段濾波器，1 個超寬帶ADC 和1 個多通道網絡。按照前面的225～400 MHz（UHF 波段）的例子，該頻段可以分為70 個通道，間隔2.5 MHz，目前可用的FPGA 能夠在時隙結束前完成所有70 個通道的處理，耗時在1～2 ms。

圖8 具有信道劃分的數字濾波器組和調制解調器

如圖9 所示為現有技術的MANET 網絡和MAC的示例。圖10 為四信道接收機。節點A、B、C、D和F 保存要發送到節點E 的分組。為了發送，節點A 到D 需要找到對應的目標節點E 不發送的時隙和其沒有鄰居節點發送和干擾到目標節點E 的頻率信道。一旦確定了適當的傳輸頻率，并且如果目標節點E 不在該時隙中發送，它將用于接收傳輸。因此，在傳統的無線自組網中，每個節點也需要避免發送到一個接收機，而另一個相鄰節點則發送到同一個接收機。事實上，當接收機在某個頻率信道上等待時，將成為瓶頸，因為發射機也在等待，直到接收機能夠單獨接收它們。根據圖10，接收機能夠同時接收4 個信道，由此產生的延遲比傳統的MANET系統短得多。在這個例子中，5 個傳輸應該到達節點E，但是只有4 個同時接收信道。因此，節點A、C、D 和F 在第一時隙向節點E 發送，而節點B 在第2時隙向節點E 發送。盡管如此，傳輸能夠正確完成，同時節省3 個時隙的時間。

圖9 現有技術的MANET 接收機

圖10 四信道的MANET 接收機

如圖11 所示，采用MCR 技術的接收器能夠同時接收整個頻帶，如果節點E 沒有發送，那么它能夠接收一個時隙中的所有數據包。圖11 中的頻率通道可以是真實信道也可以是邏輯跳頻信道。信道的數量不限于5 個硬件接收信道，而可以是通過加權快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation，FFT）等技術形成的數十上百個數字化信道。目前的FPGA 技術可以實現非常大數量的接收通道，并會隨著FPGA 和其他數字信號處理設備的實力的繼續增長而增大。

圖11 具有MCR 技術的MANET 接收機

由上文可知，BNET MCR 技術具備更低的通信資源要求，更快、更簡單的算法，傳輸速率高，高效頻譜利用和快速信道轉換的特點，并且其允許在單個設備中運行多個語音組、數據流和視頻，打破了單通道無線電的范例，還允許同時接收數十個通道。

4 結語

隨著通信技術的不斷創新，BNET 軟件定義無線電技術的推出將為現代軍事通信帶來革命性的變化，其超大容量、多頻段、高速、低延遲、多功能、高度安全及易于升級的特點，使得這一技術成為軍隊提升通信能力、提高戰斗效率的重要工具，在各種戰術和戰斗環境中發揮出色的作用，包括在目前正不斷升級的巴以沖突中，其將為以色列軍隊提供強有力的支持。