Jak wszyscy wiemy, widmo radiowe jest cennym zasobem naturalnym. Chociaż widmo elektromagnetyczne poniżej 3000 GHz jest teoretycznie nazywane widmem radiowym, ze względu na ograniczenia techniczne ludzie obecnie dzielą tylko pasmo częstotliwości użytkowej od 9 kHz do 400 GHz. W rzeczywistości wojskowe pasma częstotliwości są skoncentrowane poniżej 40 GHz, podczas gdy cywilne pasma częstotliwości koncentrują się głównie poniżej 3 GHz. Wraz z szybkim rozwojem technologii komunikacji mobilnej nowe usługi komunikacji bezprzewodowej pojawiają się w niekończącym się strumieniu, liczba użytkowników stale rośnie, a zasoby widma stają się coraz bardziej ograniczone. Aby rozwiązać ten problem, sukcesywnie wynaleziono różnorodne zaawansowane techniki modulacji, techniki kodowania, techniki wieloantenowe, adaptację łącza i inne nowe technologie. Technologie te poprawiły pojemność kanału pod różnymi kątami i osiągnęły dobre wyniki. Jednak ze względu na limit Shannona niemożliwe jest zwiększenie pojemności kanału w nieskończoność. Chociaż widmo radiowe może być ponownie wykorzystane, dla określonego punktu częstotliwości lub pasma częstotliwości, jest ono ograniczone w określonej domenie czasu i przestrzeni i nie może być ponownie wykorzystane. W przeciwieństwie do niedoboru zasobów widma jest wyjątkowo niski wskaźnik wykorzystania istniejącego widma.
Rysunek 1 pokazuje wykorzystanie widma 0-6 GHz przetestowane przez Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley. Rzeczywiste wyniki pomiarów pokazują, że w globalnym licencjonowanym paśmie częstotliwości, nawet w paśmie częstotliwości od 300 MHz do 3 GHz o dobrej charakterystyce propagacji sygnału i bardzo wąskim popycie, wskaźnik wykorzystania widma wynosi mniej niż 6%; w paśmie częstotliwości 3-4 GHz wskaźnik wykorzystania widma zmniejsza się do 0,5%; Powyżej 4 GHz wykorzystanie częstotliwości jest niższe. Dlatego sposób skutecznego współdzielenia zasobów widma i pełnej poprawy wykorzystania widma stał się pilnym problemem do rozwiązania. W tym kontekście technologia Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) proponuje nowe rozwiązanie - poprawę wydajności wykorzystania widma bezprzewodowego poprzez Dynamic Spectrum Sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Zastosowanie radia kognitywnego w komunikacji wojskowej
3.1 Zwiększenie przepustowości systemu komunikacji
Niedobór widma bezprzewodowego jest widoczny nie tylko w dziedzinie cywilnej, ale także w dziedzinie wojskowej. Zwłaszcza w warunkach współczesnych działań wojennych na ograniczonym obszarze intensywnie ustawiane są różne urządzenia elektroniczne, co sprawi, że zasoby widma będą niezwykle ograniczone. Ponadto wraz z modernizacją cywilnego sprzętu radiowego i gwałtownym wzrostem liczby użytkowników wzrasta również zapotrzebowanie na widmo. Niektóre organizacje w niektórych krajach złożyły wniosek o przeznaczenie części widma wojskowego do użytku cywilnego. Tendencja ta niewątpliwie jeszcze bardziej pogłębi niedobór wojskowych zasobów widma radiowego. CR może dynamicznie wykorzystywać zasoby widma, co teoretycznie może poprawić wykorzystanie widma dziesiątki razy. Dlatego nawet jeśli CR zostanie częściowo przyjęty, pojemność całego systemu komunikacji może zostać znacznie poprawiona.
3.2 Poprawa efektywności zarządzania widmem
Zarządzanie widmem pola bitwy jest bardzo ważnym tematem, a wojsko wszystkich krajów przywiązuje dużą wagę do badań nad tym zagadnieniem. Jednak obecnie przydział widma pola bitwy odbywa się zasadniczo w formie przydziału stałej częstotliwości. Z rzeczywistej sytuacji bojowej plan ten nie jest w pełni udany. Z jednej strony ten schemat alokacji nie tylko prowadzi do niskiego wykorzystania zasobów widma, ale także łatwo powoduje zakłócenia elektromagnetyczne w systemie lub między przyjaznymi siłami; z drugiej strony ten schemat alokacji wymaga dużo czasu na planowanie widma przed rozpoczęciem bitwy ; Ponadto, po określeniu częstotliwości komunikacji, nie można jej zmienić bez względu na to, co dzieje się w stanie walki. ponieważ
Dlatego we współczesnej wojnie, w której sytuacja na polu bitwy szybko się zmienia, stały schemat przydziału widma jest łatwy do opóźnienia myśliwców. CR może wyczuć środowisko elektromagnetyczne pola bitwy w obszarze, w którym się znajduje, i automatycznie wykryć dostępność wymaganej przepustowości i widma. Dlatego alokacja zasobów widma może być szybko zakończona za pomocą CR, a częstotliwość komunikacji może być również automatycznie dostosowywana podczas procesu komunikacji. Nie tylko poprawia szybkość pracy w sieci, ale także poprawia kompatybilność elektromagnetyczną całego systemu komunikacyjnego.
3.3 Poprawa zdolności zakłócacza EOD do przeciwdziałania zakłóceniom w systemie
Zdolność przeciwzakłóceniowa jest ważnym wskaźnikiem pomiaru sprzętu komunikacyjnego w warunkach współczesnej wojny, a także ważną gwarancją wygranej wojny. Tradycyjne technologie zapobiegające zagłuszaniu kanałów obejmują głównie widmo rozproszone, przeskakiwanie częstotliwości, przeskakiwanie w czasie i powiązane technologie z nich pochodzące. CR nie tylko ma powyższą zdolność przeciwzakłóceniową, ale także tłumi zakłócenia poprzez regulację kierunku wiązki dzięki zastosowaniu technologii wykrywania położenia w połączeniu z technologią DBF. CR nie tylko poprawia zdolność przeciwzakłóceniową, ale także może zmniejszyć moc transmisji i poprawić zdolność przeciwchwyceniową. Radio kognitywne ma zaawansowane możliwości uczenia maszynowego, które może uczyć się i analizować zakłócenia, dzięki czemu może wybrać odpowiednie strategie przeciwdziałania zagłuszaniu (wybrać odpowiedni kanał komunikacji, metodę modulacji, moc transmisji, wzór przeskakiwania częstotliwości itp.), Aby aktywnie unikać zakłóceń . Ponadto, ponieważ pasmo częstotliwości roboczej CR jest bardzo szerokie, zwiększa to również trudność zakłóceń.
3.4 Zapewnij zakłócacz sygnału RF Elektroniczne środki zaradcze
Tradycyjną metodą elektronicznych środków zaradczych jest najpierw wykrycie elektromagnetycznego środowiska pola bitwy poprzez radioodkrycie pola bitwy, a następnie przekazanie wykrytej sytuacji siłom elektronicznych środków zaradczych za pośrednictwem sieci łączności bojowej, a oddziały odpowiedzialne za zadanie elektronicznych środków zaradczych przeprowadzą zakłócenia. Metoda ta wymaga nie tylko dużej siły roboczej i zasobów materialnych, ale także ścisłej współpracy z oddziałami odpowiedzialnymi za rozpoznanie środowiska elektromagnetycznego i elektroniczne środki zaradcze. Dlatego okres od rozpoznania do wdrożenia zakłóceń jest długi, co łatwo opóźnić myśliwce. CR może szybko i dokładnie zidentyfikować przyjaciela lub wroga, wyczuwając charakterystykę widma elektromagnetycznego pola bitwy. Może szybko uwolnić lub uniknąć zakłóceń podczas prowadzenia rozpoznania widma elektromagnetycznego, które nie jest dostępne w tradycyjnym radiu.
3.5 Poprawa wzajemnych połączeń systemowych
Obecnie różne gałęzie naszej armii są wyposażone w dużą liczbę stacji radiowych różnych modeli. Te stacje radiowe mają różne częstotliwości robocze, moc nadawczą, metody modulacji itp. i nie mogą osiągnąć wzajemnych połączeń i interoperacyjności, co stało się ważnym czynnikiem ograniczającym wspólne operacje trzech sił zbrojnych. zakłócacz scramblera telefonu komórkowego może obejmować szerokie pasmo częstotliwości i używać oprogramowania do realizacji przetwarzania sygnału w paśmie podstawowym, modulacji IF i generowania przebiegu sygnału RF. Poprzez niezależne ładowanie innego oprogramowania, CR może komunikować się zarówno z krótkofalowymi stacjami radiowymi, ultrakrótkofalowymi stacjami radiowymi, a nawet satelitami. Dzieje się tak właśnie dlatego, że CR może autonomicznie uczyć się protokołów i usług komunikacji sieciowej,
Poprawa interoperacyjności i wzajemnych połączeń systemu.
Oprócz powyższych funkcji i zalet, CR zapewnia również funkcje pozycjonowania i percepcji otoczenia, które mają tę zaletę, że są mniej podatne na cywilne zakłócenia radiowe i szybsza sieć, które są niezastąpionymi zaletami tradycyjnego radia.
4 Szanse i wyzwania dla wojskowego radia kognitywnego
CR jest uważany za kierunek następnej generacji rozwoju komunikacji. Ponieważ technologia CR może znacznie poprawić wydajność wykorzystania widma bezprzewodowego, przyciągnęła dużą uwagę w branży i szybko się rozwinęła w ostatnich latach. Jednak CR nadal stoi przed wieloma wyzwaniami, od zastosowań laboratoryjnych po praktyczne i wojskowe:
(1) Większość obecnych badań pozostaje w warstwie fizycznej i istnieje niewiele badań dotyczących sieci CR, topologii sieci, protokołów sieciowych itp.;
(2) Technologia wykrywania szybkiego widma i identyfikacji sygnałów wymaga dalszych badań;
(3) Szybka i skuteczna percepcja środowiska oraz jak skutecznie wykorzystywać informacje o percepcji środowiska;
(4) Technologia ponownego ustanawiania i konserwacji połączeń, gdy CR wykonuje dynamiczną regulację częstotliwości;
(5) Konstrukcja terminala CR jest złożona, wymaga szerokopasmowego, bardzo czułego front-endu RF, szybkich i wydajnych algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnału oraz solidnej i niezawodnej konstrukcji sprzętu i oprogramowania, która spełnia standardy wojskowe;
(6) Uczenie maszynowe i jak lepiej wykorzystać język komputerowy, aby uczynić sieć CR bardziej inteligentną i bardziej zgodną z charakterystyką i wymaganiami łączności wojskowej;
(7) Kompatybilność między CR a sprzętem aktywnym. Koszt terminali CR jest wysoki, a nawet do użytku wojskowego niemożliwe jest wyposażenie żołnierzy na dużą skalę w krótkim czasie. Wymaga to, aby CR mógł pokryć większość pasm częstotliwości, metod modulacji i metod przeskakiwania częstotliwości aktywnego sprzętu komunikacyjnego naszego wojska;
(8) Miniaturyzacja i projekt terminala o niskim zużyciu energii.
