Som vi alle vet er radiospekteret en verdifull naturressurs. Selv om det elektromagnetiske spekteret under 3000GHz teoretisk kalles radiospekteret, på grunn av tekniske begrensninger, deler mennesker foreløpig kun bruksfrekvensbåndet fra 9kHz til 400GHz. Faktisk er militære frekvensbånd konsentrert under 40GHz, mens sivile frekvensbånd hovedsakelig er konsentrert under 3GHz. Med den raske utviklingen av mobilkommunikasjonsteknologi dukker nye trådløse kommunikasjonstjenester opp i en endeløs strøm, antall brukere fortsetter å øke, og spektrumressursene blir stadig knappere. For å løse dette problemet har en rekke avanserte modulasjonsteknikker, kodingsteknikker, multi-antenneteknikker, koblingstilpasning og andre nye teknologier blitt oppfunnet suksessivt. Disse teknologiene har forbedret kanalkapasiteten fra forskjellige vinkler og oppnådd gode resultater. På grunn av Shannon-grensen er det imidlertid umulig å øke kanalkapasiteten på ubestemt tid. Selv om radiospekteret kan gjenbrukes, for et bestemt frekvenspunkt eller frekvensbånd, er det begrenset i et bestemt tidsdomene og romdomene, og kan ikke gjenbrukes. I sterk kontrast til mangelen på spektrumressurser står den ekstremt lave utnyttelsesgraden av det eksisterende spekteret.
Figure 1 shows the 0-6GHz spectrum utilization tested by the University of California, Berkeley. The actual measurement results show that in the global licensed frequency band, even in the 300MHz to 3GHz frequency band with good signal propagation characteristics and very tight demand, the spectrum utilization rate is less than 6 percent ; in the 3-4GHz frequency band, the spectrum utilization rate is reduced to 0.5 percent ; Above 4GHz, the frequency utilization is lower. Therefore, how to effectively share spectrum resources and fully improve spectrum utilization has become an urgent problem to be solved. In this context, Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) technology proposes a new solution—improving the utilization efficiency of wireless spectrum through Dynamic Spectrum Sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Anvendelse av kognitiv radio i militær kommunikasjon
3.1 Øke kapasiteten til kommunikasjonssystemet
Mangelen på trådløst spektrum er ikke bare fremtredende på det sivile området, men også på det militære området. Spesielt under forholdene i moderne krigføring, er en rekke elektroniske enheter satt opp intensivt i et begrenset område, noe som vil gjøre spektrumressursene ekstremt stramme. Dessuten, med oppgraderingen av sivilt radioutstyr og den kraftige økningen i antall brukere, øker også etterspørselen etter spektrum. Noen organisasjoner i enkelte land har søkt om å allokere deler av det militære spekteret til sivil bruk. Denne trenden vil utvilsomt forverre mangelen på militære radiospektrumressurser ytterligere. CR kan dynamisk utnytte spektrumressurser, noe som teoretisk kan forbedre spektrumutnyttelsen dusinvis av ganger. Derfor, selv om CR er delvis tatt i bruk, kan kapasiteten til hele kommunikasjonssystemet bli kraftig forbedret.
3.2 Forbedre effektiviteten i spektrumstyring
Battlefield-spektrumstyring er et svært viktig emne, og militæret i alle land legger stor vekt på forskningen rundt dette spørsmålet. Imidlertid utføres tildelingen av slagmarkspekter i hovedsak i form av fast frekvensallokering. Ut fra selve kampsituasjonen er ikke denne planen helt vellykket. På den ene siden fører denne tildelingsordningen ikke bare til lav utnyttelse av spektrumressurser, men forårsaker også lett elektromagnetisk interferens i systemet eller mellom vennlige styrker; på den annen side krever denne tildelingsordningen mye tid for spektrumplanlegging før kampen begynner; I tillegg, når kommunikasjonsfrekvensen er bestemt, kan den ikke endres uansett hva som skjer i kamptilstanden. fordi
Derfor, i den moderne krigføringen hvor slagmarksituasjonen endrer seg raskt, er den faste spektrumtildelingsordningen lett å forsinke jagerflyene. CR kan fornemme det elektromagnetiske miljøet på slagmarken i området der det er lokalisert, og automatisk oppdage tilgjengeligheten av nødvendig båndbredde og spektrum. Derfor kan allokeringen av spektrumressurser gjennomføres raskt ved hjelp av CR, og kommunikasjonsfrekvensen kan også justeres automatisk under kommunikasjonsprosessen. Det forbedrer ikke bare hastigheten på nettverket, men forbedrer også den elektromagnetiske kompatibiliteten til hele kommunikasjonssystemet.
3.3 Forbedre anti-interferens EOD jammer-evnen til systemet
Anti-jamming-evne er en viktig indikator for å måle kommunikasjonsutstyr under forholdene i moderne krigføring, og det er også en viktig garanti for å vinne krigen. Tradisjonelle kanal anti-jamming-teknologier inkluderer hovedsakelig spredt spektrum, frekvenshopping, tidshopping og relaterte teknologier avledet derfra. CR har ikke bare den ovennevnte anti-interferensevnen, men undertrykker også interferens ved å justere stråleretningen på grunn av bruken av posisjonsfølende teknologi, kombinert med DBF-teknologi. CR forbedrer ikke bare anti-interferensevnen, men kan også redusere sendeeffekten og forbedre anti-avskjæringsevnen. Kognitiv radio har avanserte maskinlæringsevner, som kan lære og analysere interferens, slik at den kan velge passende anti-jamming-strategier (velg passende kommunikasjonskanal, modulasjonsmetode, sendeeffekt, frekvenshoppemønster, etc.) for å aktivt unngå forstyrrelser. I tillegg, fordi arbeidsfrekvensbåndet til CR er veldig bredt, øker det også vanskeligheten med forstyrrelser.
3.4 Gi RF-signal jammer elektroniske mottiltak
Den tradisjonelle metoden for elektroniske mottiltak er å først oppdage det elektromagnetiske miljøet på slagmarken gjennom radiodeteksjon på slagmarken, og deretter kommunisere den oppdagede situasjonen til den elektroniske mottiltaksstyrken gjennom kampkommunikasjonsnettverket, og troppene som er ansvarlige for den elektroniske mottiltaksoppgaven vil utføre innblanding. Denne metoden krever ikke bare mye arbeidskraft og materielle ressurser, men krever også tett samarbeid med troppene som er ansvarlige for elektromagnetisk miljørekognosering og elektroniske mottiltak. Derfor er perioden fra rekognosering til implementering av interferens lang, noe som er lett å forsinke jagerfly. CR kan raskt og nøyaktig identifisere venn eller fiende ved å sanse egenskapene til det elektromagnetiske spekteret på slagmarken. Den kan raskt utløse eller unngå interferens mens den utfører elektromagnetisk spektrumrekognosering, som ikke er tilgjengelig i tradisjonell radio.
3.5 Forbedre systemsammenkoblingen
For tiden er forskjellige grener av hæren vår utstyrt med et stort antall radiostasjoner av forskjellige modeller. Disse radiostasjonene har forskjellige arbeidsfrekvenser, sendeeffekt, modulasjonsmetoder osv., og kan ikke oppnå sammenkobling og interoperabilitet, noe som har blitt en viktig faktor som begrenser de tre væpnede styrkenes felles operasjoner. mobiltelefon scrambler jammer kan dekke et bredt frekvensbånd, og bruke programvare for å realisere basebåndsbehandlingen av signalet, IF-modulasjonen og genereringen av RF-signalbølgeformen. Ved å laste forskjellig programvare uavhengig, kan en CR kommunisere med både kortbølgeradiostasjoner, ultra-kortbølgeradiostasjoner og til og med satellitter. Det er nettopp fordi CR autonomt kan lære nettverkskommunikasjonsprotokoller og -tjenester,
Forbedre interoperabiliteten og sammenkoblingen av systemet.
I tillegg til de ovennevnte funksjonene og fordelene, gir CR også funksjoner for posisjonering og miljøoppfattelse, som har fordelene av å være mindre utsatt for sivil radioforstyrrelser og raskere nettverksbygging, som er uerstattelige fordeler med tradisjonell radio.
4 Muligheter og utfordringer for militær kognitiv radio
CR anses å være retningen for neste generasjons kommunikasjonsutvikling. Siden CR-teknologien kan forbedre utnyttelseseffektiviteten til det trådløse spekteret betydelig, har den vakt stor oppmerksomhet i bransjen og har utviklet seg raskt de siste årene. Imidlertid står CR fortsatt overfor mange utfordringer fra laboratorium til praktisk og militær bruk:
(1) Det meste av den nåværende forskningen forblir i det fysiske laget, og det er få undersøkelser på CR-nettverk, nettverkstopologi, nettverksprotokoller, etc.;
(2) Teknologi for rask spektrumføling og signalidentifikasjon trenger ytterligere forskning;
(3) Rask og effektiv miljøoppfatning og hvordan man effektivt kan utnytte informasjon om miljøoppfatning;
(4) Link re-etablering og vedlikeholdsteknologi når CR utfører dynamisk frekvensjustering;
(5) Utformingen av CR-terminalen er kompleks, og krever et bredt-bånd, høy-følsom RF-front-, raske og effektive digitale signalbehandlingsalgoritmer, og en robust og pålitelig maskinvare- og programvaredesign som oppfyller militære standarder;
(6) Maskinlæring og hvordan gjøre bedre bruk av dataspråk for å gjøre CR-nettverket mer intelligent og mer i tråd med egenskapene og kravene til militær kommunikasjon;
(7) Compatibility between CR and active equipment. The cost of CR terminals is high, and even for military use, it is impossible to equip troops on a large scale in a short period of time. This requires that CR can cover most of the frequency bands, modulation methods and frequency hopping methods of our military's active communication equipment;
(8) Miniatyrisering og lavt strømforbruk design av terminalen.
