Kao što svi znamo, radijski spektar je vrijedan prirodni resurs. Iako se elektromagnetski spektar ispod 3000 GHz teoretski naziva radio spektrom, zbog tehničkih ograničenja, ljudi trenutno dijele samo frekvencijski pojas od 9 kHz do 400 GHz. Zapravo, vojni frekvencijski pojasevi koncentrirani su ispod 40GHz, dok su civilni frekvencijski pojasevi uglavnom koncentrirani ispod 3GHz. S brzim razvojem mobilne komunikacijske tehnologije, nove bežične komunikacijske usluge pojavljuju se u beskrajnom toku, broj korisnika nastavlja rasti, a resursi spektra postaju sve oskudniji. Kako bi se riješio ovaj problem, uzastopno su izmišljene razne napredne tehnike modulacije, tehnike kodiranja, tehnike s više{5}} antena, prilagodba veze i druge nove tehnologije. Ove tehnologije su poboljšale kapacitet kanala iz različitih kutova i postigle dobre rezultate. Međutim, zbog Shanononove granice nemoguće je neograničeno povećavati kapacitet kanala. Iako se radijski spektar može ponovno koristiti, za određenu frekvencijsku točku ili frekvencijski pojas, ograničen je u određenoj vremenskoj i prostornoj domeni i ne može se ponovno koristiti. U potpunoj suprotnosti s nedostatkom resursa spektra iznimno je niska stopa iskorištenja postojećeg spektra.
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).
Primjena kognitivnog radija u vojnoj komunikaciji
3.1 Povećati kapacitet komunikacijskog sustava
Nedostatak bežičnog spektra nije izražen samo na civilnom, već i na vojnom području. Pogotovo u uvjetima suvremenog ratovanja, na ograničenom području intenzivno se postavljaju različiti elektronički uređaji, što će resurse spektra učiniti iznimno tijesnim. Štoviše, s nadogradnjom civilne radijske opreme i naglim povećanjem broja korisnika, raste i potražnja za spektrom. Neke organizacije u nekim zemljama podnijele su zahtjev za dodjelu dijela vojnog spektra za civilnu upotrebu. Ovaj trend će nedvojbeno dodatno pogoršati nedostatak resursa vojnog radio spektra. CR može dinamički koristiti resurse spektra, što teoretski može nekoliko desetaka puta poboljšati korištenje spektra. Stoga, čak i ako se CR djelomično usvoji, kapacitet cjelokupnog komunikacijskog sustava može se uvelike poboljšati.
3.2 Poboljšati učinkovitost upravljanja spektrom
Upravljanje spektrom bojišta vrlo je važna tema, a vojska svih zemalja pridaje veliku važnost istraživanju ove problematike. Međutim, trenutno se dodjela spektra na bojnom polju u osnovi provodi u obliku dodjele fiksnih frekvencija. Iz stvarne borbene situacije ovaj plan nije u potpunosti uspješan. S jedne strane, ova shema dodjele ne samo da dovodi do niske iskorištenosti resursa spektra, već također lako uzrokuje elektromagnetske smetnje unutar sustava ili između prijateljskih snaga; s druge strane, ova shema dodjele zahtijeva puno vremena za planiranje spektra prije početka bitke; Osim toga, nakon što je određena komunikacijska frekvencija, ne može se promijeniti bez obzira na to što se događa u borbenom stanju. jer
Stoga, u modernom ratovanju gdje se situacija na bojnom polju brzo mijenja, shema fiksne raspodjele spektra lako može odgoditi borce. CR može osjetiti elektromagnetsko okruženje bojnog polja u području gdje se nalazi i automatski otkriti dostupnost potrebne širine pojasa i spektra. Stoga se dodjela resursa spektra može brzo dovršiti uz pomoć CR-a, a komunikacijska frekvencija se također može automatski prilagoditi tijekom komunikacijskog procesa. Ne samo da poboljšava brzinu umrežavanja, već i poboljšava elektromagnetsku kompatibilnost cijelog komunikacijskog sustava.
3.3 Poboljšajte sposobnost sustava protiv -smetanja EOD ometanja
Sposobnost protiv{0}}ometanja važan je pokazatelj za mjerenje komunikacijske opreme u uvjetima modernog ratovanja, a također je i važno jamstvo za pobjedu u ratu. Tradicionalne tehnologije za sprječavanje-ometanja kanala uglavnom uključuju prošireni spektar, skakanje frekvencije, vremensko skakanje i povezane tehnologije izvedene iz njih. CR ne samo da ima gornju anti-sposobnost protiv smetnji, već i potiskuje smetnje podešavanjem smjera snopa zbog upotrebe tehnologije senzora položaja, u kombinaciji s DBF tehnologijom. CR ne samo da poboljšava -sposobnost smetnji, već također može smanjiti snagu odašiljanja i poboljšati sposobnost sprječavanja-presretanja. Kognitivni radio ima napredne sposobnosti strojnog učenja, koje mogu naučiti i analizirati smetnje, tako da mogu odabrati odgovarajuće strategije protiv -ometanja (odabrati odgovarajući komunikacijski kanal, metodu modulacije, snagu odašiljanja, uzorak skakanja frekvencije itd.) kako bi aktivno izbjegavati smetnje. Osim toga, budući da je radni frekvencijski pojas CR-a vrlo širok, to također povećava poteškoće smetnji.
3.4 Osigurajte elektroničke protumjere za ometanje RF signala
Tradicionalna metoda elektroničkih protumjera je prvo detektirati elektromagnetsko okruženje bojišta putem radio detekcije bojišnice, a zatim priopćiti otkrivenu situaciju snagama za elektroničke protumjere putem mreže borbene komunikacije, a postrojbe odgovorne za zadaću elektroničkih protumjera će izvršiti smetnje. Ova metoda ne samo da zahtijeva mnogo ljudstva i materijalnih resursa, već zahtijeva i blisku suradnju s postrojbama odgovornim za izviđanje elektromagnetskog okoliša i elektroničke protumjere. Stoga je razdoblje od izviđanja do primjene ometanja dugo, što je lako odgoditi borce. CR može brzo i točno identificirati prijatelja ili neprijatelja osjetivši karakteristike elektromagnetskog spektra bojnog polja. Može brzo otpustiti ili izbjeći smetnje tijekom izviđanja elektromagnetskog spektra, što nije dostupno u tradicionalnom radiju.
3.5 Unaprijediti međusobnu povezanost sustava
Trenutno su razne grane naše vojske opremljene velikim brojem radio postaja različitih modela. Ove radijske postaje imaju različite radne frekvencije, snagu odašiljanja, metode modulacije itd., te ne mogu postići međusobnu povezanost i interoperabilnost, što je postalo važan čimbenik koji ograničava zajedničko djelovanje triju oružanih snaga. Scrambler za mobitele može pokriti široki frekvencijski pojas i koristiti softver za realizaciju obrade signala u osnovnom pojasu, IF modulacije i generiranja valnog oblika RF signala. Neovisnim učitavanjem različitog softvera, CR može komunicirati s kratkovalnim radio postajama, ultra-radio postajama s kratkim valovima, pa čak i satelitima. Upravo zato što CR može samostalno naučiti mrežne komunikacijske protokole i usluge,
Poboljšati interoperabilnost i međusobnu povezanost sustava.
Uz gore navedene funkcije i prednosti, CR također nudi funkcije pozicioniranja i percepcije okoline, koje imaju prednosti što su manje osjetljive na civilne radio smetnje i brže umrežavanje, što su nezamjenjive prednosti tradicionalnog radija.
4 Prilike i izazovi za vojni kognitivni radio
CR se smatra smjerom komunikacijskog razvoja sljedeće generacije. Budući da CR tehnologija može značajno poboljšati učinkovitost korištenja bežičnog spektra, privukla je veliku pozornost u industriji i brzo se razvila posljednjih godina. Međutim, CR se još uvijek suočava s mnogim izazovima od laboratorijske do praktične i vojne uporabe:
(1) Većina trenutnih istraživanja ostaje na fizičkom sloju, a malo je istraživanja o CR umrežavanju, topologiji mreže, mrežnim protokolima itd.;
(2) Tehnologija brzog otkrivanja spektra i identifikacije signala zahtijeva daljnja istraživanja;
(3) Brza i učinkovita percepcija okoliša i kako učinkovito koristiti informacije o percepciji okoliša;
(4) Tehnologija ponovnog-uspostavljanja veze i održavanja kada CR izvodi dinamičku prilagodbu frekvencije;
(5) Dizajn CR terminala je složen, zahtijeva -širokopojasni, visoko-RF prednji kraj- visoke osjetljivosti, brze i učinkovite algoritme za digitalnu obradu signala te robustan i pouzdan dizajn hardvera i softvera koji zadovoljava vojne standarde;
(6) Strojno učenje i kako bolje koristiti računalni jezik kako bi CR mreža postala inteligentnija i usklađenija s karakteristikama i zahtjevima vojne komunikacije;
(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) Minijaturizacija i dizajn terminala niske potrošnje energije.
