Kot vsi vemo, je radijski spekter dragocen naravni vir. Čeprav je elektromagnetni spekter pod 3000GHz teoretično imenovan radijski spekter, zaradi tehničnih omejitev, ljudje trenutno le delijo frekvenčni pas uporabe od 9kHz do 400GHz. Pravzaprav so vojaški frekvenčni pasovi koncentrirani pod 40GHz, medtem ko so civilni frekvenčni pasovi večinoma koncentrirani pod 3GHz. S hitrim razvojem mobilne komunikacijske tehnologije se v neskončnem toku pojavljajo nove brezžične komunikacijske storitve, število uporabnikov pa se še naprej povečuje, spektrovnih virov pa vse bolj malo. Za rešitev tega problema so se zaporedoma iznašle različne napredne tehnike modulacije, tehnike kodiranja, več antenski tehniki, prilagajanje povezav in druge nove tehnologije. Te tehnologije so izboljšale zmogljivost kanalov z različnih zornih kotov in dosegle dobre rezultate. Vendar je zaradi Shannonovega limita nemogoče za nedoločen čas povečati zmogljivost kanala. Čeprav je radijski spekter mogoče ponovno uporabiti, je za določeno frekvenčni točko ali frekvenčni pas omejen v določeni časovni domeni in prostorski domeni in ga ni mogoče ponovno uporabiti. V nasprotju s pomanjkanjem virov spektra je izjemno nizka stopnja izkoriščenosti obstoječega spektra.
Slika 1 prikazuje izkoriščenost spektra 0-6GHz, ki jo je testirala Univerza Kalifornije v Berkeleyju. Dejanski rezultati meritev kažejo, da je v globalnem licenciranem frekvenčni pas, tudi v frekvenčni pas 300MHz do 3GHz z dobro lastnostjo razmnoževanja signala in zelo tesno povpraševanje, hitrost izkoriščenosti spektra manjša od 6%; v frekvenčni pas 3-4GHz se hitrost izkoriščenosti spektra zmanjša na 0,5%; Nad 4GHz je izkoriščenost frekvence nižja. Zato je to, kako učinkovito deliti vire spektra in v celoti izboljšati izkoriščenost spektra, postalo nujna težava, ki jo je treba rešiti. V tem okviru tehnologija kognitivnega radia (CR, Kognitivni radio) predlaga novo rešitev – izboljšanje učinkovitosti izkoriščenosti brezžičnega spektra prek delitev dinamičnega spektra (DSS, Skupna raba dinamičnega spektra).
Uporaba kognitivnega radia v vojaški komunikaciji
3.1 Povečanje zmogljivosti komunikacijskega sistema
Pomanjkanje brezžičnega spektra se ne izkaže le na civilnem področju, ampak tudi na vojaškem področju. Še posebej v pogojih sodobnega vojskovanja se na omejenem območju intenzivno postavijo različne elektronske naprave, zaradi česar bodo viri spektra izjemno tesni. Poleg tega se z nadgradnjo civilne radijske opreme in ostrim povečanjem števila uporabnikov povečuje tudi povpraševanje po spektru. Nekatere organizacije v nekaterih državah so zaprosile za dodeljenje dela vojaškega spektra civilni uporabi. Ta trend bo nedvomno še dodatno pooštril pomanjkanje vojaških virov radijskega spektra. CR lahko dinamično uporablja vire spektra, kar teoretično lahko izboljša izkoriščenost spektra za več desetkrat. Zato se lahko zmogljivost celotnega komunikacijskega sistema, tudi če je CR delno sprejeta, zelo izboljša.
3.2 Izboljšati učinkovitost upravljanja spektra
Upravljanje spekterja bojnega polja je zelo pomembna tema, vojska vseh držav pa pripisuje velik pomen raziskovanju tega vprašanja. Trenutno pa se dodelitev spektra bojnega polja v osnovi izvaja v obliki fiksne frekvenčnega dodelitev. Iz dejanskih bojnih razmer ta načrt ni povsem uspešen. Po eni strani ta shema dodelitev ne vodi le v nizko izkoriščenost virov spektra, temveč tudi zlahka povzroča elektromagnetne motnje v sistemu ali med prijateljskimi silami; po drugi strani pa ta shema dodelitev zahteva veliko časa za načrtovanje spektra pred začetkom bitke; Poleg tega, ko se določi komunikacijska frekvenca, je ni mogoče spremeniti, ne glede na to, kaj se zgodi v bojnem stanju. ker
Zato je v sodobnem vojskovanju, kjer se razmere na bojišču hitro spreminjajo, sistem dodeljevanje fiksnega spektra zlahka odloži borce. CR lahko zazna elektromagnetno okolje bojišča na območju, kjer se nahaja, in samodejno zazna razpoložljivost zahtevane pasovne širine in spektra. Zato je mogoče hitro dodelitev virov spektra dokončati s pomočjo cr, frekvenco komunikacije pa je mogoče samodejno prilagoditi tudi med komunikacijskim procesom. Ne samo izboljša hitrost mreženja, temveč tudi izboljša elektromagnetno združljivost celotnega komunikacijskega sistema.
3.3 Izboljšajte sposobnost zagozdenosti sistema proti motnjam EOD
Sposobnost za preprečevanje oviranja je pomemben kazalnik za izvid komunikacijske opreme v pogojih sodobnega vojskovanja, prav tako pa je pomembno jamstvo za zmago v vojni. Tradicionalne tehnologije za preprečevanje zagozdenja kanalov v glavnem vključujejo razširjeni spekter, frekvenčni poskok, časovno preskakanje in sorodne tehnologije, pridobljene iz njih. CR ne samo, da ima zgoraj navedeno sposobnost za preprečevanje motenj, temveč zavira motnje s prilagajanjem smeri snop zaradi uporabe tehnologije za senzorje položaja v kombinaciji s tehnologijo DBF. CR ne samo izboljšuje sposobnost proti motnjam, ampak lahko tudi zmanjša prenosno moč in izboljša sposobnost preprečevanja prestrezanja. Kognitivni radio ima napredne zmožnosti strojnega učenja, ki se lahko naučijo in analizirajo motnje, tako da lahko izbere ustrezne strategije za preprečevanje oviranja (izberite ustrezen komunikacijski kanal, modulacijsko metodo, prenos moči, vzorec frekvenčnega hoppinga itd.), da se aktivno izognemo motnjam . Poleg tega, ker je delovni frekvenčni pas CR zelo širok, povečuje tudi težave z motnjami.
3.4 Zagotovite RF signalni zamašek Elektronski protiumeri
Tradicionalna metoda elektronskih protiukrepov je, da se najprej zazna elektromagnetno okolje bojišča z radijsko detekcijo bojnega polja, nato pa preko bojnega komunikacijskega omrežja odkrije odkrito stanje, nato pa preko bojnega komunikacijskega omrežja sporoči odkrito situacijo, enote, odgovorne za elektronsko nalogo protiukrepov, pa bodo opravile vmešavanje. Ta metoda ne zahteva le veliko ljudi in materialnih virov, temveč zahteva tudi tesno sodelovanje z enotami, odgovornimi za elektromagnetno izvidnico okolja in elektronske protiuredbe. Zato je obdobje od izvida do izvajanja vmešavanja dolgo, kar je lahko zavlačevati borce. CR lahko hitro in natančno prepozna prijatelja ali sovražnika, tako da zasliši značilnosti elektromagnetnega spektra bojišča. Med izvajanjem izvida elektromagnetnega spektra, ki ni na voljo v tradicionalnem radiu, se lahko hitro sprosti ali izogne motnjam.
3.5 Izboljšajte medsebojno povezanost sistema
Trenutno so različne veje naše vojske opremljene z velikim številom radijskih postaj različnih modelov. Te radijske postaje imajo različne delovne frekvence, prenos moči, metode modulacije itd., in ne morejo doseči medsebojne povezave in interoperabilnosti, kar je postalo pomemben dejavnik, ki omejuje skupne operacije treh oboroženih sil. mobilni telefon scrambler jammer lahko pokriva široko frekvenčni pas, in uporabite programsko opremo za uresničiti obdelavo baznega pasu signala, IF modulacijo in generacijo RF signalne valovneforme. Z neodvisnim nalaganjem različne programske opreme lahko CR komunicira z obema kratkovalovnim radijskim postajama, ultra kratkimi valovni radijskimi postajami in celo s sateliti. Prav zato, ker se lahko CR samostojno uči omrežnih komunikacijskih protokolov in storitev,
Izboljšajte interoperabilnost in medsebojno povezanost sistema.
Poleg zgoraj navedenih funkcij in prednosti cr zagotavlja tudi funkcije pozicioniranje in zaznavanje okolja, ki imajo prednosti, da so manj dovzetne za vmešavanje civilnega radia in hitrejše mreženje, ki so nepremostljive prednosti tradicionalnega radia.
4 Priložnosti in izzivi za vojaški kognitivni radio
Cr se šteje za usmeritev naslednje generacije razvoja komuniciranja. Ker tehnologija CR lahko bistveno izboljša učinkovitost uporabe brezžičnega spektra, je pritegnila veliko pozornost v industriji in se je v zadnjih letih hitro razvila. Vendar pa se cr še vedno sooča z mnogimi izzivi od laboratorijske do praktične in vojaške uporabe:
(1) Večina sedanjih raziskav ostane na fizični plasti, malo pa je raziskav o cr mreženju, topologiji omrežja, omrežnih protokolih itd.;
(2) Hitro senzoriranje spektra in tehnologija identifikacije signala potrebujeta nadaljnje raziskave;
(3) hitro in učinkovito okoljsko dojemanje in kako učinkovito uporabiti informacije o zaznavah okolja;
(4) povezati tehnologijo ponovne vzpostavitve in vzdrževanja, ko CR izvaja dinamično prilagajanje frekvence;
(5) Zasnova terminala CR je zapletena, ki zahteva široko pasovno, visoko občutljivo RF sprednji del, hitre in učinkovite algoritme za obdelavo digitalnih signalov ter robustno in zanesljivo načrtovanje strojne in programske opreme, ki izpolnjuje vojaške standarde;
(6) Strojno učenje in kako bolje uporabiti računalniški jezik, da bo omrežje CR inteligentneje in bolj v skladu z značilnostmi in zahtevami vojaških komunikacij;
(7) Združljivost med cr in aktivno opremo. Stroški cr terminalov so visoki in tudi za vojaško uporabo je v kratkem času nemogoče opremiti čete v velikem obsegu. To zahteva, da lahko CR zajema večino frekvenčni pasov, modulacijskih metod in frekvenčni način hoppinga aktivne komunikacijske opreme naše vojske;
(8) Miniaturizacija in majhna poraba energije zasnova terminala.
