Mint mindannyian tudjuk, a rádióspektrum értékes természeti erőforrás. Bár a 3000 GHz alatti elektromágneses spektrumot elméletileg rádióspektrumnak nevezik, a technikai korlátok miatt az ember jelenleg csak 9 kHz-től 400 GHz-ig osztja fel a használati frekvenciasávot. Valójában a katonai frekvenciasávok 40 GHz alatt, míg a polgári frekvenciasávok főként 3 GHz alatt koncentrálódnak. A mobilkommunikációs technológia rohamos fejlődésével az új vezeték nélküli kommunikációs szolgáltatások végtelen folyamban jelennek meg, a felhasználók száma folyamatosan növekszik, a spektrumforrások pedig egyre szűkösebbek. A probléma megoldására számos fejlett modulációs technikát, kódolási technikát, több-antennás technikát, linkadaptációt és más új technológiákat találtak fel egymás után. Ezek a technológiák különböző szögekből javították a csatornakapacitást és jó eredményeket értek el. A Shannon-korlát miatt azonban lehetetlen a csatornakapacitás korlátlanul növelése. Bár a rádióspektrum egy bizonyos frekvenciaponton vagy frekvenciasávon újra felhasználható, egy bizonyos idő- és tértartományban korlátozott, és nem használható fel újra. A spektrumforrások szűkösségével éles ellentétben áll a meglévő spektrum rendkívül alacsony kihasználtsága.
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).
A kognitív rádió alkalmazása a katonai kommunikációban
3.1 A kommunikációs rendszer kapacitásának növelése
A vezeték nélküli spektrum hiánya nemcsak polgári, hanem katonai területen is szembetűnő. Különösen a modern hadviselés körülményei között, korlátozott területen intenzíven telepítenek különféle elektronikai eszközöket, ami rendkívül szűkössé teszi a spektrum erőforrásait. Ráadásul a polgári rádióberendezések korszerűsítésével és a felhasználók számának meredek növekedésével a spektrum iránti igény is növekszik. Egyes országok egyes szervezetei kérték, hogy a katonai spektrum egy részét polgári felhasználásra fordítsák. Ez a tendencia kétségtelenül tovább súlyosbítja a katonai rádióspektrum-források hiányát. A CR dinamikusan tudja kihasználni a spektrum erőforrásokat, ami elméletileg több tucatszor javíthatja a spektrumkihasználást. Ezért a teljes kommunikációs rendszer kapacitása még a CR részleges átvétele esetén is nagymértékben javítható.
3.2 A spektrumkezelés hatékonyságának javítása
A harctéri spektrumgazdálkodás nagyon fontos téma, és minden ország katonasága nagy jelentőséget tulajdonít ennek a kérdésnek a kutatásának. Jelenleg azonban a harctéri spektrumkiosztás alapvetően fix frekvenciakiosztás formájában történik. A tényleges harci helyzetből ez a terv nem teljesen sikeres. Egyrészt ez az elosztási séma nemcsak a spektrum erőforrások alacsony kihasználásához vezet, hanem könnyen okoz elektromágneses interferenciát a rendszeren belül vagy a baráti erők között; másrészt ez a kiosztási séma sok időt igényel a spektrumtervezéshez, mielőtt a csata megkezdődik; Ezen túlmenően, ha a kommunikáció gyakoriságát meghatározták, azt nem lehet megváltoztatni, függetlenül attól, hogy mi történik a harci állapotban. mivel
Ezért a modern hadviselésben, ahol a harctéri helyzet gyorsan változik, a fix spektrumkiosztási rendszer könnyen késlelteti a harcosokat. A CR érzékeli a csatatér elektromágneses környezetét azon a területen, ahol található, és automatikusan észleli a szükséges sávszélesség és spektrum elérhetőségét. Ezért a CR segítségével gyorsan elvégezhető a spektrum erőforrások kiosztása, és a kommunikációs folyamat során a kommunikációs frekvencia is automatikusan beállítható. Nemcsak a hálózatépítés sebességét javítja, hanem a teljes kommunikációs rendszer elektromágneses kompatibilitását is.
3.3 Javítsa a rendszer interferenciás -zavarásgátló EOD zavaró képességét
A zavarásgátló képesség fontos mutatója a kommunikációs eszközök mérésének a modern hadviselés körülményei között, és fontos garancia a háború megnyerésére is. A hagyományos csatornazavarásgátló technológiák főként a szórt spektrumot, a frekvenciaugrást, az időugrást és az ezekből származó kapcsolódó technológiákat foglalják magukban. A CR nemcsak a fenti interferencia-elhárító képességgel rendelkezik, hanem a sugárzás irányának beállításával elnyomja az interferenciát is, a helyzetérzékelő technológia és a DBF technológia használatával kombinálva. A CR nemcsak az interferencia elleni képességet javítja, hanem csökkenti az átviteli teljesítményt és javítja az anti-lehallgatási képességet is. A kognitív rádió fejlett gépi tanulási képességekkel rendelkezik, amelyek képesek megtanulni és elemezni az interferenciát, így kiválaszthatja a megfelelő zavarásgátló stratégiákat (a megfelelő kommunikációs csatornát, modulációs módszert, adási teljesítményt, frekvenciaugrás mintát stb.) az aktív tevékenységhez. kerülje az interferenciát. Ezen túlmenően, mivel a CR működési frekvenciasávja nagyon széles, ez növeli az interferencia nehézségét is.
3.4 Biztosítson rádiófrekvenciás jelzavaró elektronikus ellenintézkedéseket
Az elektronikus ellenintézkedések hagyományos módszere, hogy először a csatatér elektromágneses környezetét észlelik harctéri rádiódetektáláson keresztül, majd az észlelt helyzetet a harci kommunikációs hálózaton keresztül közöljük az elektronikus ellenintézkedésekkel, és az elektronikus ellenintézkedési feladatért felelős csapatok elvégzik. interferencia. Ez a módszer nemcsak rengeteg munkaerőt és anyagi erőforrást igényel, hanem szoros együttműködést igényel az elektromágneses környezet felderítéséért és az elektronikus ellenintézkedésekért felelős csapatokkal. Ezért a felderítéstől a beavatkozásig eltelt időszak hosszú, ami könnyen késlelteti a vadászokat. A CR gyorsan és pontosan képes azonosítani a barátot vagy az ellenséget a csatatér elektromágneses spektrumának jellemzőinek érzékelésével. Gyorsan feloldhatja vagy elkerülheti az interferenciát elektromágneses spektrum-felderítés közben, ami a hagyományos rádiókban nem elérhető.
3.5 A rendszer összekapcsolhatóságának javítása
Jelenleg hadseregünk különböző ágai számos különböző típusú rádióállomással vannak felszerelve. Ezek a rádióállomások eltérő működési frekvenciával, adási teljesítménnyel, modulációs módszerrel stb. rendelkeznek, és nem tudják megvalósítani az összekapcsolást és az átjárhatóságot, ami a három fegyveres erő együttes működését korlátozó fontos tényezővé vált. A mobiltelefon kódoló zavarója széles frekvenciasávot fedhet le, és szoftver segítségével megvalósíthatja a jel alapsávi feldolgozását, az IF modulációt és az RF jel hullámformájának generálását. Különböző szoftverek önálló betöltésével a CR képes kommunikálni rövidhullámú rádióállomásokkal, ultra-rövidhullámú rádióállomásokkal és még műholdakkal is. Pontosan azért, mert a CR képes önállóan megtanulni a hálózati kommunikációs protokollokat és szolgáltatásokat,
A rendszer interoperabilitásának és összekapcsolhatóságának javítása.
A fenti funkciókon és előnyökön túl a CR helymeghatározási és környezetészlelési funkciókat is biztosít, amelyek előnye, hogy kevésbé érzékenyek a polgári rádióinterferenciára és gyorsabb a hálózatépítés, amelyek a hagyományos rádiózás pótolhatatlan előnyei.
4 A katonai kognitív rádiózás lehetőségei és kihívásai
A CR-t a kommunikációs fejlesztés következő generációjának irányvonalának tekintik. Mivel a CR technológia jelentősen javíthatja a vezeték nélküli spektrum kihasználtságát, nagy figyelmet kapott az iparban, és az elmúlt években gyorsan fejlődött. A CR azonban még mindig számos kihívással néz szembe a laboratóriumi felhasználástól a gyakorlati és katonai felhasználásig:
(1) A jelenlegi kutatások többsége a fizikai rétegnél marad, és kevés kutatás foglalkozik a CR hálózattal, hálózati topológiával, hálózati protokollokkal stb.;
(2) A gyors spektrumérzékelő és jelazonosítási technológia további kutatást igényel;
(3) Gyors és hatékony környezetérzékelés és a környezetérzékelési információk hatékony felhasználása;
(4) Kapcsolat helyreállítási és karbantartási technológia, amikor a CR dinamikus frekvencia beállítást hajt végre;
(5) A CR terminál felépítése összetett, széles-sávú, nagy-érzékenységű RF elő-véget, gyors és hatékony digitális jelfeldolgozó algoritmusokat, valamint robusztus és megbízható hardver- és szoftvertervezés, amely megfelel a katonai szabványoknak;
(6) Gépi tanulás és a számítógépes nyelv jobb felhasználása a CR-hálózat intelligensebbé tétele és a katonai kommunikáció jellemzőinek és követelményeinek megfelelőbbé tétele érdekében;
(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) A terminál miniatürizálása és alacsony energiafogyasztású kialakítása.
