Jak všichni víme, rádiové spektrum je cenným přírodním zdrojem. Ačkoli se elektromagnetické spektrum pod 3000 GHz teoreticky nazývá rádiové spektrum, kvůli technickým omezením lidé v současné době rozdělují používané frekvenční pásmo pouze od 9 kHz do 400 GHz. Ve skutečnosti jsou vojenská frekvenční pásma soustředěna pod 40 GHz, zatímco civilní frekvenční pásma jsou soustředěna hlavně pod 3 GHz. S rychlým rozvojem mobilních komunikačních technologií se nové bezdrátové komunikační služby objevují v nekonečném proudu, počet uživatelů neustále roste a zdroje spektra jsou stále vzácnější. K vyřešení tohoto problému byla postupně vynalezena řada pokročilých modulačních technik, kódovacích technik, více{5}}anténních technik, adaptace spojení a další nové technologie. Tyto technologie zlepšily kapacitu kanálu z různých úhlů a dosáhly dobrých výsledků. Vzhledem k limitu Shannon je však nemožné zvyšovat kapacitu kanálu donekonečna. Přestože lze rádiové spektrum znovu použít, pro určitý frekvenční bod nebo frekvenční pásmo, je omezeno v určité časové a prostorové doméně a nelze jej znovu použít. V příkrém kontrastu s nedostatkem zdrojů spektra je extrémně nízká míra využití stávajícího 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).
Aplikace kognitivního rádia ve vojenské komunikaci
3.1 Zvýšit kapacitu komunikačního systému
Nedostatek bezdrátového spektra je výrazný nejen v civilní oblasti, ale také ve vojenské oblasti. Zejména v podmínkách moderního válčení se v omezeném prostoru intenzivně zřizuje celá řada elektronických zařízení, což způsobí, že zdroje spektra budou extrémně omezené. Navíc s modernizací civilního rádiového vybavení a prudkým nárůstem počtu uživatelů roste i poptávka po spektru. Některé organizace v některých zemích požádaly o přidělení části vojenského spektra pro civilní použití. Tento trend nepochybně dále zhorší nedostatek vojenských zdrojů rádiového spektra. ČR dokáže dynamicky využívat zdroje spektra, což teoreticky může vytížení spektra několikanásobně zlepšit. Proto i v případě částečného přijetí CR lze kapacitu celého komunikačního systému výrazně zlepšit.
3.2 Zlepšit účinnost správy spektra
Správa spektra bitevních polí je velmi důležitým tématem a armáda všech zemí přikládá výzkumu této problematiky velký význam. V současnosti se však přidělování spektra na bojišti v zásadě provádí formou přidělení pevných frekvencí. Ze skutečné bojové situace tento plán není zcela úspěšný. Na jedné straně toto schéma přidělování vede nejen k nízkému využití zdrojů spektra, ale také snadno způsobuje elektromagnetické rušení uvnitř systému nebo mezi přátelskými silami; na druhou stranu toto schéma přidělování vyžaduje hodně času na plánování spektra, než bitva začne; Navíc, jakmile je jednou komunikační frekvence určena, nelze ji změnit bez ohledu na to, co se stane v bojovém stavu. protože
Proto v moderní válce, kde se situace na bojišti rychle mění, je schéma přidělování pevného spektra snadno zdržovat bojovníky. CR dokáže snímat elektromagnetické prostředí bojiště v oblasti, kde se nachází, a automaticky detekovat dostupnost požadované šířky pásma a spektra. Alokaci zdrojů spektra lze tedy rychle dokončit pomocí CR a komunikační frekvenci lze také automaticky upravovat během komunikačního procesu. Zlepšuje nejen rychlost síťového propojení, ale také zlepšuje elektromagnetickou kompatibilitu celého komunikačního systému.
3.3 Vylepšete schopnost systému rušit -rušení EOD rušení
Schopnost bránit{0} rušení je důležitým ukazatelem pro měření komunikačního vybavení v podmínkách moderní války a je také důležitou zárukou vítězství ve válce. Tradiční technologie proti-rušení kanálů zahrnují především rozprostřené spektrum, přeskakování frekvence, přeskakování v čase a související technologie z nich odvozené. CR má nejen výše uvedenou schopnost proti-rušení, ale také potlačuje rušení úpravou směru paprsku díky použití technologie snímání polohy v kombinaci s technologií DBF. CR nejen zlepšuje schopnost bránit-rušení, ale také může snížit vysílací výkon a zlepšit schopnost-odposlechu. Kognitivní rádio má pokročilé schopnosti strojového učení, které se dokáže učit a analyzovat rušení, takže může zvolit vhodné strategie proti-rušení (zvolit vhodný komunikační kanál, metodu modulace, vysílací výkon, vzor frekvenčního přeskakování atd.) vyhnout se rušení. Navíc, protože pracovní frekvenční pásmo CR je velmi široké, zvyšuje to také obtížnost rušení.
3.4 Poskytněte elektronická protiopatření rušičky RF signálu
Tradiční metodou elektronických protiopatření je nejprve detekovat elektromagnetické prostředí bojiště pomocí rádiové detekce bojiště a poté sdělit zjištěnou situaci silám elektronických protiopatření prostřednictvím bojové komunikační sítě a jednotky odpovědné za úkol elektronických protiopatření provedou rušení. Tato metoda vyžaduje nejen mnoho pracovních sil a materiálních zdrojů, ale vyžaduje také úzkou spolupráci s jednotkami odpovědnými za průzkum elektromagnetického prostředí a elektronická protiopatření. Proto je doba od průzkumu po provedení zásahu dlouhá, což stíhačky snadno zdrží. CR dokáže rychle a přesně identifikovat přítele nebo nepřítele pomocí snímání charakteristik elektromagnetického spektra bojiště. Může rychle uvolnit nebo se vyhnout rušení při provádění průzkumu elektromagnetického spektra, které není k dispozici v tradičním rádiu.
3.5 Zlepšit propojitelnost systému
V současné době jsou různé složky naší armády vybaveny velkým množstvím radiostanic různých modelů. Tyto radiostanice mají různé pracovní frekvence, vysílací výkon, způsoby modulace atd. a nemohou dosáhnout vzájemného propojení a interoperability, což se stalo důležitým faktorem omezujícím společné operace tří ozbrojených sil. rušička scrambleru mobilních telefonů může pokrýt široké frekvenční pásmo a pomocí softwaru realizovat zpracování signálu v základním pásmu, IF modulaci a generování tvaru vlny RF signálu. Nezávislým načtením různého softwaru může CR komunikovat jak s krátkovlnnými rádiovými stanicemi, tak s ultra{0}}krátkými vlnami a dokonce i se satelity. Je to právě proto, že CR se může autonomně učit síťovým komunikačním protokolům a službám,
Zlepšit interoperabilitu a propojitelnost systému.
Kromě výše uvedených funkcí a výhod poskytuje CR také funkce určování polohy a vnímání prostředí, jejichž výhodou je menší náchylnost k civilnímu rádiovému rušení a rychlejší vytváření sítí, což jsou nenahraditelné výhody tradičního rádia.
4 Příležitosti a výzvy pro vojenské kognitivní rádio
ČR je považována za směr rozvoje komunikace nové generace. Protože technologie CR může výrazně zlepšit efektivitu využití bezdrátového spektra, přitahuje v průmyslu velkou pozornost a v posledních letech se rychle rozvíjí. ČR však stále čelí mnoha výzvám od laboratorních po praktické a vojenské použití:
(1) Většina současného výzkumu zůstává na fyzické vrstvě a existuje jen málo výzkumů v oblasti sítí CR, topologie sítě, síťových protokolů atd.;
(2) Technologie rychlého snímání spektra a identifikace signálu vyžaduje další výzkum;
(3) Rychlé a efektivní vnímání prostředí a jak efektivně využívat informace o vnímání prostředí;
(4) technologie obnovy{1}}propojení a údržby, když CR provádí dynamickou úpravu frekvence;
(5) Konstrukce terminálu CR je složitá a vyžaduje širokopásmové, vysoce{2}}citlivé RF frontend-, rychlé a účinné algoritmy digitálního zpracování signálu a robustní spolehlivý design hardwaru a softwaru, který splňuje vojenské standardy;
(6) Strojové učení a jak lépe využívat počítačový jazyk, aby byla síť ČR inteligentnější a více odpovídala charakteristikám a požadavkům vojenských komunikací;
(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) Miniaturizace a návrh terminálu s nízkou spotřebou energie.
