După cum știm cu toții, spectrul de frecvențe radio este o resursă naturală valoroasă. Deși spectrul electromagnetic sub 3000GHz este teoretic numit spectrul radio, datorită limitărilor tehnice, oamenii împart în prezent doar banda de frecvență de utilizare de la 9kHz la 400GHz. De fapt, benzile de frecvență militară sunt concentrate sub 40GHz, în timp ce benzile de frecvență civile sunt concentrate în principal sub 3GHz. Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de comunicații mobile, noi servicii de comunicații fără fir apar într-un flux nesfârșit, numărul de utilizatori continuă să crească, iar resursele spectrului devin din ce în ce mai limitate. Pentru a rezolva această problemă, o varietate de tehnici avansate de modulare, tehnici de codificare, tehnici multi-antenă, adaptarea legăturilor și alte tehnologii noi au fost inventate succesiv. Aceste tehnologii au îmbunătățit capacitatea canalului din diferite unghiuri și au obținut rezultate bune. Cu toate acestea, din cauza limitei Shannon, este imposibil să se mărească capacitatea canalului pe termen nelimitat. Deși spectrul de frecvențe radio poate fi reutilizat, pentru un anumit punct de frecvență sau bandă de frecvență, acesta este limitat într-un anumit domeniu de timp și spațiu și nu poate fi reutilizat. În contrast puternic cu penuria de resurse de spectru este rata de utilizare extrem de scăzută a spectrului existent.
Figura 1 prezintă utilizarea spectrului de frecvențe 0-6GHz testată de Universitatea din California, Berkeley. Rezultatele efective ale măsurătorilor arată că în banda de frecvență licențiată globală, chiar și în banda de frecvență de la 300MHz la 3GHz, cu caracteristici bune de propagare a semnalului și cerere foarte strânsă, rata de utilizare a spectrului este mai mică de 6%; în banda de frecvență de 3-4 GHz, rata de utilizare a spectrului este redusă la 0,5%; Peste 4GHz, utilizarea frecvenței este mai mică. Prin urmare, modul de partajare eficientă a resurselor spectrului și de îmbunătățire completă a utilizării spectrului a devenit o problemă urgentă care trebuie rezolvată. În acest context, tehnologia Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) propune o nouă soluție - îmbunătățirea eficienței utilizării spectrului wireless prin dynamic spectrum sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Aplicarea radioului cognitiv în comunicarea militară
3.1 Creșterea capacității sistemului de comunicații
Penuria de spectru wireless nu este importantă doar în domeniul civil, ci și în domeniul militar. Mai ales în condițiile războiului modern, o varietate de dispozitive electronice sunt configurate intens într-o zonă limitată, ceea ce va face resursele spectrului extrem de strânse. În plus, odată cu modernizarea echipamentelor radio civile și creșterea bruscă a numărului de utilizatori, cererea de spectru este, de asemenea, în creștere. Unele organizații din unele țări au aplicat pentru a aloca o parte din spectrul militar pentru uz civil. Această tendință va agrava, fără îndoială, și mai mult deficitul de resurse militare pentru spectrul de frecvențe radio. CR poate utiliza dinamic resursele spectrului, ceea ce teoretic poate îmbunătăți utilizarea spectrului de zeci de ori. Prin urmare, chiar dacă CR este adoptat parțial, capacitatea întregului sistem de comunicații poate fi mult îmbunătățită.
3.2 Îmbunătățirea eficienței gestionării spectrului
Gestionarea spectrului de luptă este un subiect foarte important, iar armata tuturor țărilor acordă o mare importanță cercetării acestei probleme. Cu toate acestea, în prezent, alocarea spectrului de luptă se realizează în principal sub forma alocării de frecvențe fixe. Din situația reală de luptă, acest plan nu este complet reușit. Pe de o parte, această schemă de alocare nu numai că duce la o utilizare scăzută a resurselor spectrului, ci și provoacă cu ușurință interferențe electromagnetice în cadrul sistemului sau între forțe prietenoase; pe de altă parte, această schemă de alocare necesită mult timp pentru planificarea spectrului înainte de începerea bătăliei; În plus, odată ce frecvența de comunicare este determinată, aceasta nu poate fi schimbată indiferent de ceea ce se întâmplă în starea de luptă. fiindcă
Prin urmare, în războiul modern în care situația câmpului de luptă se schimbă rapid, schema de alocare a spectrului fix este ușor de amânat pentru luptători. CR poate detecta mediul electromagnetic al câmpului de luptă în zona în care se află și poate detecta automat disponibilitatea lățimii de bandă și a spectrului necesar. Prin urmare, alocarea resurselor spectrului poate fi finalizată rapid cu ajutorul CR, iar frecvența de comunicare poate fi, de asemenea, ajustată automat în timpul procesului de comunicare. Nu numai că îmbunătățește viteza de rețea, dar îmbunătățește și compatibilitatea electromagnetică a întregului sistem de comunicații.
3.3 Îmbunătățirea capacității de bruiaj EOD anti-interferență a sistemului
Capacitatea anti-bruiaj este un indicator important pentru măsurarea echipamentelor de comunicații în condițiile războiului modern și este, de asemenea, o garanție importantă pentru câștigarea războiului. Tehnologiile tradiționale anti-bruiaj de canal includ în principal spectrul de răspândire, frecvența, săritul în frecvență, țopăitul în timp și tehnologiile conexe derivate din acestea. CR nu numai că are capacitatea anti-interferență de mai sus, dar, de asemenea, suprimă interferențele prin ajustarea direcției fasciculului datorită utilizării tehnologiei de detectare a poziției, combinată cu tehnologia DBF. CR nu numai că îmbunătățește capacitatea anti-interferență, dar, de asemenea, poate reduce puterea de transmisie și de a îmbunătăți capacitatea de anti-interceptare. Radioul cognitiv are capacități avansate de învățare automată, care pot învăța și analiza interferențele, astfel încât să poată alege strategii anti-bruiaj adecvate (alegeți un canal de comunicare adecvat, metoda de modulare, puterea de transmisie, modelul de frecvență etc.) pentru a evita în mod activ interferențele . În plus, deoarece banda de frecvență de lucru a CR este foarte largă, crește, de asemenea, dificultatea interferenței.
3.4 Furnizați bruiaj de semnal RF Contramăsuri electronice
Metoda tradițională de contramăsuri electronice este de a detecta mai întâi mediul electromagnetic al câmpului de luptă prin detectarea radio a câmpului de luptă și apoi de a comunica situația detectată forței electronice de contramăsuri prin rețeaua de comunicații de luptă, iar trupele responsabile de sarcina de contramăsuri electronice vor efectua interferențe. Această metodă nu necesită doar multă forță de muncă și resurse materiale, ci necesită, de asemenea, o cooperare strânsă cu trupele responsabile de recunoașterea mediului electromagnetic și contramăsurile electronice. Prin urmare, perioada de la recunoaștere până la punerea în aplicare a interferențelor este lungă, ceea ce este ușor să întârzie luptătorii. CR poate identifica rapid și precis prietenul sau dușmanul prin detectarea caracteristicilor spectrului electromagnetic al câmpului de luptă. Poate elibera rapid sau evita interferențele în timp ce efectuează recunoaștere a spectrului electromagnetic, care nu este disponibil în radioul tradițional.
3.5 Îmbunătățirea interconectivității sistemului
În prezent, diferite ramuri ale armatei noastre sunt echipate cu un număr mare de posturi de radio de diferite modele. Aceste stații radio au frecvențe de lucru diferite, putere de transmisie, metode de modulare etc., și nu pot realiza interconectarea și interoperabilitatea, ceea ce a devenit un factor important care restricționează operațiunile comune ale celor trei forțe armate. jammer telefon mobil scrambler poate acoperi o bandă largă de frecvență, și de a folosi software-ul pentru a realiza procesarea banda de bază a semnalului, modulația IF și generarea de forma de undă semnal RF. Prin încărcarea independentă a diferitelor software-uri, un CR poate comunica atât cu posturile de radio cu unde scurte, cât și cu stațiile de radio cu unde ultra-scurte și chiar cu sateliții. Tocmai pentru că CR poate învăța în mod autonom protocoale și servicii de comunicare în rețea,
Îmbunătățirea interoperabilității și interconectivității sistemului.
În plus față de funcțiile și avantajele de mai sus, CR oferă, de asemenea, funcții de poziționare și percepție a mediului, care au avantajele de a fi mai puțin sensibile la interferențe radio civile și rețele mai rapide, care sunt avantaje de neînlocuit ale radioului tradițional.
4 Oportunități și provocări pentru radioul cognitiv militar
CR este considerat a fi direcția următoarei generații de dezvoltare a comunicării. Deoarece tehnologia CR poate îmbunătăți semnificativ eficiența utilizării spectrului wireless, aceasta a atras o mare atenție în industrie și s-a dezvoltat rapid în ultimii ani. Cu toate acestea, CR se confruntă în continuare cu multe provocări, de la laborator la utilizarea practică și militară:
(1) Cea mai mare parte a cercetării actuale rămâne la nivelul fizic și există puține cercetări privind rețelele CR, topologia rețelei, protocoalele de rețea etc.;
(2) Tehnologia de detectare rapidă a spectrului și de identificare a semnalelor necesită cercetări suplimentare;
(3) Percepția rapidă și eficientă a mediului și modul de utilizare eficientă a informațiilor privind percepția asupra mediului;
(4) Conectați tehnologia de restabilire și întreținere atunci când CR efectuează ajustarea dinamică a frecvenței;
(5) Proiectarea terminalului CR este complexă, necesitând un front-end RF cu bandă largă, de înaltă sensibilitate, algoritmi de procesare a semnalului digital rapizi și eficienți și un design hardware și software robust și fiabil, care să îndeplinească standardele militare;
(6) Învățarea automată și modul de utilizare mai bună a limbajului informatic pentru a face rețeaua CR mai inteligentă și mai în conformitate cu caracteristicile și cerințele comunicațiilor militare;
(7) Compatibilitatea dintre CR și echipamentele active. Costul terminalelor CR este ridicat și, chiar și pentru uz militar, este imposibil să dotați trupele pe o scară largă într-o perioadă scurtă de timp. Acest lucru necesită ca CR să poată acoperi cea mai mare parte a benzilor de frecvență, a metodelor de modulare și a metodelor de frecvență ale echipamentelor de comunicare active ale armatei noastre;
(8) Miniaturizarea și proiectarea cu consum redus de energie a terminalului.
