Як ми всі знаємо, радіочастот є цінним природним ресурсом. Хоча електромагнітний спектр нижче 3000 ГГц теоретично називається радіоспектром, через технічні обмеження люди наразі ділять діапазон частот лише від 9 кГц до 400 ГГц. Насправді, військові діапазони частот зосереджені нижче 40 ГГц, тоді як цивільні смуги частот в основному зосереджені нижче 3 ГГц. Зі швидким розвитком технологій мобільного зв’язку нові послуги бездротового зв’язку з’являються в нескінченному потоці, кількість користувачів продовжує збільшуватися, а ресурси спектру стають все дефіцитнішими. Щоб вирішити цю проблему, послідовно були винайдені різноманітні передові методи модуляції, методи кодування, багато-техніки, адаптація каналу та інші нові технології. Ці технології покращили пропускну здатність каналу з різних сторін і досягли хороших результатів. Однак через межу Шеннона неможливо безперервно збільшувати пропускну здатність каналу. Хоча радіоспектр можна використовувати повторно, для певної частотної точки або діапазону частот, він обмежений у певній часовій та просторовій областях і не може бути використаний повторно. На відміну від дефіциту ресурсів спектру надзвичайно низький рівень використання існуючого спектру.
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).
Застосування когнітивного радіо у військовій комунікації
3.1 Збільшити пропускну здатність системи зв'язку
Дефіцит бездротового спектру помітний не тільки в цивільній, а й у військовій сфері. Особливо в умовах сучасної війни на обмеженій території інтенсивно встановлюються різноманітні електронні пристрої, що зробить ресурси спектру надзвичайно обмеженими. Крім того, з модернізацією цивільного радіообладнання та різким збільшенням кількості користувачів зростає попит на спектр. Деякі організації в деяких країнах подали заявки на виділення частини військового спектру для цивільного використання. Ця тенденція, безсумнівно, ще більше посилить дефіцит військових ресурсів радіочастотного спектру. CR може динамічно використовувати ресурси спектру, що теоретично може покращити використання спектру в десятки разів. Тому, навіть якщо CR буде частково прийнято, ємність усієї системи зв’язку може бути значно покращена.
3.2 Підвищення ефективності управління спектром
Управління спектром на полі бою є дуже важливою темою, і військові всіх країн надають великого значення дослідженню цього питання. Проте в даний час розподіл спектру на полі бою в основному здійснюється у формі розподілу фіксованої частоти. З огляду на реальну бойову обстановку цей план не повністю вдалий. З одного боку, така схема розподілу не тільки призводить до низького використання ресурсів спектру, але й легко викликає електромагнітні перешкоди всередині системи або між дружніми силами; з іншого боку, ця схема розподілу вимагає багато часу для планування спектру перед початком битви; Крім того, коли частота зв’язку визначена, її не можна змінити, що б не відбувалося в бойовому стані. тому що
Тому в сучасній війні, де ситуація на полі бою швидко змінюється, схема розподілу фіксованого спектру легко затримати бійців. CR може відчувати електромагнітне середовище поля бою в районі, де він розташований, і автоматично визначати наявність необхідної пропускної здатності та спектру. Таким чином, розподіл ресурсів спектру можна швидко завершити за допомогою CR, а частоту зв’язку також можна автоматично регулювати під час процесу зв’язку. Це не тільки покращує швидкість роботи в мережі, але й покращує електромагнітну сумісність усієї системи зв’язку.
3.3 Покращити здатність системи проти-захищати від перешкод EOD
Здатність проти{0}}захисту є важливим показником для вимірювання обладнання зв’язку в умовах сучасної війни, а також важливою гарантією перемоги у війні. Традиційні технології запобігання-заглушенню каналів в основному включають розширений спектр, стрибку частоти, стрибку часу та пов’язані з ними технології. CR не тільки володіє вищезгаданою -здатністю проти перешкод, але й пригнічує перешкоди, регулюючи напрямок променя завдяки використанню технології визначення положення в поєднанні з технологією DBF. CR не тільки покращує здатність проти-завадити, але також може зменшити потужність передачі та покращити здатність проти-перехоплення. Когнітивне радіо має розширені можливості машинного навчання, які можуть вивчати й аналізувати перешкоди, щоб вибирати відповідні-стратегії запобігання перешкодам (вибрати відповідний канал зв’язку, метод модуляції, потужність передачі, шаблон стрибкоподібної зміни частоти тощо), щоб активно уникати перешкод. Крім того, оскільки робоча смуга частот CR дуже широка, це також збільшує складність перешкод.
3.4 Забезпечте електронні засоби протидії радіочастотному подавлювачу
Традиційний метод електронної протидії полягає в тому, щоб спочатку виявити електромагнітне середовище поля бою за допомогою радіовиявлення на полі бою, а потім передати виявлену ситуацію силам електронної протидії через мережу бойового зв’язку, а війська, відповідальні за завдання електронної протидії, будуть виконувати втручання. Цей метод вимагає не тільки великої кількості живих і матеріальних ресурсів, але й тісної співпраці з військами, що відповідають за розвідку електромагнітного середовища та радіоелектронну протидії. Тому період від розвідки до здійснення втручання тривалий, що легко затримати бійці. CR може швидко і точно ідентифікувати друга чи ворога, відчуваючи характеристики електромагнітного спектру поля бою. Він може швидко звільнити або уникнути перешкод під час проведення розвідки електромагнітного спектру, яка недоступна в традиційному радіо.
3.5 Поліпшити взаємозв'язок системи
В даний час різні види нашої армії оснащені великою кількістю радіостанцій різних моделей. Ці радіостанції мають різні робочі частоти, потужність передачі, методи модуляції тощо, і вони не можуть досягти взаємозв’язку та взаємодії, що стало важливим фактором, що обмежує спільні операції трьох збройних сил. Скремблер стільникового телефону може охоплювати широкий діапазон частот і використовувати програмне забезпечення для реалізації обробки сигналу в основній смузі, модуляції ПЧ і генерації сигналу РЧ сигналу. За допомогою незалежного завантаження різного програмного забезпечення CR може спілкуватися як із короткохвильовими радіостанціями, так і з ультра-радіостанціями на коротких хвилях і навіть із супутниками. Саме тому, що CR може автономно вивчати мережеві комунікаційні протоколи та послуги,
Покращити сумісність і взаємозв’язок системи.
На додаток до вищезгаданих функцій і переваг, CR також надає функції позиціонування та сприйняття навколишнього середовища, які мають переваги в тому, що вони менш сприйнятливі до цивільних радіоперешкод і швидша мережа, що є незамінними перевагами традиційного радіо.
4 Можливості та проблеми для військового когнітивного радіо
CR вважається напрямком розвитку комунікацій наступного покоління. Оскільки технологія CR може значно підвищити ефективність використання бездротового спектру, вона привернула велику увагу в галузі та швидко розвивалася в останні роки. Однак CR все ще стикається з багатьма проблемами від лабораторного до практичного та військового використання:
(1) Більшість поточних досліджень залишається на фізичному рівні, і є мало досліджень щодо мереж CR, топології мережі, мережевих протоколів тощо;
(2) Технологія швидкого зондування спектру та ідентифікації сигналу потребує подальших досліджень;
(3) Швидке та ефективне сприйняття навколишнього середовища та як ефективно використовувати інформацію про сприйняття навколишнього середовища;
(4) Технологія відновлення та обслуговування зв’язку-, коли CR виконує динамічне налаштування частоти;
(5) Конструкція терміналу CR є складною, вимагає широкосмугового-високо{2}}чутливого радіочастотного інтерфейсу-, швидких та ефективних алгоритмів цифрової обробки сигналів, а також надійних і надійний апаратно-програмний дизайн, що відповідає військовим стандартам;
(6) Машинне навчання та як краще використовувати комп’ютерну мову, щоб зробити мережу CR більш розумною та більш відповідною характеристикам і вимогам військового зв’язку;
(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) Конструкція терміналу з мініатюризацією та низьким споживанням енергії.
