Som vi alla vet är radiospektrum en värdefull naturresurs. Även om det elektromagnetiska spektrumet under 3000GHz teoretiskt kallas radiospektrum, på grund av tekniska begränsningar, delar människor för närvarande bara upp användningsfrekvensbandet från 9kHz till 400GHz. Faktum är att militära frekvensband är koncentrerade under 40GHz, medan civila frekvensband huvudsakligen är koncentrerade under 3GHz. Med den snabba utvecklingen av mobil kommunikationsteknik uppstår nya trådlösa kommunikationstjänster i en oändlig ström, antalet användare fortsätter att öka och spektrumresurserna blir alltmer knappa. För att lösa detta problem har en mängd avancerade moduleringstekniker, kodningstekniker, multi-antenntekniker, länkanpassning och andra nya teknologier uppfunnits successivt. Dessa teknologier har förbättrat kanalkapaciteten från olika vinklar och uppnått goda resultat. Men på grund av Shannon-gränsen är det omöjligt att öka kanalkapaciteten på obestämd tid. Även om radiospektrumet kan återanvändas, för en viss frekvenspunkt eller frekvensband, är det begränsat i en viss tidsdomän och rymddomän och kan inte återanvändas. I skarp kontrast till bristen på spektrumresurser står den extremt låga utnyttjandegraden av det befintliga spektrumet.
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).
Tillämpning av kognitiv radio i militär kommunikation
3.1 Öka kommunikationssystemets kapacitet
Bristen på trådlöst spektrum är inte bara framträdande på det civila området, utan även på det militära området. Speciellt under förhållanden med modern krigföring är en mängd olika elektroniska apparater uppsatta intensivt i ett begränsat område, vilket kommer att göra spektrumresurserna extremt snäva. Dessutom, med uppgraderingen av civil radioutrustning och den kraftiga ökningen av antalet användare, ökar också efterfrågan på spektrum. Vissa organisationer i vissa länder har ansökt om att allokera en del av det militära spektrumet till civilt bruk. Denna trend kommer utan tvekan att ytterligare förvärra bristen på militära radiospektrumresurser. CR kan dynamiskt utnyttja spektrumresurser, vilket teoretiskt kan förbättra spektrumanvändningen med dussintals gånger. Därför, även om CR delvis används, kan kapaciteten för hela kommunikationssystemet förbättras avsevärt.
3.2 Förbättra effektiviteten i spektrumhanteringen
Slagfältsspektrumhantering är ett mycket viktigt ämne, och militären i alla länder lägger stor vikt vid forskningen i denna fråga. Men för närvarande utförs slagfältsspektrumallokeringen i grunden i form av fast frekvensallokering. Från den faktiska stridssituationen är denna plan inte helt framgångsrik. Å ena sidan leder detta tilldelningssystem inte bara till lågt utnyttjande av spektrumresurser, utan orsakar också lätt elektromagnetiska störningar inom systemet eller mellan vänliga krafter; å andra sidan kräver detta tilldelningssystem mycket tid för spektrumplanering innan striden börjar; Dessutom, när kommunikationsfrekvensen väl har bestämts, kan den inte ändras oavsett vad som händer i stridstillståndet. eftersom
Därför, i den moderna krigföringen där situationen på slagfältet förändras snabbt, är det fasta spektrumtilldelningsschemat lätt att försena kämparna. CR kan känna av den elektromagnetiska miljön på slagfältet i området där den är belägen, och automatiskt upptäcka tillgängligheten av den nödvändiga bandbredden och spektrumet. Därför kan allokeringen av spektrumresurser genomföras snabbt med hjälp av CR, och kommunikationsfrekvensen kan även justeras automatiskt under kommunikationsprocessen. Det förbättrar inte bara nätverkshastigheten utan förbättrar också den elektromagnetiska kompatibiliteten för hela kommunikationssystemet.
3.3 Förbättra systemets anti-störnings-EOD-sändares förmåga
Anti-förmåga är en viktig indikator för att mäta kommunikationsutrustning under modern krigföring, och det är också en viktig garanti för att vinna kriget. Traditionella kanal--anti-störningstekniker inkluderar främst spridningsspektrum, frekvenshoppning, tidshoppning och relaterade tekniker härledda därifrån. CR har inte bara ovanstående anti-interferensförmåga, utan undertrycker också störningar genom att justera strålriktningen på grund av dess användning av positionsavkänningsteknik, kombinerat med DBF-teknik. CR förbättrar inte bara anti-interferensförmågan, utan kan också minska sändningseffekten och förbättra anti-avlyssningsförmågan. Kognitiv radio har avancerade maskininlärningsmöjligheter, som kan lära sig och analysera störningar, så att den kan välja lämpliga anti-störningsstrategier (välj lämplig kommunikationskanal, moduleringsmetod, sändningseffekt, frekvenshoppningsmönster, etc.) för att aktivt aktivt undvika störningar. Dessutom, eftersom arbetsfrekvensbandet för CR är mycket brett, ökar det också svårigheten att störa.
3.4 Tillhandahåll RF-signalsändare elektroniska motåtgärder
Den traditionella metoden för elektroniska motåtgärder är att först detektera den elektromagnetiska miljön på slagfältet genom radiodetektering på slagfältet och sedan kommunicera den upptäckta situationen till den elektroniska motåtgärdsstyrkan genom stridskommunikationsnätverket, och trupperna som ansvarar för den elektroniska motåtgärdsuppgiften kommer att utföra interferens. Denna metod kräver inte bara mycket arbetskraft och materiella resurser, utan kräver också nära samarbete med de trupper som ansvarar för elektromagnetisk miljöspaning och elektroniska motåtgärder. Därför är perioden från spaning till implementering av störningar lång, vilket är lätt att försena kämpar. CR kan snabbt och exakt identifiera vän eller fiende genom att känna av egenskaperna hos slagfältets elektromagnetiska spektrum. Den kan snabbt släppa eller undvika störningar medan den utför elektromagnetisk spektrumspaning, vilket inte är tillgängligt i traditionell radio.
3.5 Förbättra systemets sammankoppling
För närvarande är olika grenar av vår armé utrustade med ett stort antal radiostationer av olika modeller. Dessa radiostationer har olika arbetsfrekvenser, sändningseffekt, moduleringsmetoder etc. och kan inte uppnå sammankoppling och interoperabilitet, vilket har blivit en viktig faktor som begränsar de tre väpnade styrkornas gemensamma operationer. mobiltelefon scrambler jammer kan täcka ett brett frekvensband och använda programvara för att realisera basbandsbehandlingen av signalen, IF-moduleringen och genereringen av RF-signalens vågform. Genom att oberoende ladda olika programvaror kan en CR kommunicera med både kortvågsradiostationer, ultra-kortvågsradiostationer och till och med satelliter. Det är just för att CR självständigt kan lära sig nätverkskommunikationsprotokoll och tjänster,
Förbättra systemets driftskompatibilitet och sammankoppling.
Förutom ovanstående funktioner och fördelar tillhandahåller CR även positionerings- och miljöuppfattningsfunktioner, som har fördelarna av att vara mindre mottagliga för civila radiostörningar och snabbare nätverkande, vilket är oersättliga fördelar med traditionell radio.
4 Möjligheter och utmaningar för militär kognitiv radio
CR anses vara riktningen för nästa generations kommunikationsutveckling. Eftersom CR-tekniken avsevärt kan förbättra utnyttjandeeffektiviteten för det trådlösa spektrumet har den rönt stor uppmärksamhet i branschen och har utvecklats snabbt de senaste åren. Men CR står fortfarande inför många utmaningar från laboratorier till praktisk och militär användning:
(1) Det mesta av den aktuella forskningen stannar vid det fysiska lagret, och det finns få forskningar om CR-nätverk, nätverkstopologi, nätverksprotokoll, etc.;
(2) Teknik för snabbspektrumavkänning och signalidentifiering behöver ytterligare forskning;
(3) Snabb och effektiv miljöuppfattning och hur man effektivt använder miljöuppfattningsinformation;
(4) Länkåterupprättande- och underhållsteknik när CR utför dynamisk frekvensjustering;
(5) Designen av CR-terminalen är komplex och kräver ett brett-band, hög-känslig RF-front-, snabba och effektiva digitala signalbehandlingsalgoritmer och en robust och pålitlig hård- och mjukvarudesign som uppfyller militära standarder;
(6) Maskininlärning och hur man bättre kan använda datorspråk för att göra CR-nätverket mer intelligent och mer i linje med egenskaperna och kraven för militär kommunikation;
(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) Miniatyrisering och låg strömförbrukning design av terminalen.
