Som vi alle ved, er radiospektret en værdifuld naturressource. Selvom det elektromagnetiske spektrum under 3000GHz teoretisk kaldes radiospektret, opdeler mennesker på grund af tekniske begrænsninger i øjeblikket kun brugsfrekvensbåndet fra 9kHz til 400GHz. Faktisk er militære frekvensbånd koncentreret under 40GHz, mens civile frekvensbånd hovedsageligt er koncentreret under 3GHz. Med den hurtige udvikling af mobilkommunikationsteknologi dukker nye trådløse kommunikationstjenester op i en endeløs strøm, antallet af brugere fortsætter med at stige, og spektrumressourcer bliver stadig mere knappe. For at løse dette problem er en række avancerede moduleringsteknikker, kodningsteknikker, multi-antenneteknikker, linktilpasning og andre nye teknologier blevet opfundet successivt. Disse teknologier har forbedret kanalkapaciteten fra forskellige vinkler og opnået gode resultater. Men på grund af Shannon-grænsen er det umuligt at øge kanalkapaciteten på ubestemt tid. Selvom radiospektret kan genbruges, for et bestemt frekvenspunkt eller frekvensbånd, er det begrænset i et bestemt tidsdomæne og rumdomæne og kan ikke genbruges. I skarp kontrast til manglen på frekvensressourcer er den ekstremt lave udnyttelsesgrad af det eksisterende spektrum.
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).
Anvendelse af kognitiv radio i militær kommunikation
3.1 Forøg kommunikationssystemets kapacitet
Manglen på trådløst spektrum er ikke kun fremtrædende på det civile område, men også på det militære område. Især under betingelserne for moderne krigsførelse opsættes en række elektroniske enheder intensivt i et begrænset område, hvilket vil gøre spektrumressourcerne ekstremt stramme. Med opgraderingen af civilt radioudstyr og den kraftige stigning i antallet af brugere er efterspørgslen efter frekvenser desuden stigende. Nogle organisationer i nogle lande har ansøgt om at allokere en del af det militære spektrum til civil brug. Denne tendens vil uden tvivl forværre manglen på militære radiospektrumressourcer yderligere. CR kan dynamisk udnytte spektrumressourcer, hvilket teoretisk kan forbedre spektrumudnyttelsen dusinvis af gange. Derfor, selvom CR er delvist vedtaget, kan kapaciteten af hele kommunikationssystemet forbedres væsentligt.
3.2 Forbedre effektiviteten af frekvensstyring
Battlefield-spektrumstyring er et meget vigtigt emne, og militæret i alle lande lægger stor vægt på forskningen i dette spørgsmål. Men på nuværende tidspunkt udføres slagmarkens spektrumallokering som udgangspunkt i form af fast frekvensallokering. Ud fra den faktiske kampsituation er denne plan ikke helt vellykket. På den ene side fører denne allokeringsordning ikke kun til lav udnyttelse af spektrumressourcer, men forårsager også let elektromagnetisk interferens i systemet eller mellem venlige styrker; på den anden side kræver denne tildelingsordning meget tid til spektrumplanlægning, før kampen begynder; Derudover, når kommunikationsfrekvensen er bestemt, kan den ikke ændres, uanset hvad der sker i kamptilstanden. fordi
Derfor, i den moderne krigsførelse, hvor situationen på slagmarken ændrer sig hurtigt, er den faste spektrumtildeling let at forsinke jagerne. CR kan fornemme det elektromagnetiske miljø på slagmarken i det område, hvor det er placeret, og automatisk registrere tilgængeligheden af den nødvendige båndbredde og spektrum. Derfor kan allokeringen af spektrumressourcer gennemføres hurtigt ved hjælp af CR, og kommunikationsfrekvensen kan også automatisk justeres under kommunikationsprocessen. Det forbedrer ikke kun netværkshastigheden, men forbedrer også den elektromagnetiske kompatibilitet af hele kommunikationssystemet.
3.3 Forbedre systemets anti-interferens EOD jammer-evne
Anti-jamming-evne er en vigtig indikator for måling af kommunikationsudstyr under moderne krigsførelse, og det er også en vigtig garanti for at vinde krigen. Traditionelle kanal anti-jamming-teknologier omfatter hovedsageligt spredt spektrum, frekvenshop, tidshop og relaterede teknologier afledt deraf. CR har ikke kun ovennævnte anti-interferensevne, men undertrykker også interferens ved at justere stråleretningen på grund af dens brug af positionsfølende teknologi kombineret med DBF-teknologi. CR forbedrer ikke kun anti-interferensevnen, men kan også reducere sendeeffekten og forbedre anti-aflytningsevnen. Kognitiv radio har avancerede maskinlæringsfunktioner, som kan lære og analysere interferens, så den kan vælge passende anti-jamming-strategier (vælg passende kommunikationskanal, moduleringsmetode, sendeeffekt, frekvenshopmønster osv.) for aktivt at undgå interferens. Derudover, fordi arbejdsfrekvensbåndet for CR er meget bredt, øger det også vanskeligheden ved interferens.
3.4 Giv RF-signal jammer elektroniske modforanstaltninger
Den traditionelle metode til elektroniske modforanstaltninger er først at detektere det elektromagnetiske miljø på slagmarken gennem slagmarkens radiodetektering og derefter kommunikere den detekterede situation til den elektroniske modforanstaltningers styrke gennem kampkommunikationsnetværket, og de tropper, der er ansvarlige for den elektroniske modforanstaltningersopgave, vil udføre interferens. Denne metode kræver ikke kun en masse mandskab og materielle ressourcer, men kræver også tæt samarbejde med de tropper, der er ansvarlige for elektromagnetisk miljørekognoscering og elektroniske modforanstaltninger. Derfor er perioden fra rekognoscering til implementering af interferens lang, hvilket er let at forsinke krigere. CR kan hurtigt og præcist identificere ven eller fjende ved at fornemme karakteristikaene for slagmarkens elektromagnetiske spektrum. Den kan hurtigt frigive eller undgå interferens, mens den udfører elektromagnetisk spektrum rekognoscering, som ikke er tilgængelig i traditionel radio.
3.5 Forbedre systemsammenkobling
På nuværende tidspunkt er forskellige grene af vores hær udstyret med et stort antal radiostationer af forskellige modeller. Disse radiostationer har forskellige arbejdsfrekvenser, sendeeffekt, moduleringsmetoder osv. og kan ikke opnå sammenkobling og interoperabilitet, hvilket er blevet en vigtig faktor, der begrænser de tre væbnede styrkers fælles operationer. mobiltelefon scrambler jammer kan dække et bredt frekvensbånd og bruge software til at realisere basebåndsbehandlingen af signalet, IF-modulationen og genereringen af RF-signalets bølgeform. Ved uafhængigt at indlæse forskellig software kan en CR kommunikere med både kortbølgeradiostationer, ultra-kortbølgeradiostationer og endda satellitter. Det er netop fordi CR selvstændigt kan lære netværkskommunikationsprotokoller og tjenester,
Forbedre interoperabiliteten og sammenkoblingen af systemet.
Ud over de ovennævnte funktioner og fordele, leverer CR også positionerings- og miljøperceptionsfunktioner, som har fordelene ved at være mindre modtagelige for civil radiointerferens og hurtigere netværk, som er uerstattelige fordele ved traditionel radio.
4 Muligheder og udfordringer for militær kognitiv radio
CR anses for at være retningen for næste generation af kommunikationsudvikling. Da CR-teknologien markant kan forbedre udnyttelseseffektiviteten af det trådløse spektrum, har den tiltrukket sig stor opmærksomhed i branchen og har udviklet sig hurtigt i de senere år. CR står dog stadig over for mange udfordringer fra laboratorie til praktisk og militær brug:
(1) Det meste af den nuværende forskning forbliver på det fysiske lag, og der er få undersøgelser af CR-netværk, netværkstopologi, netværksprotokoller osv.;
(2) Teknologi til hurtig spektrumdetektion og signalidentifikation kræver yderligere forskning;
(3) Hurtig og effektiv miljøopfattelse og hvordan man effektivt udnytter miljøopfattelsesinformation;
(4) Link genetablering og vedligeholdelsesteknologi, når CR udfører dynamisk frekvensjustering;
(5) Designet af CR-terminalen er komplekst og kræver et bredt-bånd, høj-følsom RF-front-, hurtige og effektive digitale signalbehandlingsalgoritmer og en robust og pålideligt hardware- og softwaredesign, der opfylder militære standarder;
(6) Maskinlæring og hvordan man kan udnytte computersproget bedre for at gøre CR-netværket mere intelligent og mere i overensstemmelse med karakteristika og krav til militær 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) Miniaturisering og lavt strømforbrug design af terminalen.
