Zoals we allemaal weten, is het radiospectrum een waardevolle natuurlijke hulpbron. Hoewel het elektromagnetische spectrum onder de 3000 GHz theoretisch het radiospectrum wordt genoemd, verdelen mensen vanwege technische beperkingen momenteel alleen de gebruiksfrequentieband van 9 kHz tot 400 GHz. In feite zijn militaire frequentiebanden geconcentreerd onder 40 GHz, terwijl civiele frequentiebanden voornamelijk geconcentreerd zijn onder 3 GHz. Met de snelle ontwikkeling van mobiele communicatietechnologie ontstaan er in een eindeloze stroom nieuwe draadloze communicatiediensten, het aantal gebruikers blijft toenemen en spectrumbronnen worden steeds schaarser. Om dit probleem op te lossen, zijn achtereenvolgens een verscheidenheid aan geavanceerde modulatietechnieken, coderingstechnieken, multi-antennetechnieken, linkaanpassing en andere nieuwe technologieën uitgevonden. Deze technologieën hebben de kanaalcapaciteit vanuit verschillende hoeken verbeterd en goede resultaten behaald. Vanwege de Shannon-limiet is het echter onmogelijk om de kanaalcapaciteit onbeperkt te vergroten. Hoewel het radiospectrum hergebruikt kan worden, is het voor een bepaald frequentiepunt of frequentieband beperkt in een bepaald tijd- en ruimtedomein en kan het niet hergebruikt worden. In schril contrast met het tekort aan spectrumbronnen staat de extreem lage bezettingsgraad van het bestaande spectrum.
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).
Toepassing van cognitieve radio in militaire communicatie
3.1 Verhoog de capaciteit van het communicatiesysteem
Het tekort aan draadloos spectrum is niet alleen prominent aanwezig op civiel gebied, maar ook op militair gebied. Vooral onder de omstandigheden van moderne oorlogsvoering wordt een verscheidenheid aan elektronische apparaten intensief opgesteld in een beperkt gebied, waardoor de spectrumbronnen extreem krap worden. Bovendien neemt met de opwaardering van civiele radioapparatuur en de sterke toename van het aantal gebruikers ook de vraag naar spectrum toe. Sommige organisaties in sommige landen hebben een aanvraag ingediend om een deel van het militaire spectrum toe te wijzen aan civiel gebruik. Deze trend zal het tekort aan militaire radiospectrumbronnen ongetwijfeld nog verergeren. CR kan spectrumbronnen dynamisch gebruiken, wat het spectrumgebruik theoretisch tientallen keren kan verbeteren. Daarom, zelfs als CR gedeeltelijk wordt aangenomen, kan de capaciteit van het gehele communicatiesysteem aanzienlijk worden verbeterd.
3.2 Efficiëntie van spectrumbeheer verbeteren
Het beheer van het slagveldspectrum is een zeer belangrijk onderwerp en het leger van alle landen hecht veel belang aan het onderzoek naar dit onderwerp. Op dit moment wordt de toewijzing van het slagveldspectrum echter in principe uitgevoerd in de vorm van vaste frequentietoewijzing. Vanuit de feitelijke gevechtssituatie is dit plan niet helemaal geslaagd. Aan de ene kant leidt dit toewijzingsschema niet alleen tot een laag gebruik van spectrumbronnen, maar veroorzaakt het ook gemakkelijk elektromagnetische interferentie binnen het systeem of tussen bevriende troepen; aan de andere kant vereist dit toewijzingsschema veel tijd voor spectrumplanning voordat de strijd begint; Bovendien, als de communicatiefrequentie eenmaal is bepaald, kan deze niet meer worden gewijzigd, wat er ook gebeurt in de gevechtstoestand. omdat
Daarom is het in de moderne oorlogsvoering waar de situatie op het slagveld snel verandert, het vaste spectrumtoewijzingsschema gemakkelijk om de jagers te vertragen. CR kan de elektromagnetische omgeving van het slagveld detecteren in het gebied waar het zich bevindt, en automatisch de beschikbaarheid van de vereiste bandbreedte en spectrum detecteren. Daarom kan de toewijzing van spectrumbronnen snel worden voltooid met behulp van CR en kan de communicatiefrequentie ook automatisch worden aangepast tijdens het communicatieproces. Het verbetert niet alleen de snelheid van netwerken, maar verbetert ook de elektromagnetische compatibiliteit van het gehele communicatiesysteem.
3.3 Verbeter de anti--interferentie EOD-stoorzendercapaciteit van het systeem
Anti--jamming-capaciteit is een belangrijke indicator voor het meten van communicatieapparatuur onder de omstandigheden van moderne oorlogsvoering, en het is ook een belangrijke garantie voor het winnen van de oorlog. Traditionele kanaal-anti-jamming-technologieën omvatten voornamelijk spread spectrum, frequency hopping, time hopping en aanverwante technologieën die daarvan zijn afgeleid. CR heeft niet alleen het bovengenoemde anti--interferentievermogen, maar onderdrukt ook interferentie door de richting van de straal aan te passen dankzij het gebruik van positiedetectietechnologie, gecombineerd met DBF-technologie. CR verbetert niet alleen het anti-interferentievermogen, maar kan ook het zendvermogen verminderen en het anti-onderscheppingsvermogen verbeteren. Cognitieve radio heeft geavanceerde machine learning-mogelijkheden, die interferentie kunnen leren en analyseren, zodat het geschikte anti--jamming-strategieën kan kiezen (kies het juiste communicatiekanaal, modulatiemethode, zendvermogen, frequentiesprongpatroon, enz.) om actief interferentie vermijden. Bovendien, omdat de werkende frequentieband van CR erg breed is, verhoogt het ook de moeilijkheid van interferentie.
3.4 Bieden RF-signaalstoorzender Elektronische tegenmaatregelen:
De traditionele methode van elektronische tegenmaatregelen is om eerst de elektromagnetische omgeving van het slagveld te detecteren door middel van radiodetectie op het slagveld en vervolgens de gedetecteerde situatie door te geven aan de elektronische tegenmaatregelen via het gevechtscommunicatienetwerk, en de troepen die verantwoordelijk zijn voor de taak van de elektronische tegenmaatregelen zullen uitvoeren interferentie. Deze methode vereist niet alleen veel mankracht en materiële middelen, maar vereist ook nauwe samenwerking met de troepen die verantwoordelijk zijn voor verkenning van de elektromagnetische omgeving en elektronische tegenmaatregelen. Daarom is de periode van verkenning tot implementatie van interferentie lang, wat jagers gemakkelijk kan vertragen. CR kan snel en nauwkeurig een vriend of vijand identificeren door de kenmerken van het elektromagnetische spectrum van het slagveld te voelen. Het kan interferentie snel vrijgeven of voorkomen tijdens het uitvoeren van elektromagnetische spectrumverkenning, wat niet beschikbaar is in traditionele radio.
3.5 Verbeter de interconnectiviteit van het systeem
Momenteel zijn verschillende takken van ons leger uitgerust met een groot aantal radiostations van verschillende modellen. Deze radiostations hebben verschillende werkfrequenties, zendvermogen, modulatiemethoden, enz., en kunnen geen onderlinge verbinding en interoperabiliteit bereiken, wat een belangrijke factor is geworden die de gezamenlijke operaties van de drie strijdkrachten beperkt. de stoorzender van de mobiele telefoonscrambler kan een brede frequentieband bestrijken en software gebruiken om de basisbandverwerking van het signaal, de IF-modulatie en het genereren van de RF-signaalgolfvorm te realiseren. Door onafhankelijk verschillende software te laden, kan een CR communiceren met zowel kortegolfradiostations, ultra-kortegolfradiostations en zelfs satellieten. Juist omdat CR autonoom netwerkcommunicatieprotocollen en -diensten kan leren,
Verbetering van de interoperabiliteit en interconnectiviteit van het systeem.
Naast de bovengenoemde functies en voordelen biedt CR ook functies voor positionering en omgevingswaarneming, die de voordelen hebben dat ze minder gevoelig zijn voor civiele radio-interferentie en snellere netwerken, wat onvervangbare voordelen zijn van traditionele radio.
4 Kansen en uitdagingen voor militaire cognitieve radio
CR wordt beschouwd als de richting van de volgende generatie communicatieontwikkeling. Omdat de CR-technologie de gebruiksefficiëntie van het draadloze spectrum aanzienlijk kan verbeteren, heeft deze veel aandacht getrokken in de industrie en heeft het zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld. CR staat echter nog steeds voor veel uitdagingen, van laboratorium tot praktisch en militair gebruik:
(1) Het meeste huidige onderzoek blijft op de fysieke laag en er zijn weinig onderzoeken naar CR-netwerken, netwerktopologie, netwerkprotocollen, enz.;
(2) Technologie voor snelle spectrumdetectie en signaalidentificatie behoeft verder onderzoek;
(3) snelle en effectieve omgevingsperceptie en hoe effectief gebruik te maken van informatie over omgevingsperceptie;
(4) Verbindingsherstel-totstandbrenging en onderhoudstechnologie wanneer CR dynamische frequentieaanpassing uitvoert;
(5) Het ontwerp van de CR-terminal is complex en vereist een breed-band, hoog-gevoelig RF-front-end, snelle en efficiënte digitale signaalverwerkingsalgoritmen, en een robuust en betrouwbaar hardware- en softwareontwerp dat voldoet aan militaire normen;
(6) Machine learning en hoe beter gebruik te maken van computertaal om het CR-netwerk intelligenter te maken en beter af te stemmen op de kenmerken en vereisten van militaire communicatie;
(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) Miniaturisatie en laag stroomverbruik ontwerp van de terminal.
