Kuten kaikki tiedämme, radiotaajuus on arvokas luonnonvara. Vaikka alle 3000 GHz: n sähkömagneettista spektriä kutsutaan teoreettisesti radiospektriksi, teknisten rajoitusten vuoksi ihmiset jakavat tällä hetkellä vain käyttötaajuuskaistan 9 kHz: stä 400 GHz: iin. Itse asiassa sotilaalliset taajuuskaistat ovat keskittyneet alle 40 GHz: n, kun taas siviilitaajuuskaistat keskittyvät pääasiassa alle 3 GHz: n. Matkaviestintäteknologian nopean kehityksen myötä uusia langattomia viestintäpalveluja syntyy loputtomassa virrassa, käyttäjien määrä kasvaa edelleen ja taajuusresurssit vähenevät. Tämän ongelman ratkaisemiseksi on keksitty peräkkäin erilaisia edistyneitä modulaatiotekniikoita, koodaustekniikoita, moniantennitekniikoita, linkkien mukauttamista ja muita uusia tekniikoita. Nämä tekniikat ovat parantaneet kanavakapasiteettia eri näkökulmista ja saavuttaneet hyviä tuloksia. Shannon-rajan vuoksi kanavan kapasiteettia on kuitenkin mahdotonta lisätä loputtomiin. Vaikka radiotaajuuksia voidaan käyttää uudelleen, tietyllä taajuuspisteellä tai taajuusalueella se on rajoitettu tietyllä aika-alueella ja avaruusalueella, eikä sitä voida käyttää uudelleen. Jyrkässä ristiriidassa taajuusresurssien puutteen kanssa on olemassa olevien taajuuksien erittäin alhainen käyttöaste.
Kuvassa 1 esitetään Kalifornian yliopiston Berkeleyn testaama 0–6 GHz:n taajuuksien käyttö. Todelliset mittaustulokset osoittavat, että maailmanlaajuisella lisensoidulla taajuusalueella, jopa 300 MHz: n ja 3 GHz: n taajuusalueella, jolla on hyvät signaalin etenemisominaisuudet ja erittäin tiukka kysyntä, taajuuksien käyttöaste on alle 6%; 3-4 GHz: n taajuusalueella spektrin käyttöaste laskee 0,5%: iin; Yli 4 GHz: n taajuuskäyttö on pienempi. Siksi siitä, miten taajuuksien resursseja voidaan jakaa tehokkaasti ja taajuuksien käyttöä voidaan parantaa täysimääräisesti, on tullut kiireellinen ongelma, joka on ratkaistava. Tässä yhteydessä Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) -tekniikka ehdottaa uutta ratkaisua - langattoman spektrin käyttötehokkuuden parantamista dynaamisen taajuuksien jakamisen (DSS, Dynamic Spectrum Sharing) avulla.
Kognitiivisen radion soveltaminen sotilaallisessa viestinnässä
3.1 Viestintäjärjestelmän kapasiteetin lisääminen
Langattomien taajuuksien puute on näkyvää paitsi siviilialalla myös sotilaallisella alalla. Erityisesti nykyaikaisen sodankäynnin olosuhteissa perustetaan intensiivisesti erilaisia elektronisia laitteita rajoitetulle alueelle, mikä tekee taajuusresursseista erittäin tiukkoja. Lisäksi siviiliradiolaitteiden parantamisen ja käyttäjien määrän jyrkän kasvun myötä myös taajuuksien kysyntä kasvaa. Jotkut organisaatiot joissakin maissa ovat hakeneet osan sotilaallisen kirjon osoittamisesta siviilikäyttöön. Tämä suuntaus pahentaa epäilemättä entisestään sotilaallisten radiotaajuusresurssien puutetta. CR voi dynaamisesti hyödyntää taajuusresursseja, jotka voivat teoriassa parantaa taajuuksien käyttöä kymmeniä kertoja. Siksi, vaikka CR hyväksyttäisiin osittain, koko viestintäjärjestelmän kapasiteettia voidaan parantaa huomattavasti.
3.2 Taajuuksien hallinnan tehokkuuden parantaminen
Taistelukenttien hallinta on erittäin tärkeä aihe, ja kaikkien maiden armeija pitää erittäin tärkeänä tämän asian tutkimista. Tällä hetkellä taistelukenttien taajuuksien jakaminen tapahtuu kuitenkin periaatteessa kiinteän taajuuden jakamisen muodossa. Varsinaisesta taistelutilanteesta tämä suunnitelma ei ole täysin onnistunut. Toisaalta tämä jakojärjestelmä ei ainoastaan johda taajuuksien resurssien vähäiseen käyttöön, vaan aiheuttaa myös helposti sähkömagneettisia häiriöitä järjestelmässä tai ystävällisten voimien välillä; toisaalta tämä jakojärjestelmä vaatii paljon aikaa taajuuksien suunnitteluun ennen taistelun alkua ; Lisäksi, kun viestintätaajuus on määritetty, sitä ei voida muuttaa riippumatta siitä, mitä taistelutilassa tapahtuu. koska
Siksi nykyaikaisessa sodankäynnissä, jossa taistelukentän tilanne muuttuu nopeasti, kiinteän taajuuden jakojärjestelmä on helppo viivästyttää taistelijoita. CR voi aistia taistelukentän sähkömagneettisen ympäristön alueella, jossa se sijaitsee, ja tunnistaa automaattisesti tarvittavan kaistanleveyden ja spektrin saatavuuden. Siksi taajuusresurssien jakaminen voidaan suorittaa nopeasti CR: n avulla, ja viestintätaajuutta voidaan myös säätää automaattisesti viestintäprosessin aikana. Se ei ainoastaan paranna verkkonopeuden nopeutta, vaan myös parantaa koko viestintäjärjestelmän sähkömagneettista yhteensopivuutta.
3.3 Paranna järjestelmän häiriönesto-EOD-häirintäkykyä
Häirinnänestokyky on tärkeä indikaattori viestintälaitteiden mittaamisessa nykyaikaisen sodankäynnin olosuhteissa, ja se on myös tärkeä tae sodan voittamiselle. Perinteiset kanavan häirinnänestoteknologiat sisältävät pääasiassa levinneen spektrin, taajuushyppelyn, aikahyppyä ja niistä johdettuja tekniikoita. CR: llä ei ole vain edellä mainittua häiriönestokykyä, vaan se myös vaimentaa häiriöitä säätämällä säteen suuntaa, koska se käyttää asennontunnistustekniikkaa yhdistettynä DBF-tekniikkaan. CR ei ainoastaan paranna häiriönestokykyä, vaan voi myös vähentää lähetystehoa ja parantaa sieppauksenestokykyä. Kognitiivisella radiolla on kehittyneet koneoppimisominaisuudet, jotka voivat oppia ja analysoida häiriöitä, jotta se voi valita sopivat häirinnänestostrategiat (valitse sopiva viestintäkanava, modulaatiomenetelmä, lähetysteho, taajuushyppykuvio jne.) häiriöiden välttämiseksi aktiivisesti . Lisäksi, koska CR: n työtaajuuskaista on hyvin leveä, se lisää myös häiriöiden vaikeuksia.
3.4 Tarjoa radiotaajuussignaalin häirintälaitteen elektroniset vastatoimet
Perinteinen elektronisten vastatoimien menetelmä on ensin havaita taistelukentän sähkömagneettinen ympäristö taistelukentän radion havaitsemisen avulla ja välittää sitten havaittu tilanne elektroniselle vastatoimenpidejoukolle taisteluviestintäverkon kautta, ja elektronisesta vastatoimenpidetehtävästä vastaavat joukot suorittavat häiriöitä. Tämä menetelmä ei ainoastaan vaadi paljon työvoimaa ja aineellisia resursseja, vaan vaatii myös tiivistä yhteistyötä sähkömagneettisesta ympäristötiedustelusta ja sähköisistä vastatoimenpiteistä vastaavien joukkojen kanssa. Siksi aika tiedustelusta häiriöiden toteuttamiseen on pitkä, mikä on helppo viivästyttää taistelijoita. CR voi nopeasti ja tarkasti tunnistaa ystävän tai vihollisen tunnistamalla taistelukentän sähkömagneettisen spektrin ominaisuudet. Se voi nopeasti vapauttaa tai välttää häiriöitä suoritettaessa sähkömagneettisen spektrin tiedustelua, jota ei ole saatavana perinteisessä radiossa.
3.5 Paranna järjestelmän yhteenliitettävyyttä
Tällä hetkellä armeijamme eri haarat on varustettu suurella määrällä eri mallien radioasemia. Näillä radioasemilla on erilaiset työtaajuudet, lähetysteho, modulointimenetelmät jne., Eivätkä ne voi saavuttaa yhteenliittämistä ja yhteentoimivuutta, mistä on tullut tärkeä tekijä, joka rajoittaa kolmen asevoimien yhteistä toimintaa. matkapuhelimen scrambler-häirintälaite voi kattaa laajan taajuuskaistan ja käyttää ohjelmistoa signaalin peruskaistan käsittelyn, IF-modulaation ja RF-signaalin aaltomuodon luomisen toteuttamiseen. Lataamalla itsenäisesti erilaisia ohjelmistoja CR voi kommunikoida sekä lyhytaaltoradioasemien, erittäin lyhytaaltoisten radioasemien että jopa satelliittien kanssa. Se johtuu juuri siitä, että CR voi itsenäisesti oppia verkkoviestintäprotokollia ja -palveluja,
Sen on parannettava järjestelmän yhteentoimivuutta ja yhteenliitettävyyttä.
Edellä mainittujen toimintojen ja etujen lisäksi CR tarjoaa myös paikannus- ja ympäristön havainnointitoimintoja, joiden etuna on, että ne ovat vähemmän alttiita siviiliradiohäiriöille ja nopeammalle verkottumiselle, jotka ovat perinteisen radion korvaamattomia etuja.
4 Sotilaallisen kognitiivisen radion mahdollisuudet ja haasteet
CR: tä pidetään seuraavan sukupolven viestinnän kehittämisen suuntana. Koska CR-tekniikka voi merkittävästi parantaa langattoman spektrin käyttöastetta, se on herättänyt suurta huomiota teollisuudessa ja kehittynyt nopeasti viime vuosina. CR:llä on kuitenkin edelleen monia haasteita laboratoriosta käytännön ja sotilaalliseen käyttöön:
(1) Suurin osa nykyisestä tutkimuksesta pysyy fyysisellä tasolla, ja cr-verkostoitumista, verkkotopologiaa, verkkoprotokollia jne.
(2) Nopea taajuuksien tunnistus- ja signaalintunnistusteknologia tarvitsee lisätutkimuksia.
(3) Nopea ja tehokas ympäristökäsitys ja se, miten ympäristöhavaintoja voidaan hyödyntää tehokkaasti;
(4) Kytken palautus- ja huoltotekniikka, kun CR suorittaa dynaamisen taajuudensäädön;
(5) Cr-päätelaitteen suunnittelu on monimutkainen, ja se edellyttää laajakaistaista, erittäin herkkää radiotaajuuksen edustapäätä, nopeita ja tehokkaita digitaalisia signaalinkäsittelyalgoritmeja sekä vankkaa ja luotettavaa laitteisto- ja ohjelmistosuunnittelua, joka täyttää sotilaalliset standardit;
(6) Koneoppiminen ja se, miten tietokonekieltä voidaan hyödyntää paremmin, jotta cr-verkosta tulisi älykkäämpi ja sotilasviestinnän ominaisuuksien ja vaatimusten mukainen;
(7) Cr:n ja aktiivisten laitteiden yhteensopivuus. CR-terminaalien kustannukset ovat korkeat, ja jopa sotilaalliseen käyttöön on mahdotonta varustaa joukkoja suuressa mittakaavassa lyhyessä ajassa. Tämä edellyttää, että CR voi kattaa suurimman osan armeijamme aktiivisten viestintälaitteiden taajuuskaistoista, modulointimenetelmistä ja taajuushyppelymenetelmistä;
(8) Terminaalin miniatyyri ja pieni virrankulutus.
