Kao što svi znamo, radio spektar je vrijedan prirodni resurs. Iako se elektromagnetski spektar ispod 3000GHz teoretski naziva radio spektrom, zbog tehničkih ograničenja, ljudi trenutno dijele samo frekvencijski opseg od 9kHz do 400GHz. U stvari, vojni frekventni opsezi su koncentrisani ispod 40GHz, dok su civilni frekvencijski opsezi uglavnom koncentrisani ispod 3GHz. Sa brzim razvojem tehnologije mobilne komunikacije, nove bežične komunikacione usluge se pojavljuju u beskrajnom toku, broj korisnika nastavlja da raste, a resursi spektra postaju sve oskudniji. Kako bi se riješio ovaj problem, niz naprednih tehnika modulacije, tehnika kodiranja, tehnika sa više- antena, prilagođavanja veze i druge nove tehnologije su sukcesivno izmišljene. Ove tehnologije su poboljšale kapacitet kanala iz različitih uglova i postigle dobre rezultate. Međutim, zbog Šenonove granice, nemoguće je neograničeno povećavati kapacitet kanala. Iako se radio spektar može ponovo koristiti, za određenu frekvencijsku tačku ili frekvencijski opseg, on je ograničen u određenom vremenskom i prostornom domenu i ne može se ponovo koristiti. U potpunoj suprotnosti sa nedostatkom resursa spektra je izuzetno niska stopa iskorištenosti postojećeg spektra.
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).
Primjena kognitivnog radija u vojnoj komunikaciji
3.1 Povećati kapacitet komunikacionog sistema
Nedostatak bežičnog spektra nije izražen samo na civilnom, već i na vojnom polju. Naročito u uslovima savremenog ratovanja, na ograničenom prostoru se intenzivno postavljaju različiti elektronski uređaji, što će resurse spektra učiniti izuzetno tesnim. Štaviše, sa nadogradnjom civilne radio opreme i naglim povećanjem broja korisnika, raste i potražnja za spektrom. Neke organizacije u nekim zemljama podnijele su zahtjev za dodjelu dijela vojnog spektra za civilnu upotrebu. Ovaj trend će nesumnjivo dodatno pogoršati nedostatak resursa vojnog radio spektra. CR može dinamički koristiti resurse spektra, što teoretski može poboljšati korištenje spektra desetinama puta. Stoga, čak i ako se CR djelimično usvoji, kapacitet cjelokupnog komunikacijskog sistema može se značajno poboljšati.
3.2 Poboljšati efikasnost upravljanja spektrom
Upravljanje spektrom bojišta je veoma važna tema, a vojska svih zemalja pridaje veliki značaj istraživanju ovog pitanja. Međutim, trenutno se dodjela spektra na bojnom polju u osnovi provodi u obliku dodjele fiksnih frekvencija. Iz stvarne borbene situacije ovaj plan nije u potpunosti uspješan. S jedne strane, ova šema alokacije ne samo da dovodi do niskog iskorišćenja resursa spektra, već i lako izaziva elektromagnetne smetnje unutar sistema ili između prijateljskih snaga; s druge strane, ova šema alokacije zahtijeva puno vremena za planiranje spektra prije nego što bitka počne; Osim toga, kada se jednom odredi frekvencija komunikacije, ona se ne može promijeniti bez obzira na to što se dešava u borbenom stanju. jer
Stoga, u modernom ratovanju gdje se situacija na bojnom polju brzo mijenja, fiksna shema dodjele spektra lako može odgoditi borce. CR može osjetiti elektromagnetno okruženje bojnog polja u području gdje se nalazi i automatski otkriti dostupnost potrebnog propusnog opsega i spektra. Stoga se alokacija spektralnih resursa može brzo završiti uz pomoć CR-a, a frekvencija komunikacije se također može automatski prilagoditi tokom procesa komunikacije. Ne samo da poboljšava brzinu umrežavanja, već i poboljšava elektromagnetnu kompatibilnost cjelokupnog komunikacijskog sistema.
3.3 Poboljšati sposobnost sistema protiv -smetanja EOD ometanja
Sposobnost protiv{0}}ometanja je važan pokazatelj za mjerenje komunikacione opreme u uslovima savremenog ratovanja, a takođe je i važna garancija za pobjedu u ratu. Tradicionalne tehnologije za sprečavanje -ometanja kanala uglavnom uključuju prošireni spektar, skakanje frekvencije, vremensko skakanje i srodne tehnologije izvedene iz njih. CR ne samo da ima gorenavedenu sposobnost protiv -smetanja, već i potiskuje smetnje prilagođavanjem smjera zraka zbog upotrebe tehnologije senzora položaja, u kombinaciji sa DBF tehnologijom. CR ne samo da poboljšava sposobnost protiv -smetanja, već može i smanjiti snagu odašiljanja i poboljšati sposobnost protiv -presretanja. Kognitivni radio ima napredne mogućnosti mašinskog učenja, koje mogu naučiti i analizirati smetnje, tako da mogu odabrati odgovarajuće strategije protiv -ometanja (odabrati odgovarajući komunikacioni kanal, metod modulacije, snagu odašiljanja, obrazac skakanja frekvencije, itd.) da aktivno izbegavajte smetnje. Osim toga, budući da je radni frekvencijski opseg CR-a vrlo širok, to također povećava poteškoće smetnji.
3.4 Obezbedite elektronske protivmere za ometanje RF signala
Tradicionalna metoda elektronskih protumjera je da se prvo detektuje elektromagnetno okruženje bojnog polja putem radio detekcije na bojnom polju, a zatim se detektovana situacija saopštava snagama za elektronske protivmere putem borbene komunikacijske mreže, a trupe odgovorne za zadatak elektronskih protivmera će izvršiti smetnje. Ovaj metod ne samo da zahteva mnogo ljudstva i materijalnih resursa, već zahteva i blisku saradnju sa trupama odgovornim za izviđanje elektromagnetnog okruženja i elektronske protivmere. Stoga je period od izviđanja do sprovođenja ometanja dug, što je lako odgoditi borce. CR može brzo i precizno identificirati prijatelja ili neprijatelja tako što će osjetiti karakteristike elektromagnetnog spektra bojnog polja. Može brzo otpustiti ili izbjeći smetnje dok provodi izviđanje elektromagnetnog spektra, što nije dostupno u tradicionalnom radiju.
3.5 Poboljšati međusobnu povezanost sistema
Trenutno su različiti rodovi naše vojske opremljeni velikim brojem radio stanica različitih modela. Ove radio stanice imaju različite radne frekvencije, snagu odašiljanja, metode modulacije itd. i ne mogu ostvariti međusobnu povezanost i interoperabilnost, što je postalo važan faktor koji ograničava zajedničko djelovanje triju oružanih snaga. scrambler za mobilne telefone može pokriti široki frekvencijski opseg i koristiti softver za realizaciju obrade signala u osnovnom opsegu, IF modulacije i generiranja talasnog oblika RF signala. Samostalnim učitavanjem različitog softvera, CR može komunicirati i sa kratkotalasnim radio stanicama, ultra-radio stanicama na kratkim talasima, pa čak i sa satelitima. Upravo zato što CR može autonomno naučiti mrežne komunikacijske protokole i usluge,
Poboljšati interoperabilnost i međusobnu povezanost sistema.
Pored gore navedenih funkcija i prednosti, CR također pruža funkcije pozicioniranja i percepcije okoline, koje imaju prednosti što su manje podložne civilnim radio smetnjama i brže umrežavanje, što su nezamjenjive prednosti tradicionalnog radija.
4 Mogućnosti i izazovi za vojni kognitivni radio
CR se smatra pravcem razvoja komunikacije sljedeće generacije. Budući da CR tehnologija može značajno poboljšati efikasnost korištenja bežičnog spektra, privukla je veliku pažnju u industriji i brzo se razvila posljednjih godina. Međutim, CR se još uvijek suočava s mnogim izazovima od laboratorijske do praktične i vojne upotrebe:
(1) Većina trenutnih istraživanja ostaje na fizičkom sloju, a malo je istraživanja o CR umrežavanju, topologiji mreže, mrežnim protokolima, itd.;
(2) Tehnologija brzog spektra i identifikacije signala zahtijeva dalje istraživanje;
(3) Brza i efikasna percepcija životne sredine i kako efikasno iskoristiti informacije o percepciji životne sredine;
(4) Tehnologija ponovnog -uspostavljanja i održavanja veze kada CR vrši dinamičko podešavanje frekvencije;
(5) Dizajn CR terminala je složen, zahtijeva -širokopojasni, visoko-osetljiv RF front-, brze i efikasne algoritme za digitalnu obradu signala, te robustan i pouzdan dizajn hardvera i softvera koji zadovoljava vojne standarde;
(6) Mašinsko učenje i kako bolje koristiti kompjuterski jezik kako bi CR mreža postala inteligentnija i usklađenija sa karakteristikama i zahtjevima vojne komunikacije;
(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) Minijaturizacija i dizajn terminala niske potrošnje energije.
