Com tots sabem, l'espectre radioelèctric és un recurs natural valuós. Encara que l'espectre electromagnètic per sota de 3000GHz s'anomena teòricament espectre de ràdio, a causa de limitacions tècniques, els éssers humans actualment només divideixen la banda de freqüència d'ús de 9kHz a 400GHz. De fet, les bandes de freqüència militar es concentren per sota dels 40 GHz, mentre que les bandes de freqüència civils es concentren principalment per sota dels 3 GHz. Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia de comunicació mòbil, els nous serveis de comunicació sense fils emergeixen en un flux interminable, el nombre d'usuaris continua augmentant i els recursos d'espectre es tornen cada vegada més escassos. Per solucionar aquest problema, s'han inventat successivament una varietat de tècniques avançades de modulació, tècniques de codificació, tècniques multientena, adaptació a enllaços i altres noves tecnologies. Aquestes tecnologies han millorat la capacitat del canal des de diferents angles i han aconseguit bons resultats. No obstant això, a causa del límit de Shannon, és impossible augmentar la capacitat del canal indefinidament. Encara que l'espectre de ràdio es pot reutilitzar, per a un cert punt de freqüència o banda de freqüència, està limitat en un cert domini temporal i domini espacial, i no es pot reutilitzar. En marcat contrast amb l'escassetat de recursos d'espectre és la taxa d'utilització extremadament baixa de l'espectre existent.
La figura 1 mostra la utilització de l'espectre de 0-6 GHz provada per la Universitat de Califòrnia, Berkeley. Els resultats reals de mesurament mostren que en la banda de freqüència amb llicència global, fins i tot en la banda de freqüència de 300 MHz a 3GHz amb bones característiques de propagació del senyal i una demanda molt ajustada, la taxa d'utilització de l'espectre és inferior al 6%; en la banda de freqüència de 3-4 GHz, la taxa d'utilització de l'espectre es redueix al 0,5%; Per sobre de 4GHz, la utilització de freqüència és menor. Per tant, la manera de compartir eficaçment els recursos de l'espectre i millorar completament la utilització de l'espectre s'ha convertit en un problema urgent a resoldre. En aquest context, la tecnologia de ràdio cognitiva (CR, Ràdio Cognitiva) proposa una nova solució: millorar l'eficiència d'utilització de l'espectre sense fils a través de l'intercanvi d'espectre dinàmic (DSS, l'intercanvi d'espectre dinàmic).
Aplicació de la ràdio cognitiva en la comunicació militar
3.1 Augmentar la capacitat del sistema de comunicació
L'escassetat d'espectre sense fils no només és prominent en el camp civil, sinó també en el camp militar. Especialment sota les condicions de la guerra moderna, una varietat de dispositius electrònics s'instal·len intensament en una àrea limitada, el que farà que els recursos de l'espectre extremadament estrets. A més, amb l'actualització dels equips de ràdio civils i el fort augment del nombre d'usuaris, la demanda d'espectre també està augmentant. Algunes organitzacions d'alguns països han sol·licitat assignar part de l'espectre militar a l'ús civil. Aquesta tendència, sens dubte, agreujarà encara més l'escassetat de recursos militars de l'espectre radioelèctric. CR pot utilitzar dinàmicament recursos d'espectre, que teòricament poden millorar la utilització de l'espectre per dotzenes de vegades. Per tant, fins i tot si el CR s'adopta parcialment, es pot millorar considerablement la capacitat de tot el sistema de comunicació.
3.2 Millorar l'eficiència en la gestió de l'espectre
La gestió de l'espectre del camp de batalla és un tema molt important, i l'exèrcit de tots els països concedeix una gran importància a la investigació d'aquest tema. No obstant això, en l'actualitat, l'assignació de l'espectre del camp de batalla es porta a terme bàsicament en forma d'assignació de freqüència fixa. A partir de la situació real de combat, aquest pla no té èxit del tot. D'una banda, aquest esquema d'assignació no només condueix a una baixa utilització dels recursos de l'espectre, sinó que també causa fàcilment interferències electromagnètiques dins del sistema o entre forces amigues; d'altra banda, aquest esquema d'assignació requereix molt de temps per a la planificació de l'espectre abans que comenci la batalla; A més, una vegada que es determina la freqüència de comunicació, no es pot canviar independentment del que passi en l'estat de combat. perquè
Per tant, en la guerra moderna on la situació del camp de batalla està canviant ràpidament, l'esquema d'assignació d'espectre fix és fàcil de retardar els caces. CR pot detectar l'entorn electromagnètic del camp de batalla a la zona on es troba, i detectar automàticament la disponibilitat de l'ample de banda i l'espectre requerits. Per tant, l'assignació de recursos d'espectre es pot completar ràpidament amb l'ajuda de CR, i la freqüència de comunicació també es pot ajustar automàticament durant el procés de comunicació. No només millora la velocitat de les xarxes, sinó que també millora la compatibilitat electromagnètica de tot el sistema de comunicació.
3.3 Millorar la capacitat anti-interferència EOD jammer del sistema
La capacitat anti-embussos és un indicador important per mesurar els equips de comunicació sota les condicions de la guerra moderna, i també és una garantia important per guanyar la guerra. Les tecnologies tradicionals anti-jamming de canals inclouen principalment l'espectre d'expansió, el salt de freqüència, el salt de temps i les tecnologies relacionades que se'n deriven. CR no només té la capacitat anti-interferència anterior, sinó que també suprimeix la interferència ajustant la direcció del feix a causa del seu ús de la tecnologia de detecció de posició, combinada amb la tecnologia DBF. CR no només millora la capacitat anti-interferència, sinó que també pot reduir la potència de transmissió i millorar la capacitat anti-intercepció. La ràdio cognitiva té capacitats avançades d'aprenentatge automàtic, que poden aprendre i analitzar interferències, de manera que pot triar estratègies anti-interferències adequades (triar el canal de comunicació adequat, mètode de modulació, transmetre potència, patró de salt de freqüència, etc.) per evitar activament interferències. A més, com que la banda de freqüència de treball de CR és molt àmplia, també augmenta la dificultat d'interferència.
3.4 Proporcionar contramesures electròniques de senyal de RF jammer
El mètode tradicional de contramesures electròniques és detectar primer l'entorn electromagnètic del camp de batalla a través de la detecció de ràdio del camp de batalla, i després comunicar la situació detectada a la força de contramesures electròniques a través de la xarxa de comunicació de batalla, i les tropes responsables de la tasca de contramesures electròniques realitzaran interferències. Aquest mètode no només requereix una gran quantitat de mà d'obra i recursos materials, sinó que també requereix una estreta cooperació amb les tropes responsables del reconeixement de l'entorn electromagnètic i les contramesures electròniques. Per tant, el període des del reconeixement fins a la implementació de la interferència és llarg, cosa que és fàcil de retardar els caces. CR pot identificar ràpidament i amb precisió a l'amic o enemic mitjançant la detecció de les característiques de l'espectre electromagnètic del camp de batalla. Pot alliberar ràpidament o evitar interferències mentre es porta a terme el reconeixement de l'espectre electromagnètic, que no està disponible a la ràdio tradicional.
3.5 Millorar la interconnectivitat del sistema
En l'actualitat, diverses branques del nostre exèrcit estan equipades amb un gran nombre d'estacions de ràdio de diferents models. Aquestes emissores de ràdio tenen diferents freqüències de treball, transmeten potència, mètodes de modulació, etc., i no poden aconseguir la interconnexió i la interoperabilitat, la qual cosa s'ha convertit en un factor important que restringeix les operacions conjuntes de les tres forces armades. El scrambler de telèfon mòbil jammer pot cobrir una àmplia banda de freqüència, i utilitzar programari per realitzar el processament de banda base del senyal, la modulació IF i la generació de la forma d'ona del senyal RF. Mitjançant la càrrega independent de diferents programes, un CR pot comunicar-se amb estacions de ràdio d'ona curta, estacions de ràdio d'ona ultra curta i fins i tot satèl·lits. És precisament perquè CR pot aprendre de forma autònoma protocols i serveis de comunicació en xarxa,
Millorar la interoperabilitat i la interconnectivitat del sistema.
A més de les funcions i avantatges anteriors, CR també proporciona funcions de posicionament i percepció de l'entorn, que tenen els avantatges de ser menys susceptibles a interferències de ràdio civil i xarxes més ràpides, que són avantatges insubstituïbles de la ràdio tradicional.
4 Oportunitats i reptes per a la ràdio cognitiva militar
CR es considera la direcció de la propera generació de desenvolupament de la comunicació. Atès que la tecnologia CR pot millorar significativament l'eficiència d'utilització de l'espectre sense fils, ha atret una gran atenció en la indústria i s'ha desenvolupat ràpidament en els últims anys. No obstant això, el CR encara s'enfronta a molts reptes des del laboratori fins a l'ús pràctic i militar:
(1) La major part de la recerca actual es queda a la capa física, i hi ha poques investigacions sobre xarxes CR, topologia de xarxa, protocols de xarxa, etc.;
(2) La tecnologia de detecció i identificació de senyals d'espectre ràpid necessita més investigació;
(3) Percepció ambiental ràpida i eficaç i com utilitzar eficaçment la informació de percepció ambiental;
(4) Tecnologia de restabliment i manteniment d'enllaços quan CR realitza un ajust dinàmic de freqüència;
(5) El disseny del terminal CR és complex, que requereix una banda ampla, d'alta sensibilitat, algorismes de processament de senyal digital ràpid i eficient, i un disseny de maquinari i programari robust i fiable que compleixi els estàndards militars;
(6) Aprenentatge automàtic i com fer un millor ús del llenguatge informàtic per fer que la xarxa CR sigui més intel·ligent i més d'acord amb les característiques i requisits de les comunicacions militars;
(7) Compatibilitat entre CR i equips actius. El cost de les terminals de CR és elevat, i fins i tot per a ús militar, és impossible equipar tropes a gran escala en un curt període de temps. Això requereix que CR pugui cobrir la majoria de les bandes de freqüència, mètodes de modulació i mètodes de salt de freqüència dels equips de comunicació actius dels nostres militars;
(8) Miniaturització i disseny de baix consum d'energia del terminal.
