Как мы все знаем, радиочастотный спектр является ценным природным ресурсом. Хотя электромагнитный спектр ниже 3000 ГГц теоретически называется радиоспектром, из-за технических ограничений люди в настоящее время делят используемый диапазон частот только от 9 кГц до 400 ГГц. На самом деле полосы военных частот сосредоточены ниже 40 ГГц, тогда как полосы гражданских частот в основном сосредоточены ниже 3 ГГц. С быстрым развитием технологий мобильной связи бесконечным потоком появляются новые услуги беспроводной связи, количество пользователей продолжает расти, а ресурсы спектра становятся все более дефицитными. Чтобы решить эту проблему, были последовательно изобретены различные передовые методы модуляции, методы кодирования, методы с несколькими-антеннами, адаптация канала и другие новые технологии. Эти технологии улучшили пропускную способность канала с разных сторон и дали хорошие результаты. Однако из-за предела Шеннона невозможно бесконечно увеличивать пропускную способность канала. Хотя радиоспектр можно использовать повторно, для определенной точки частоты или полосы частот он ограничен определенной временной и пространственной областью и не может быть повторно использован. Резким контрастом с нехваткой ресурсов спектра является чрезвычайно низкий коэффициент использования существующего спектра.
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).
Применение когнитивного радио в военной связи
3.1 Увеличение пропускной способности системы связи
Нехватка беспроводного спектра заметна не только в гражданской, но и в военной сфере. Особенно в условиях современной войны на ограниченной территории интенсивно расставляются разнообразные электронные устройства, что сделает спектральные ресурсы крайне ограниченными. Более того, с модернизацией гражданского радиооборудования и резким увеличением числа пользователей возрастает и потребность в спектре. Некоторые организации в некоторых странах подали заявку на выделение части военного спектра для использования в гражданских целях. Эта тенденция, несомненно, еще больше усугубит нехватку военных радиочастотных ресурсов. CR может динамически использовать ресурсы спектра, что теоретически может улучшить использование спектра в десятки раз. Следовательно, даже при частичном внедрении CR пропускная способность всей системы связи может быть значительно улучшена.
3.2 Повышение эффективности управления использованием спектра
Управление спектром на поле боя является очень важной темой, и военные всех стран придают большое значение исследованию этого вопроса. Однако в настоящее время выделение спектра поля боя в основном осуществляется в виде выделения фиксированных частот. Судя по реальной боевой обстановке, этот план не вполне удался. С одной стороны, такая схема распределения не только приводит к низкому использованию ресурсов спектра, но и легко вызывает электромагнитные помехи внутри системы или между дружественными силами; с другой стороны, эта схема распределения требует много времени на планирование спектра до начала битвы; Кроме того, однажды определенная частота связи не может быть изменена, что бы ни происходило в боевом состоянии. потому что
Поэтому в современных боевых действиях, где обстановка на поле боя быстро меняется, схема выделения фиксированного спектра легко задерживает бойцов. КР может ощущать электромагнитную обстановку поля боя в том районе, где он находится, и автоматически определять наличие необходимой полосы пропускания и спектра. Таким образом, выделение ресурсов спектра может быть выполнено быстро с помощью CR, а частота связи также может автоматически регулироваться в процессе связи. Это не только повышает скорость работы в сети, но и улучшает электромагнитную совместимость всей системы связи.
3.3 Улучшить помехозащищенность системы от -помех EOD
Противо-помеховая способность является важным показателем для измерения средств связи в условиях современной войны, а также важной гарантией победы в войне. Традиционные технологии противодействия -помехам в канале в основном включают расширенный спектр, скачкообразную перестройку частоты, скачкообразную перестройку во времени и родственные технологии, производные от них. CR не только обладает вышеуказанной способностью противодействия помехам, но также подавляет помехи, регулируя направление луча благодаря использованию технологии определения положения в сочетании с технологией DBF. CR не только улучшает способность к-защите от помех, но также может снизить мощность передачи и улучшить способность к-защите от перехвата. Когнитивное радио имеет расширенные возможности машинного обучения, которые могут изучать и анализировать помехи, чтобы выбирать подходящие стратегии защиты от-помех (выбор подходящего канала связи, метода модуляции, мощности передачи, шаблона скачкообразной перестройки частоты и т. д.) для активного избегать помех. Кроме того, поскольку рабочая полоса частот CR очень широка, это также увеличивает сложность помех.
3.4 Обеспечьте электронные средства противодействия глушилке радиочастотного сигнала
Традиционный метод радиоэлектронного противодействия заключается в том, чтобы сначала обнаружить электромагнитную обстановку на поле боя с помощью радиообнаружения на поле боя, а затем сообщить об обнаруженной ситуации силам радиоэлектронного противодействия через сеть боевой связи, и войска, ответственные за задачу радиоэлектронного противодействия, будут выполнять вмешательство. Этот метод требует не только больших людских и материальных ресурсов, но и тесного взаимодействия с войсками, отвечающими за разведку электромагнитной обстановки и радиоэлектронное противодействие. Поэтому период от разведки до постановки помех длительный, что легко задерживает истребители. CR может быстро и точно идентифицировать своего или чужого, улавливая характеристики электромагнитного спектра поля боя. Он может быстро выпускать или избегать помех при проведении разведки в электромагнитном спектре, что недоступно в традиционной радиосвязи.
3.5 Улучшить взаимосвязь системы
В настоящее время различные рода войск нашей армии оснащены большим количеством радиостанций разных моделей. Эти радиостанции имеют разные рабочие частоты, мощность передачи, методы модуляции и т. д. и не могут обеспечить взаимосвязь и интероперабельность, что стало важным фактором, ограничивающим совместные действия трех вооруженных сил. глушитель скремблера сотового телефона может охватывать широкий диапазон частот и использовать программное обеспечение для реализации обработки основной полосы сигнала, модуляции ПЧ и генерации формы волны радиочастотного сигнала. Независимо загружая различное программное обеспечение, CR может связываться как с коротковолновыми радиостанциями, так и с ультракоротковолновыми радиостанциями и даже со спутниками. Именно потому, что CR может автономно изучать сетевые коммуникационные протоколы и службы,
Улучшить совместимость и взаимосвязь системы.
В дополнение к вышеупомянутым функциям и преимуществам, CR также предоставляет функции позиционирования и восприятия окружающей среды, преимущества которых заключаются в меньшей восприимчивости к гражданским радиопомехам и более быстром подключении к сети, которые являются незаменимыми преимуществами традиционной радиосвязи.
4 Возможности и проблемы военного когнитивного радио
CR считается направлением развития коммуникаций следующего поколения. Поскольку технология CR может значительно повысить эффективность использования беспроводного спектра, она привлекла большое внимание в отрасли и быстро развивалась в последние годы. Тем не менее, CR по-прежнему сталкивается со многими проблемами, от лабораторных до практических и военных:
(1) Большая часть текущих исследований остается на физическом уровне, и есть несколько исследований по сетям CR, сетевой топологии, сетевым протоколам и т. д.;
(2) Технология быстрого определения спектра и идентификации сигналов нуждается в дальнейшем изучении;
(3) Быстрое и эффективное восприятие окружающей среды и способы эффективного использования информации об окружающей среде;
(4) технология пере-установки и обслуживания канала, когда CR выполняет динамическую регулировку частоты;
(5) Терминал CR имеет сложную конструкцию, требующую широкополосного-высокочувствительного -радиочастотного интерфейса-, быстрых и эффективных алгоритмов цифровой обработки сигналов, а также надежного и надежный аппаратно-программный комплекс, соответствующий военным стандартам;
(6) Машинное обучение и способы более эффективного использования компьютерного языка, чтобы сделать сеть CR более интеллектуальной и более соответствующей характеристикам и требованиям военной связи;
(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) Миниатюризация и низкое энергопотребление терминала.
