Όπως όλοι γνωρίζουμε, το ραδιοφάσμα είναι ένας πολύτιμος φυσικός πόρος. Αν και το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα κάτω των 3000 GHz ονομάζεται θεωρητικά ραδιοφάσμα, λόγω τεχνικών περιορισμών, οι άνθρωποι προς το παρόν διαιρούν τη ζώνη συχνοτήτων χρήσης μόνο από 9 kHz σε 400 GHz. Στην πραγματικότητα, οι στρατιωτικές ζώνες συχνοτήτων συγκεντρώνονται κάτω από τα 40 GHz, ενώ οι μη στρατιωτικές ζώνες συχνοτήτων συγκεντρώνονται κυρίως κάτω από τα 3 GHz. Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας κινητών επικοινωνιών, νέες υπηρεσίες ασύρματης επικοινωνίας εμφανίζονται σε μια ατελείωτη ροή, ο αριθμός των χρηστών συνεχίζει να αυξάνεται και οι πόροι του φάσματος γίνονται όλο και πιο σπάνιοι. Προκειμένου να λυθεί αυτό το πρόβλημα, έχουν εφευρεθεί διαδοχικά μια ποικιλία προηγμένων τεχνικών διαμόρφωσης, τεχνικές κωδικοποίησης, τεχνικές πολλαπλών-αντενών, προσαρμογή συνδέσμων και άλλες νέες τεχνολογίες. Αυτές οι τεχνολογίες έχουν βελτιώσει τη χωρητικότητα του καναλιού από διαφορετικές οπτικές γωνίες και έχουν επιτύχει καλά αποτελέσματα. Ωστόσο, λόγω του ορίου Shannon, είναι αδύνατο να αυξηθεί η χωρητικότητα του καναλιού επ' αόριστον. Αν και το ραδιοφάσμα μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί, για ένα συγκεκριμένο σημείο συχνότητας ή ζώνη συχνοτήτων, περιορίζεται σε έναν συγκεκριμένο τομέα χρόνου και χώρου και δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί. Σε πλήρη αντίθεση με την έλλειψη πόρων φάσματος είναι το εξαιρετικά χαμηλό ποσοστό χρήσης του υπάρχοντος φάσματος.
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).
Εφαρμογή του Γνωστικού Ραδιοφώνου στη Στρατιωτική Επικοινωνία
3.1 Αυξήστε τη χωρητικότητα του συστήματος επικοινωνίας
Η έλλειψη ασύρματου φάσματος δεν είναι εμφανής μόνο στον πολιτικό τομέα, αλλά και στον στρατιωτικό τομέα. Ειδικά υπό τις συνθήκες του σύγχρονου πολέμου, μια ποικιλία ηλεκτρονικών συσκευών στήνονται εντατικά σε περιορισμένη περιοχή, γεγονός που θα κάνει τους πόρους του φάσματος εξαιρετικά περιορισμένους. Επιπλέον, με την αναβάθμιση του μη στρατιωτικού ραδιοεξοπλισμού και την απότομη αύξηση του αριθμού των χρηστών, αυξάνεται και η ζήτηση για φάσμα. Ορισμένοι οργανισμοί σε ορισμένες χώρες έχουν υποβάλει αίτηση για κατανομή μέρους του στρατιωτικού φάσματος για πολιτική χρήση. Αυτή η τάση αναμφίβολα θα επιδεινώσει περαιτέρω την έλλειψη στρατιωτικών πόρων ραδιοφάσματος. Το CR μπορεί να χρησιμοποιήσει δυναμικά πόρους φάσματος, κάτι που μπορεί θεωρητικά να βελτιώσει τη χρήση του φάσματος κατά δεκάδες φορές. Επομένως, ακόμη και αν υιοθετηθεί εν μέρει το CR, η χωρητικότητα ολόκληρου του συστήματος επικοινωνίας μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.
3.2 Βελτίωση της αποτελεσματικότητας διαχείρισης φάσματος
Η διαχείριση του φάσματος των πεδίων μάχης είναι ένα πολύ σημαντικό θέμα και ο στρατός όλων των χωρών αποδίδει μεγάλη σημασία στην έρευνα αυτού του ζητήματος. Ωστόσο, επί του παρόντος, η κατανομή φάσματος πεδίου μάχης πραγματοποιείται βασικά με τη μορφή κατανομής σταθερής συχνότητας. Από την πραγματική κατάσταση μάχης, αυτό το σχέδιο δεν είναι απολύτως επιτυχημένο. Από τη μία πλευρά, αυτό το σύστημα κατανομής όχι μόνο οδηγεί σε χαμηλή χρήση των πόρων του φάσματος, αλλά προκαλεί επίσης εύκολα ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές εντός του συστήματος ή μεταξύ φιλικών δυνάμεων. Από την άλλη πλευρά, αυτό το σχέδιο κατανομής απαιτεί πολύ χρόνο για τον σχεδιασμό του φάσματος πριν ξεκινήσει η μάχη. Επιπλέον, αφού καθοριστεί η συχνότητα επικοινωνίας, δεν μπορεί να αλλάξει ανεξάρτητα από το τι συμβαίνει στην κατάσταση μάχης. επειδή
Επομένως, στον σύγχρονο πόλεμο όπου η κατάσταση στο πεδίο της μάχης αλλάζει γρήγορα, το σύστημα κατανομής σταθερού φάσματος είναι εύκολο να καθυστερήσει τους μαχητές. Το CR μπορεί να ανιχνεύσει το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον του πεδίου μάχης στην περιοχή όπου βρίσκεται και να ανιχνεύσει αυτόματα τη διαθεσιμότητα του απαιτούμενου εύρους ζώνης και φάσματος. Επομένως, η κατανομή των πόρων του φάσματος μπορεί να ολοκληρωθεί γρήγορα με τη βοήθεια του CR και η συχνότητα επικοινωνίας μπορεί επίσης να ρυθμιστεί αυτόματα κατά τη διαδικασία επικοινωνίας. Όχι μόνο βελτιώνει την ταχύτητα της δικτύωσης, αλλά βελτιώνει και την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα ολόκληρου του συστήματος επικοινωνίας.
3.3 Βελτιώστε την ικανότητα παρεμβολών EOD παρεμβολών του συστήματος
Η ικανότητα κατά της εμπλοκής είναι ένας σημαντικός δείκτης για τη μέτρηση του εξοπλισμού επικοινωνίας υπό τις συνθήκες του σύγχρονου πολέμου και είναι επίσης μια σημαντική εγγύηση για τη νίκη στον πόλεμο. Οι παραδοσιακές τεχνολογίες κατά της εμπλοκής καναλιών-περιλαμβάνουν κυρίως φάσμα διασποράς, αναπήδηση συχνότητας, χρονική μετάβαση και σχετικές τεχνολογίες που προέρχονται από αυτά. Το CR όχι μόνο έχει την παραπάνω ικανότητα κατά των-παρεμβολών, αλλά και καταστέλλει τις παρεμβολές προσαρμόζοντας την κατεύθυνση της δέσμης λόγω της χρήσης τεχνολογίας ανίχνευσης θέσης, σε συνδυασμό με την τεχνολογία DBF. Το CR όχι μόνο βελτιώνει την ικανότητα κατά των-παρεμβολών, αλλά μπορεί επίσης να μειώσει την ισχύ μετάδοσης και να βελτιώσει την ικανότητα κατά-αναχαίτισης. Το γνωστικό ραδιόφωνο έχει προηγμένες δυνατότητες μηχανικής μάθησης, οι οποίες μπορούν να μαθαίνουν και να αναλύουν παρεμβολές, έτσι ώστε να μπορεί να επιλέξει κατάλληλες στρατηγικές κατά της εμπλοκής (επιλέξτε κατάλληλο κανάλι επικοινωνίας, μέθοδο διαμόρφωσης, ισχύ μετάδοσης, μοτίβο μετάβασης συχνότητας, κ.λπ.) αποφύγετε παρεμβολές. Επιπλέον, επειδή η ζώνη συχνοτήτων εργασίας του CR είναι πολύ ευρεία, αυξάνει επίσης τη δυσκολία παρεμβολής.
3.4 Παρέχετε ηλεκτρονικά αντίμετρα παρεμβολής σήματος ραδιοσυχνοτήτων
Η παραδοσιακή μέθοδος ηλεκτρονικών αντιμέτρων είναι πρώτα να ανιχνεύεται το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον του πεδίου μάχης μέσω ραδιοανίχνευσης πεδίου μάχης και στη συνέχεια να κοινοποιείται η ανιχνευόμενη κατάσταση στη δύναμη ηλεκτρονικών αντιμέτρων μέσω του δικτύου επικοινωνίας μάχης και τα στρατεύματα που είναι υπεύθυνα για την αποστολή ηλεκτρονικών αντιμέτρων θα πραγματοποιήσουν παρέμβαση. Αυτή η μέθοδος όχι μόνο απαιτεί πολύ ανθρώπινο δυναμικό και υλικούς πόρους, αλλά απαιτεί επίσης στενή συνεργασία με τα στρατεύματα που είναι υπεύθυνα για την αναγνώριση ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος και τα ηλεκτρονικά αντίμετρα. Ως εκ τούτου, η περίοδος από την αναγνώριση έως την εφαρμογή της παρέμβασης είναι μεγάλη, γεγονός που είναι εύκολο να καθυστερήσει τους μαχητές. Το CR μπορεί γρήγορα και με ακρίβεια να αναγνωρίσει φίλο ή εχθρό ανιχνεύοντας τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος του πεδίου μάχης. Μπορεί γρήγορα να απελευθερώσει ή να αποφύγει παρεμβολές κατά τη διεξαγωγή αναγνώρισης ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία δεν είναι διαθέσιμη στο παραδοσιακό ραδιόφωνο.
3.5 Βελτίωση της διασυνδεσιμότητας του συστήματος
Επί του παρόντος, διάφοροι κλάδοι του στρατού μας είναι εξοπλισμένοι με μεγάλο αριθμό ραδιοφωνικών σταθμών διαφορετικών μοντέλων. Αυτοί οι ραδιοφωνικοί σταθμοί έχουν διαφορετικές συχνότητες λειτουργίας, ισχύ μετάδοσης, μεθόδους διαμόρφωσης κ.λπ., και δεν μπορούν να επιτύχουν διασύνδεση και διαλειτουργικότητα, γεγονός που έχει καταστεί σημαντικός παράγοντας που περιορίζει τις κοινές επιχειρήσεις των τριών ενόπλων δυνάμεων. Το πρόγραμμα παρεμβολής κρυπτογράφησης κινητού τηλεφώνου μπορεί να καλύψει μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων και να χρησιμοποιήσει λογισμικό για να πραγματοποιήσει την επεξεργασία της ζώνης βάσης του σήματος, τη διαμόρφωση IF και τη δημιουργία της κυματομορφής σήματος RF. Με τη φόρτωση διαφορετικού λογισμικού ανεξάρτητα, ένας CR μπορεί να επικοινωνεί με ραδιοφωνικούς σταθμούς βραχέων κυμάτων, ραδιοφωνικούς σταθμούς υπερ-μικρών κυμάτων, ακόμη και με δορυφόρους. Είναι ακριβώς επειδή το CR μπορεί αυτόνομα να μάθει πρωτόκολλα και υπηρεσίες επικοινωνίας δικτύου,
Βελτίωση της διαλειτουργικότητας και της διασυνδεσιμότητας του συστήματος.
Εκτός από τις παραπάνω λειτουργίες και πλεονεκτήματα, το CR παρέχει επίσης λειτουργίες εντοπισμού θέσης και αντίληψης περιβάλλοντος, οι οποίες έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι λιγότερο επιρρεπείς σε παρεμβολές πολιτικού ραδιοφώνου και ταχύτερη δικτύωση, που είναι αναντικατάστατα πλεονεκτήματα του παραδοσιακού ραδιοφώνου.
4 Ευκαιρίες και προκλήσεις για το στρατιωτικό γνωστικό ραδιόφωνο
Το CR θεωρείται η κατεύθυνση της επόμενης γενιάς ανάπτυξης επικοινωνίας. Δεδομένου ότι η τεχνολογία CR μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αποδοτικότητα χρήσης του ασύρματου φάσματος, έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή στη βιομηχανία και έχει αναπτυχθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο, η CR εξακολουθεί να αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις από εργαστηριακή έως πρακτική και στρατιωτική χρήση:
(1) Το μεγαλύτερο μέρος της τρέχουσας έρευνας παραμένει στο φυσικό επίπεδο και υπάρχουν λίγες έρευνες για τη δικτύωση CR, την τοπολογία δικτύου, τα πρωτόκολλα δικτύου κ.λπ.
(2) Η τεχνολογία ταχείας ανίχνευσης φάσματος και αναγνώρισης σήματος χρειάζεται περαιτέρω έρευνα.
(3) Γρήγορη και αποτελεσματική περιβαλλοντική αντίληψη και τρόπος αποτελεσματικής χρήσης των πληροφοριών περιβαλλοντικής αντίληψης.
(4) Σύνδεση τεχνολογίας επανεγκατάστασης και συντήρησης όταν το CR εκτελεί δυναμική ρύθμιση συχνότητας.
(5) Ο σχεδιασμός του τερματικού CR είναι περίπλοκος, απαιτεί ευρεία-ζώνη, υψηλής-μπροστινής πλευράς-ραδιοσυχνοτήτων υψηλής ευαισθησίας, γρήγορους και αποτελεσματικούς αλγόριθμους επεξεργασίας ψηφιακού σήματος, καθώς και ισχυρούς και αξιόπιστη σχεδίαση υλικού και λογισμικού που πληροί τα στρατιωτικά πρότυπα.
(6) Μηχανική εκμάθηση και πώς να γίνει καλύτερη χρήση της γλώσσας του υπολογιστή για να γίνει το δίκτυο CR πιο έξυπνο και πιο ευθυγραμμισμένο με τα χαρακτηριστικά και τις απαιτήσεις των στρατιωτικών επικοινωνιών.
(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) Μικροποίηση και σχεδιασμός χαμηλής κατανάλωσης ισχύος του τερματικού.
