כפי שכולנו יודעים, ספקטרום הרדיו הוא משאב טבעי רב ערך. למרות שהספקטרום האלקטרומגנטי מתחת ל-3000GHz נקרא באופן תיאורטי ספקטרום הרדיו, בשל מגבלות טכניות, בני אדם מחלקים כיום רק את רצועת תדר השימוש מ-9kHz ל-400GHz. למעשה, פסי התדרים הצבאיים מרוכזים מתחת ל-40GHz, בעוד שפסי התדרים האזרחיים מרוכזים בעיקר מתחת ל-3GHz. עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית התקשורת הסלולרית, שירותי תקשורת אלחוטית חדשים צצים בזרם אינסופי, מספר המשתמשים ממשיך לעלות, ומשאבי הספקטרום הופכים מועטים יותר ויותר. על מנת לפתור בעיה זו, הומצאו ברציפות מגוון טכניקות אפנון מתקדמות, טכניקות קידוד, טכניקות ריבוי-אנטנות, התאמת קישורים וטכנולוגיות חדשות אחרות. טכנולוגיות אלו שיפרו את קיבולת הערוץ מזוויות שונות והשיגו תוצאות טובות. עם זאת, בשל מגבלת שאנון, אי אפשר להגדיל את קיבולת הערוץ ללא הגבלת זמן. למרות שניתן לעשות שימוש חוזר בספקטרום הרדיו, עבור נקודת תדר או פס תדרים מסוימים, הוא מוגבל בתחום זמן מסוים ותחום חלל, ולא ניתן לעשות בו שימוש חוזר. בניגוד מוחלט למחסור במשאבי ספקטרום עומד שיעור הניצול הנמוך ביותר של הספקטרום הקיים.
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).
יישום של רדיו קוגניטיבי בתקשורת צבאית
3.1 הגדל את הקיבולת של מערכת התקשורת
המחסור בספקטרום אלחוטי בולט לא רק בתחום האזרחי, אלא גם בתחום הצבאי. במיוחד בתנאי הלוחמה המודרנית, מגוון מכשירים אלקטרוניים מוצבים באינטנסיביות בשטח מצומצם, מה שיהפוך את משאבי הספקטרום לדוחקים ביותר. זאת ועוד, עם שדרוג ציוד הרדיו האזרחי והעלייה החדה במספר המשתמשים, עולה גם הדרישה לספקטרום. כמה ארגונים במדינות מסוימות ביקשו להקצות חלק מהספקטרום הצבאי לשימוש אזרחי. מגמה זו ללא ספק תחמיר עוד יותר את המחסור במשאבי ספקטרום רדיו צבאיים. CR יכול לנצל באופן דינמי משאבי ספקטרום, מה שיכול תיאורטית לשפר את ניצול הספקטרום בעשרות מונים. לכן, גם אם CR מאומץ חלקית, ניתן לשפר מאוד את הקיבולת של מערכת התקשורת כולה.
3.2 שפר את יעילות ניהול הספקטרום
ניהול ספקטרום בשדה הקרב הוא נושא חשוב מאוד, והצבא של כל המדינות מייחס חשיבות רבה למחקר בנושא זה. עם זאת, כיום, הקצאת הספקטרום בשדה הקרב מתבצעת בעצם בצורה של הקצאת תדרים קבועים. ממצב הלחימה בפועל, תוכנית זו אינה מוצלחת לחלוטין. מצד אחד, תכנית ההקצאה הזו לא רק מובילה לניצול נמוך של משאבי הספקטרום, אלא גם גורמת בקלות להפרעות אלקטרומגנטיות בתוך המערכת או בין כוחות ידידותיים; מצד שני, תכנית ההקצאה הזו דורשת זמן רב לתכנון הספקטרום לפני תחילת הקרב; בנוסף, לאחר קביעת תדר התקשורת, לא ניתן לשנותו לא משנה מה קורה במצב הלחימה. כי
לכן, בלוחמה המודרנית שבה מצב שדה הקרב משתנה במהירות, קל לעכב את תכנית הקצאת הספקטרום הקבועה ללוחמים. CR יכול לחוש את הסביבה האלקטרומגנטית של שדה הקרב באזור בו הוא נמצא, ולזהות אוטומטית את זמינות רוחב הפס והספקטרום הנדרשים. לכן, הקצאת משאבי הספקטרום יכולה להסתיים במהירות בעזרת CR, וגם את תדר התקשורת ניתן להתאמה אוטומטית במהלך תהליך התקשורת. זה לא רק משפר את מהירות הרשת, אלא גם משפר את התאימות האלקטרומגנטית של מערכת התקשורת כולה.
3.3 שפר את יכולת האנטי--הפרעות EOD של המערכת
יכולת נגד-שיבוש היא אינדיקטור חשוב למדידת ציוד תקשורת בתנאי הלוחמה המודרנית, והיא גם ערובה חשובה לניצחון במלחמה. הטכנולוגיות המסורתיות נגד-שיבוש ערוצים כוללות בעיקר ספקטרום מפוזר, קפיצת תדר, קפיצת זמן וטכנולוגיות קשורות הנגזרות מהם. ל-CR יש לא רק את יכולת האנטי--לעיל, אלא גם מדכא הפרעות על-ידי התאמת כיוון האלומה בשל השימוש שלו בטכנולוגיית חישת מיקום, בשילוב עם טכנולוגיית DBF. CR לא רק משפר את יכולת-ההפרעות, אלא גם יכול להפחית את עוצמת השידור ולשפר את יכולת האנטי-הירוט. לרדיו קוגניטיבי יכולות למידת מכונה מתקדמות, שיכולות ללמוד ולנתח הפרעות, כך שהוא יכול לבחור אסטרטגיות אנטי-מתאימות (בחירת ערוץ תקשורת מתאים, שיטת אפנון, כוח שידור, דפוס דילוג תדר וכו') כדי לפעול באופן פעיל להימנע מהפרעות. בנוסף, מכיוון שפס תדר העבודה של CR רחב מאוד, הוא גם מגביר את קושי ההפרעות.
3.4 ספק אות RF משבש אמצעי נגד אלקטרוניים
השיטה המסורתית של אמצעי נגד אלקטרוניים היא לזהות תחילה את הסביבה האלקטרומגנטית של שדה הקרב באמצעות זיהוי רדיו בשדה הקרב, ולאחר מכן לתקשר את המצב שזוהה לכוח אמצעי הנגד האלקטרוני דרך רשת תקשורת הקרב, והחיילים האחראים על משימת אמצעי הנגד האלקטרונים יבצעו. הַפרָעָה. שיטה זו דורשת לא רק כוח אדם ומשאבים חומריים רבים, אלא גם דורשת שיתוף פעולה הדוק עם הכוחות האחראים על סיור סביבות אלקטרומגנטיות ואמצעי נגד אלקטרוניים. לכן, התקופה מהסיור ועד לביצוע הפרעות היא ארוכה, מה שקל לעכב לוחמים. CR יכול לזהות חבר או אויב במהירות ובדייקנות על ידי חישת המאפיינים של הספקטרום האלקטרומגנטי של שדה הקרב. הוא יכול לשחרר במהירות או להימנע מהפרעות בזמן ביצוע סיור ספקטרום אלקטרומגנטי, שאינו זמין ברדיו מסורתי.
3.5 שפר את קישוריות המערכת
כיום, סניפים שונים של הצבא שלנו מצוידים במספר רב של תחנות רדיו מדגמים שונים. לתחנות הרדיו הללו יש תדרי עבודה שונים, עוצמת שידור, שיטות אפנון וכו', ואינן יכולות להשיג חיבור הדדיות, מה שהפך לגורם חשוב המגביל את הפעולות המשותפות של שלושת הכוחות המזוינים. משבצת טלפונים סלולריים יכולים לכסות פס תדרים רחב, ולהשתמש בתוכנה כדי לממש את עיבוד פס הבסיס של האות, אפנון IF ויצירת צורת הגל של אות RF. על ידי טעינה עצמאית של תוכנות שונות, CR יכול לתקשר עם תחנות רדיו בגלים קצרים, תחנות רדיו אולטרה-קצרות ואפילו לוויינים. זה בדיוק בגלל ש-CR יכול ללמוד באופן אוטונומי פרוטוקולים ושירותי תקשורת ברשת,
שפר את יכולת הפעולה ההדדית והקישוריות של המערכת.
בנוסף לפונקציות והיתרונות שלעיל, CR מספקת גם פונקציות מיקום ותפיסת סביבה, שיש להן את היתרונות של פחות רגישות להפרעות רדיו אזרחיות ולרשת מהירה יותר, שהם יתרונות שאין להם תחליף של רדיו מסורתי.
4 הזדמנויות ואתגרים לרדיו קוגניטיבי צבאי
CR נחשב לכיוון של הדור הבא של פיתוח תקשורת. מאחר וטכנולוגיית ה-CR יכולה לשפר משמעותית את יעילות הניצול של הספקטרום האלחוטי, היא משכה תשומת לב רבה בתעשייה והתפתחה במהירות בשנים האחרונות. עם זאת, CR עדיין מתמודד עם אתגרים רבים ממעבדה ועד לשימוש מעשי וצבאי:
(1) רוב המחקר הנוכחי נשאר בשכבה הפיזית, ויש מעט מחקרים על רשתות CR, טופולוגיית רשת, פרוטוקולי רשת וכו';
(2) טכנולוגיית חישת ספקטרום מהיר וזיהוי אותות זקוקה למחקר נוסף;
(3) תפיסה סביבתית מהירה ויעילה וכיצד לנצל ביעילות מידע תפיסה סביבתית;
(4) קישור מחדש-לטכנולוגיה ותחזוקה כאשר CR מבצע התאמת תדרים דינמית;
(5) העיצוב של מסוף ה-CR מורכב, ודורש פס רחב-, קצה RF קדמי-עם רגישות גבוהה-, מהיר ויעיל לעיבוד אותות דיגיטלי, ואלגוריתמים חזקים וחזקים. עיצוב חומרה ותוכנה אמין העומד בתקנים צבאיים;
(6) למידת מכונה וכיצד לעשות שימוש טוב יותר בשפת המחשב כדי להפוך את רשת ה-CR לאינטליגנטית יותר ותואמת יותר את המאפיינים והדרישות של תקשורת צבאית;
(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) עיצוב מזעור וצריכת חשמל נמוכה של המסוף.
