Wie wir alle wissen, ist das Funkspektrum eine wertvolle natürliche Ressource. Obwohl das elektromagnetische Spektrum unterhalb von 3000 GHz theoretisch als Funkspektrum bezeichnet wird, teilt der Mensch aufgrund technischer Einschränkungen das Nutzungsfrequenzband derzeit nur von 9 kHz bis 400 GHz auf. Tatsächlich konzentrieren sich militärische Frequenzbänder unterhalb von 40 GHz, während zivile Frequenzbänder hauptsächlich unterhalb von 3 GHz konzentriert sind. Mit der rasanten Entwicklung der Mobilfunktechnologie entstehen in einem endlosen Strom neue drahtlose Kommunikationsdienste, die Zahl der Nutzer nimmt weiter zu und die Frequenzressourcen werden immer knapper. Um dieses Problem zu lösen, wurden sukzessive eine Vielzahl von fortgeschrittenen Modulationstechniken, Codierungstechniken, Multiantennentechniken, Linkanpassung und anderen neuen Technologien erfunden. Diese Technologien haben die Kanalkapazität aus verschiedenen Blickwinkeln verbessert und gute Ergebnisse erzielt. Aufgrund des Shannon-Limits ist es jedoch unmöglich, die Kanalkapazität unbegrenzt zu erhöhen. Obwohl das Funkspektrum für einen bestimmten Frequenzpunkt oder ein bestimmtes Frequenzband wiederverwendet werden kann, ist es in einem bestimmten Zeitbereich und Raumbereich begrenzt und kann nicht wiederverwendet werden. Im krassen Gegensatz zur Verknappung der Spektrumressourcen steht die extrem geringe Auslastung des vorhandenen Spektrums.
Abbildung 1 zeigt die 0-6 GHz-Spektrumnutzung, die von der University of California, Berkeley, getestet wurde. Die tatsächlichen Messergebnisse zeigen, dass im weltweit lizenzierten Frequenzband, selbst im Frequenzband von 300 MHz bis 3 GHz mit guten Signalausbreitungseigenschaften und sehr enger Nachfrage, die Frequenznutzungsrate weniger als 6% beträgt; im 3-4-GHz-Frequenzband wird die Frequenznutzungsrate auf 0,5% reduziert; Oberhalb von 4 GHz ist die Frequenzauslastung geringer. Daher ist die effektive Aufteilung der Frequenzressourcen und die vollständige Verbesserung der Frequenznutzung zu einem dringenden Problem geworden, das gelöst werden muss. In diesem Zusammenhang schlägt die Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) -Technologie eine neue Lösung vor- und verbessert die Nutzungseffizienz des drahtlosen Spektrums durch Dynamic Spectrum Sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Anwendung von Cognitive Radio in der militärischen Kommunikation
3.1 Erhöhung der Kapazität des Kommunikationssystems
Der Mangel an drahtlosem Spektrum ist nicht nur im zivilen, sondern auch im militärischen Bereich von bedeutungsvoll. Gerade unter den Bedingungen der modernen Kriegsführung wird eine Vielzahl von elektronischen Geräten intensiv in einem begrenzten Gebiet aufgebaut, was die Spektrumressourcen extrem knapp machen wird. Darüber hinaus steigt mit der Modernisierung der zivilen Funkanlagen und dem starken Anstieg der Zahl der Nutzer auch die Nachfrage nach Frequenzen. Einige Organisationen in einigen Ländern haben beantragt, einen Teil des militärischen Spektrums für die zivile Nutzung zuzuweisen. Dieser Trend wird den Mangel an militärischen Funkfrequenzressourcen zweifellos weiter verschärfen. CR kann Spektrumressourcen dynamisch nutzen, was theoretisch die Spektrumnutzung um das Zehnfache verbessern kann. Selbst wenn CR teilweise übernommen wird, kann die Kapazität des gesamten Kommunikationssystems erheblich verbessert werden.
3.2 Verbesserung der Effizienz der Frequenzverwaltung
Das Management von Schlachtfeldfrequenzen ist ein sehr wichtiges Thema, und das Militär aller Länder misst der Erforschung dieses Themas große Bedeutung bei. Derzeit erfolgt die Battlefield-Frequenzzuteilung jedoch grundsätzlich in Form einer festen Frequenzzuteilung. Aus der tatsächlichen Kampfsituation ist dieser Plan nicht ganz erfolgreich. Auf der einen Seite führt dieses Zuteilungsschema nicht nur zu einer geringen Nutzung der Spektrumressourcen, sondern verursacht auch leicht elektromagnetische Störungen innerhalb des Systems oder zwischen befreundeten Kräften; auf der anderen Seite erfordert dieses Zuteilungsschema viel Zeit für die Frequenzplanung, bevor die Schlacht beginnt; Darüber hinaus kann die Kommunikationsfrequenz, sobald sie bestimmt ist, nicht mehr geändert werden, egal was im Kampfzustand passiert. weil
Daher ist in der modernen Kriegsführung, in der sich die Situation auf dem Schlachtfeld schnell ändert, das feste Spektrumzuweisungsschema leicht, die Kämpfer zu verzögern. CR kann die elektromagnetische Umgebung des Schlachtfeldes in dem Gebiet, in dem es sich befindet, erfassen und automatisch die Verfügbarkeit der erforderlichen Bandbreite und des Spektrums erkennen. So kann die Zuweisung von Spektrumressourcen mit Hilfe von CR schnell abgeschlossen und auch die Kommunikationsfrequenz während des Kommunikationsprozesses automatisch angepasst werden. Es verbessert nicht nur die Geschwindigkeit der Vernetzung, sondern auch die elektromagnetische Verträglichkeit des gesamten Kommunikationssystems.
3.3 Verbesserung der Anti-Interferenz-EOD-Störsenderfähigkeit des Systems
Die Anti-Jamming-Fähigkeit ist ein wichtiger Indikator für die Messung von Kommunikationsgeräten unter den Bedingungen der modernen Kriegsführung und auch eine wichtige Garantie für den Sieg im Krieg. Traditionelle Kanal-Anti-Jamming-Technologien umfassen hauptsächlich Spread-Spektrum, Frequenz-Hopping, Time-Hopping und verwandte Technologien, die daraus abgeleitet werden. CR hat nicht nur die oben genannte Anti-Interferenz-Fähigkeit, sondern unterdrückt auch Interferenzen durch Anpassung der Strahlrichtung aufgrund der Verwendung der Positionserfassungstechnologie in Kombination mit der DBF-Technologie. CR verbessert nicht nur die Anti-Interferenz-Fähigkeit, sondern kann auch die Sendeleistung reduzieren und die Anti-Interception-Fähigkeit verbessern. Cognitive Radio verfügt über fortschrittliche maschinelle Lernfähigkeiten, die Interferenzen lernen und analysieren können, so dass es geeignete Anti-Jamming-Strategien wählen kann (wählen Sie den geeigneten Kommunikationskanal, die Modulationsmethode, die Sendeleistung, das Frequenzsprungmuster usw.), um Störungen aktiv zu vermeiden. Da das Arbeitsfrequenzband von CR sehr breit ist, erhöht es auch die Schwierigkeit von Interferenzen.
3.4 Bereitstellung von ELEKTRONISCHEN GEGENMAßNAHMEN FÜR HF-Signalstörsender
Die traditionelle Methode der elektronischen Gegenmaßnahmen besteht darin, zuerst die elektromagnetische Umgebung des Schlachtfeldes durch Funkerkennung auf dem Schlachtfeld zu erkennen und dann die erkannte Situation über das Kampfkommunikationsnetzwerk an die elektronische Gegenmaßnahme zu übermitteln, und die truppen, die für die elektronische Gegenmaßnahmenaufgabe verantwortlich sind, werden Interferenzen durchführen. Diese Methode erfordert nicht nur viel Personal und materielle Ressourcen, sondern auch eine enge Zusammenarbeit mit den Truppen, die für die elektromagnetische Umgebungsaufklärung und elektronische Gegenmaßnahmen zuständig sind. Daher ist der Zeitraum von der Aufklärung bis zur Durchführung von Störungen lang, was leicht zu verzögern ist Kämpfer. CR kann Freund oder Feind schnell und genau identifizieren, indem es die Eigenschaften des elektromagnetischen Spektrums des Schlachtfeldes erfasst. Es kann Störungen schnell auslösen oder vermeiden, während es elektromagnetische Spektrumaufklärung durchführt, die im herkömmlichen Funk nicht verfügbar ist.
3.5 Verbesserung der Systemkonnektivität
Gegenwärtig sind verschiedene Zweige unserer Armee mit einer großen Anzahl von Radiosendern verschiedener Modelle ausgestattet. Diese Funkstationen haben unterschiedliche Arbeitsfrequenzen, Sendeleistung, Modulationsmethoden usw. und können keine Verbindung und Interoperabilität erreichen, was zu einem wichtigen Faktor geworden ist, der die gemeinsamen Operationen der drei Streitkräfte einschränkt. Der Scrambler-Störsender des Mobiltelefons kann ein breites Frequenzband abdecken und Software verwenden, um die Basisbandverarbeitung des Signals, die ZF-Modulation und die Erzeugung der HF-Signalwellenform zu realisieren. Durch das unabhängige Laden unterschiedlicher Software kann ein CR sowohl mit Kurzwellenradiosendern, Ultrakurzwellen-Radiosendern als auch mit Satelliten kommunizieren. Gerade weil CR Netzwerkkommunikationsprotokolle und -dienste autonom erlernen kann,
Verbesserung der Interoperabilität und Interkonnektivität des Systems.
Zusätzlich zu den oben genannten Funktionen und Vorteilen bietet CR auch Positionierungs- und Umgebungswahrnehmungsfunktionen, die die Vorteile haben, weniger anfällig für zivile Funkstörungen und eine schnellere Vernetzung zu sein, was unersetzliche Vorteile des traditionellen Funks sind.
4 Chancen und Herausforderungen für militärisches kognitives Radio
CR gilt als die Richtung der nächsten Generation der Kommunikationsentwicklung. Da die CR-Technologie die Nutzungseffizienz des Funkspektrums deutlich verbessern kann, hat sie in der Branche große Aufmerksamkeit erregt und sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. CR steht jedoch noch vor vielen Herausforderungen, vom Labor bis zum praktischen und militärischen Einsatz:
(1) Der größte Teil der aktuellen Forschung bleibt auf der physikalischen Schicht, und es gibt nur wenige Forschungen über CR-Netzwerke, Netzwerktopologie, Netzwerkprotokolle usw.;
(2) Die Technologie zur schnellen Frequenzerfassung und Signalidentifizierung bedarf weiterer Forschung.
(3) Schnelle und effektive Umweltwahrnehmung und wie man Informationen zur Umweltwahrnehmung effektiv nutzt;
(4) Verknüpfung von Einrichtungs- und Instandhaltungstechnologie, wenn CR eine dynamische Frequenzanpassung vornimmt;
(5) Das Design des CR-Terminals ist komplex und erfordert ein breitbandiges, hochempfindliches HF-Front-End, schnelle und effiziente digitale Signalverarbeitungsalgorithmen sowie ein robustes und zuverlässiges Hardware- und Softwaredesign, das den militärischen Standards entspricht.
(6) Maschinelles Lernen und die Frage, wie die Computersprache besser genutzt werden kann, um das CR-Netz intelligenter zu machen und den Merkmalen und Anforderungen der militärischen Kommunikation besser gerecht zu werden;
(7) Kompatibilität zwischen CR und aktiven Geräten. Die Kosten für CR-Terminals sind hoch, und selbst für militärische Zwecke ist es unmöglich, Truppen in kurzer Zeit in großem Umfang auszurüsten. Dies erfordert, dass CR die meisten Frequenzbänder, Modulationsmethoden und Frequenzsprungmethoden der aktiven Kommunikationsausrüstung unseres Militärs abdecken kann.
(8) Miniaturisierung und geringen Stromverbrauch Design der Klemme.
