Come tutti sappiamo, lo spettro radio è una preziosa risorsa naturale. Sebbene lo spettro elettromagnetico inferiore a 3000 GHz sia teoricamente chiamato spettro radio, a causa di limitazioni tecniche, gli esseri umani attualmente dividono solo la banda di frequenza d'uso da 9kHz a 400GHz. Infatti, le bande di frequenza militari sono concentrate al di sotto dei 40GHz, mentre le bande di frequenza civili sono concentrate principalmente al di sotto dei 3GHz. Con il rapido sviluppo della tecnologia di comunicazione mobile, i nuovi servizi di comunicazione wireless emergono in un flusso infinito, il numero di utenti continua ad aumentare e le risorse dello spettro diventano sempre più scarse. Per risolvere questo problema, una varietà di tecniche avanzate di modulazione, tecniche di codifica, tecniche multi-antenna, adattamento del collegamento e altre nuove tecnologie sono state inventate successivamente. Queste tecnologie hanno migliorato la capacità del canale da diverse angolazioni e ottenuto buoni risultati. Tuttavia, a causa del limite di Shannon, è impossibile aumentare la capacità del canale a tempo indeterminato. Sebbene lo spettro radio possa essere riutilizzato, per un determinato punto di frequenza o banda di frequenza, è limitato in un determinato dominio temporale e dominio spaziale e non può essere riutilizzato. In netto contrasto con la carenza di risorse dello spettro è il tasso di utilizzo estremamente basso dello spettro esistente.
La Figura 1 mostra l'utilizzo dello spettro 0-6GHz testato dall'Università della California, Berkeley. I risultati effettivi della misurazione mostrano che nella banda di frequenza globale autorizzata, anche nella banda di frequenza da 300 MHz a 3 GHz con buone caratteristiche di propagazione del segnale e una domanda molto limitata, il tasso di utilizzo dello spettro è inferiore al 6%; nella banda di frequenza 3-4GHz, il tasso di utilizzo dello spettro è ridotto allo 0,5%; Sopra i 4 GHz, l'utilizzo della frequenza è inferiore. Pertanto, come condividere efficacemente le risorse dello spettro e migliorare completamente l'utilizzo dello spettro è diventato un problema urgente da risolvere. In questo contesto, la tecnologia Cognitive Radio (CR, Cognitive Radio) propone una nuova soluzione: migliorare l'efficienza di utilizzo dello spettro wireless attraverso la Dynamic Spectrum Sharing (DSS, Dynamic Spectrum Sharing).
Applicazione della radio cognitiva nella comunicazione militare
3.1 Aumentare la capacità del sistema di comunicazione
La carenza di spettro wireless non è solo prominente nel campo civile, ma anche in campo militare. Soprattutto nelle condizioni della guerra moderna, una varietà di dispositivi elettronici sono installati intensamente in un'area limitata, il che renderà le risorse dello spettro estremamente limitate. Inoltre, con l'aggiornamento delle apparecchiature radio civili e il forte aumento del numero di utenti, aumenta anche la domanda di spettro. Alcune organizzazioni in alcuni paesi hanno chiesto di assegnare parte dello spettro militare all'uso civile. Questa tendenza aggraverà senza dubbio ulteriormente la carenza di risorse militari dello spettro radio. CR può utilizzare dinamicamente le risorse dello spettro, che possono teoricamente migliorare l'utilizzo dello spettro di dozzine di volte. Pertanto, anche se la CR viene parzialmente adottata, la capacità dell'intero sistema di comunicazione può essere notevolmente migliorata.
3.2 Migliorare l'efficienza della gestione dello spettro
La gestione dello spettro del campo di battaglia è un argomento molto importante e l'esercito di tutti i paesi attribuisce grande importanza alla ricerca di questo problema. Tuttavia, allo stato attuale, l'allocazione dello spettro del campo di battaglia viene fondamentalmente effettuata sotto forma di allocazione di frequenza fissa. Dalla situazione di combattimento reale, questo piano non ha completamente successo. Da un lato, questo schema di allocazione non solo porta a un basso utilizzo delle risorse dello spettro, ma provoca anche facilmente interferenze elettromagnetiche all'interno del sistema o tra forze amiche; d'altra parte, questo schema di allocazione richiede molto tempo per la pianificazione dello spettro prima dell'inizio della battaglia ; Inoltre, una volta determinata la frequenza di comunicazione, non può essere modificata indipendentemente da ciò che accade nello stato di combattimento. perché
Pertanto, nella guerra moderna in cui la situazione sul campo di battaglia sta cambiando rapidamente, lo schema di allocazione dello spettro fisso è facile da ritardare i combattenti. CR può rilevare l'ambiente elettromagnetico del campo di battaglia nell'area in cui si trova e rilevare automaticamente la disponibilità della larghezza di banda e dello spettro richiesti. Pertanto, l'allocazione delle risorse dello spettro può essere completata rapidamente con l'aiuto di CR e la frequenza di comunicazione può anche essere regolata automaticamente durante il processo di comunicazione. Non solo migliora la velocità di rete, ma migliora anche la compatibilità elettromagnetica dell'intero sistema di comunicazione.
3.3 Migliorare la capacità di jammer EOD anti-interferenza del sistema
La capacità anti-jamming è un indicatore importante per misurare le apparecchiature di comunicazione nelle condizioni della guerra moderna, ed è anche un'importante garanzia per vincere la guerra. Le tradizionali tecnologie anti-jamming dei canali includono principalmente lo spettro diffuso, il salto di frequenza, il salto di tempo e le tecnologie correlate da esso derivate. CR non solo ha la capacità anti-interferenza di cui sopra, ma sopprime anche le interferenze regolando la direzione del fascio grazie al suo uso della tecnologia di rilevamento della posizione, combinata con la tecnologia DBF. CR non solo migliora la capacità anti-interferenza, ma può anche ridurre la potenza di trasmissione e migliorare la capacità anti-intercettazione. La radio cognitiva ha capacità avanzate di apprendimento automatico, che possono apprendere e analizzare le interferenze, in modo che possa scegliere strategie anti-jamming appropriate (scegliere il canale di comunicazione appropriato, il metodo di modulazione, la potenza di trasmissione, il modello di salto di frequenza, ecc.) per evitare attivamente interferenze . Inoltre, poiché la banda di frequenza di lavoro di CR è molto ampia, aumenta anche la difficoltà di interferenza.
3.4 Fornire contromisure elettroniche al jammer del segnale RF
Il metodo tradizionale delle contromisure elettroniche è quello di rilevare prima l'ambiente elettromagnetico del campo di battaglia attraverso il rilevamento radio del campo di battaglia, quindi comunicare la situazione rilevata alla forza di contromisure elettroniche attraverso la rete di comunicazione di battaglia, e le truppe responsabili del compito di contromisure elettroniche eseguiranno interferenze. Questo metodo non solo richiede molta manodopera e risorse materiali, ma richiede anche una stretta collaborazione con le truppe responsabili della ricognizione dell'ambiente elettromagnetico e delle contromisure elettroniche. Pertanto, il periodo dalla ricognizione all'implementazione dell'interferenza è lungo, il che è facile ritardare i combattenti. CR può identificare rapidamente e con precisione amici o nemici rilevando le caratteristiche dello spettro elettromagnetico del campo di battaglia. Può rilasciare rapidamente o evitare interferenze durante la ricognizione dello spettro elettromagnetico, che non è disponibile nella radio tradizionale.
3.5 Migliorare l'interconnettività del sistema
Allo stato attuale, vari rami del nostro esercito sono dotati di un gran numero di stazioni radio di diversi modelli. Queste stazioni radio hanno frequenze di lavoro, potenza di trasmissione, metodi di modulazione, ecc. diverse e non possono raggiungere l'interconnessione e l'interoperabilità, che è diventata un fattore importante che limita le operazioni congiunte delle tre forze armate. il jammer scrambler del telefono cellulare può coprire un'ampia banda di frequenza e utilizzare il software per realizzare l'elaborazione in banda base del segnale, la modulazione IF e la generazione della forma d'onda del segnale RF. Caricando in modo indipendente diversi software, un CR può comunicare sia con stazioni radio a onde corte, stazioni radio a onde ultracorte e persino satelliti. È proprio perché CR può apprendere autonomamente protocolli e servizi di comunicazione di rete,
Migliorare l'interoperabilità e l'interconnettività del sistema.
Oltre alle funzioni e ai vantaggi di cui sopra, CR fornisce anche funzioni di posizionamento e percezione dell'ambiente, che hanno il vantaggio di essere meno suscettibili alle interferenze radio civili e di una rete più rapida, che sono vantaggi insostituibili della radio tradizionale.
4 Opportunità e sfide per la radio cognitiva militare
CR è considerata la direzione della prossima generazione di sviluppo della comunicazione. Poiché la tecnologia CR può migliorare significativamente l'efficienza di utilizzo dello spettro wireless, ha attirato grande attenzione nel settore e si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni. Tuttavia, la CR deve ancora affrontare molte sfide dal laboratorio all'uso pratico e militare:
(1) La maggior parte della ricerca attuale rimane a livello fisico, e ci sono poche ricerche su reti CR, topologia di rete, protocolli di rete, ecc.;
(2) La tecnologia di rilevamento rapido dello spettro e di identificazione dei segnali necessita di ulteriori ricerche;
(3) Percezione ambientale rapida ed efficace e come utilizzare efficacemente le informazioni sulla percezione ambientale;
(4) Collegare la tecnologia di ripristino e manutenzione quando CR esegue la regolazione dinamica della frequenza;
(5) La progettazione del terminale CR è complessa e richiede un front-end RF a banda larga e ad alta sensibilità, algoritmi di elaborazione del segnale digitale veloci ed efficienti e un design hardware e software robusto e affidabile che soddisfi gli standard militari;
(6) apprendimento automatico e come utilizzare meglio il linguaggio informatico per rendere la rete CR più intelligente e più in linea con le caratteristiche e i requisiti delle comunicazioni militari;
(7) Compatibilità tra CR e apparecchiature attive. Il costo dei terminali CR è elevato e, anche per uso militare, è impossibile equipaggiare le truppe su larga scala in un breve periodo di tempo. Ciò richiede che la CR possa coprire la maggior parte delle bande di frequenza, dei metodi di modulazione e dei metodi di salto di frequenza delle apparecchiature di comunicazione attiva dei nostri militari;
(8) Miniaturizzazione e design a basso consumo energetico del terminale.
