Như chúng ta đã biết, phổ vô tuyến là một nguồn tài nguyên thiên nhiên có giá trị. Mặc dù về mặt lý thuyết, phổ điện từ dưới 3000GHz được gọi là phổ vô tuyến, nhưng do hạn chế về kỹ thuật, con người hiện chỉ phân chia dải tần sử dụng từ 9kHz đến 400GHz. Trên thực tế, các dải tần quân sự tập trung dưới 40GHz, còn các dải tần dân dụng chủ yếu tập trung dưới 3GHz. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin di động, các dịch vụ truyền thông không dây mới xuất hiện trong một dòng vô tận, số lượng người dùng tiếp tục tăng và tài nguyên phổ ngày càng trở nên khan hiếm. Để giải quyết vấn đề này, nhiều kỹ thuật điều chế tiên tiến, kỹ thuật mã hóa, kỹ thuật đa - ăng ten, thích ứng liên kết và các công nghệ mới khác đã liên tiếp được phát minh. Các công nghệ này đã cải thiện dung lượng kênh từ các góc độ khác nhau và đạt được kết quả tốt. Tuy nhiên, do giới hạn Shannon nên không thể tăng dung lượng kênh vô thời hạn. Mặc dù phổ vô tuyến có thể được tái sử dụng nhưng đối với một điểm tần số hoặc dải tần nhất định, nó bị giới hạn trong một miền thời gian và miền không gian nhất định và không thể sử dụng lại được. Trái ngược hoàn toàn với sự thiếu hụt tài nguyên phổ là tỷ lệ sử dụng phổ hiện có cực kỳ thấp.
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).
Ứng dụng của vô tuyến nhận thức trong liên lạc quân sự
3.1 Tăng năng lực của hệ thống thông tin liên lạc
Sự thiếu hụt phổ tần không dây không chỉ nổi bật trong lĩnh vực dân sự mà còn trong lĩnh vực quân sự. Đặc biệt là trong điều kiện chiến tranh hiện đại, nhiều loại thiết bị điện tử được bố trí tập trung trong một khu vực hạn chế sẽ khiến nguồn lực phổ tần trở nên vô cùng eo hẹp. Hơn nữa, với sự nâng cấp của các thiết bị vô tuyến điện dân dụng và sự gia tăng mạnh mẽ của số lượng người sử dụng, nhu cầu về phổ tần cũng ngày càng tăng. Một số tổ chức ở một số quốc gia đã áp dụng để phân bổ một phần phổ tần quân sự cho mục đích sử dụng dân sự. Xu hướng này chắc chắn sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu hụt các nguồn phổ tần vô tuyến quân sự. CR có thể sử dụng động các tài nguyên phổ, về mặt lý thuyết có thể cải thiện việc sử dụng phổ lên hàng chục lần. Do đó, ngay cả khi CR được chấp nhận một phần, năng lực của toàn bộ hệ thống thông tin liên lạc có thể được cải thiện rất nhiều.
3.2 Cải thiện hiệu quả quản lý phổ
Quản lý phổ chiến trường là một môn học rất quan trọng, quân đội các nước đều coi trọng việc nghiên cứu vấn đề này. Tuy nhiên, hiện nay, việc phân bổ phổ tần chiến trường về cơ bản được thực hiện theo hình thức phân bổ tần số cố định. Từ tình hình chiến đấu thực tế, kế hoạch này không hoàn toàn thành công. Một mặt, sơ đồ phân bổ này không chỉ dẫn đến việc sử dụng tài nguyên phổ tần thấp mà còn dễ gây nhiễu điện từ trong hệ thống hoặc giữa các lực lượng hữu nghị; mặt khác, sơ đồ phân bổ này đòi hỏi nhiều thời gian để lập kế hoạch phổ tần trước khi trận chiến bắt đầu; Ngoài ra, một khi tần số liên lạc đã được xác định, nó sẽ không thể thay đổi cho dù có chuyện gì xảy ra trong trạng thái chiến đấu. tại vì
Do đó, trong chiến tranh hiện đại khi tình hình chiến trường thay đổi nhanh chóng, sơ đồ phân bổ phổ cố định rất dễ khiến máy bay bị trì hoãn. CR có thể cảm nhận được môi trường điện từ của chiến trường trong khu vực đặt nó và tự động phát hiện sự sẵn có của băng thông và phổ tần cần thiết. Do đó, việc phân bổ tài nguyên phổ tần có thể được hoàn thành nhanh chóng với sự trợ giúp của CR, và tần số liên lạc cũng có thể được tự động điều chỉnh trong quá trình liên lạc. Nó không chỉ cải thiện tốc độ mạng mà còn cải thiện khả năng tương thích điện từ của toàn bộ hệ thống thông tin liên lạc.
3.3 Cải thiện khả năng chống nhiễu EOD chống - của hệ thống
Khả năng chống nhiễu - là một chỉ số quan trọng để đo thiết bị liên lạc trong điều kiện chiến tranh hiện đại và nó cũng là một bảo đảm quan trọng để giành chiến thắng trong cuộc chiến. Các công nghệ chống nhiễu kênh truyền thống - chủ yếu bao gồm trải phổ, nhảy tần, nhảy thời gian và các công nghệ liên quan bắt nguồn từ đó. CR không chỉ có khả năng chống nhiễu - ở trên mà còn triệt tiêu nhiễu bằng cách điều chỉnh hướng chùm tia do sử dụng công nghệ cảm biến vị trí, kết hợp với công nghệ DBF. CR không chỉ cải thiện khả năng chống nhiễu - mà còn có thể giảm công suất phát và cải thiện khả năng chống - đánh chặn. Vô tuyến nhận thức có khả năng học máy nâng cao, có thể học và phân tích nhiễu, để có thể chọn chiến lược chống - gây nhiễu thích hợp (chọn kênh liên lạc thích hợp, phương pháp điều chế, công suất phát, kiểu nhảy tần, v.v.) để chủ động tránh nhiễu. Ngoài ra, do dải tần làm việc của CR rất rộng nên cũng làm tăng độ khó nhiễu.
3.4 Cung cấp bộ gây nhiễu tín hiệu RF Các biện pháp đối phó điện tử
Phương pháp truyền thống của các biện pháp đối phó điện tử trước tiên là phát hiện môi trường điện từ của chiến trường thông qua phát hiện vô tuyến chiến trường, sau đó thông báo tình hình phát hiện được cho lực lượng đối phó điện tử thông qua mạng liên lạc chiến đấu, và các binh sĩ chịu trách nhiệm đối phó điện tử sẽ thực hiện. sự can thiệp. Phương pháp này không chỉ cần nhiều nhân lực, vật lực mà còn cần có sự hợp tác chặt chẽ với các binh chủng chịu trách nhiệm trinh sát môi trường điện từ và các biện pháp đối phó điện tử. Do đó, thời gian từ khi trinh sát đến khi thực hiện gây nhiễu kéo dài, rất dễ khiến máy bay chiến đấu bị chậm trễ. CR có thể nhanh chóng và chính xác xác định bạn hoặc thù bằng cách cảm nhận các đặc điểm của phổ điện từ của chiến trường. Nó có thể nhanh chóng giải phóng hoặc tránh nhiễu trong khi tiến hành trinh sát phổ điện từ, điều này không có trong radio truyền thống.
3.5 Tăng cường khả năng kết nối giữa các hệ thống
Hiện nay, các ngành khác nhau của quân đội ta được trang bị một số lượng lớn đài các kiểu mẫu khác nhau. Các đài này có tần số làm việc, công suất phát, phương thức điều chế khác nhau,… không đạt được tính liên thông, tương tác đã trở thành yếu tố quan trọng hạn chế hoạt động chung của lực lượng vũ trang ba thứ quân. thiết bị gây nhiễu của điện thoại di động có thể bao phủ một dải tần rộng và sử dụng phần mềm để thực hiện quá trình xử lý băng tần cơ sở của tín hiệu, điều chế IF và tạo ra dạng sóng tín hiệu RF. Bằng cách tải các phần mềm khác nhau một cách độc lập, CR có thể giao tiếp với cả đài phát thanh sóng ngắn, đài vô tuyến sóng cực - cực ngắn và thậm chí cả vệ tinh. Đó chính là vì CR có thể tự động học các giao thức và dịch vụ truyền thông mạng,
Cải thiện khả năng tương tác và kết nối giữa các hệ thống.
Ngoài các chức năng và ưu điểm trên, CR còn cung cấp các chức năng định vị và cảm nhận môi trường, có ưu điểm là ít bị nhiễu sóng vô tuyến dân dụng và kết nối mạng nhanh hơn, đây là những ưu điểm không thể thay thế của vô tuyến truyền thống.
4 Cơ hội và thách thức đối với vô tuyến nhận thức quân sự
CR được coi là định hướng phát triển truyền thông thế hệ tiếp theo. Kể từ khi công nghệ CR có thể cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng của phổ không dây, nó đã thu hút sự chú ý lớn trong ngành và đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây. Tuy nhiên, CR vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức từ phòng thí nghiệm đến sử dụng thực tế và quân sự:
(1) Hầu hết các nghiên cứu hiện tại chỉ dừng lại ở lớp vật lý, và có rất ít nghiên cứu về mạng CR, cấu trúc liên kết mạng, giao thức mạng, v.v.;
(2) Công nghệ nhận dạng tín hiệu và cảm biến phổ nhanh cần được nghiên cứu thêm;
(3) Nhận thức về môi trường nhanh chóng và hiệu quả và cách sử dụng hiệu quả thông tin nhận thức về môi trường;
(4) Liên kết lại - công nghệ thiết lập và duy trì khi CR thực hiện điều chỉnh tần số động;
(5) Thiết kế của thiết bị đầu cuối CR rất phức tạp, đòi hỏi đầu cuối - băng tần rộng, - độ nhạy RF phía trước - cao, các thuật toán xử lý tín hiệu kỹ thuật số nhanh và hiệu quả, đồng thời mạnh mẽ và thiết kế phần cứng và phần mềm đáng tin cậy đáp ứng các tiêu chuẩn quân sự;
(6) Máy học và cách sử dụng tốt hơn ngôn ngữ máy tính để làm cho mạng CR ngày càng thông minh hơn và phù hợp hơn với các đặc điểm và yêu cầu của thông tin liên lạc quân sự;
(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) Thiết kế thu nhỏ và tiêu thụ điện năng thấp của thiết bị đầu cuối.
