همانطور که همه ما می دانیم طیف رادیویی یک منبع طبیعی ارزشمند است. اگرچه طیف الکترومغناطیسی زیر ۳۰گیگاهرتز از نظر تئوری طیف رادیویی نامیده می شود، اما به دلیل محدودیت های فنی، انسان ها در حال حاضر تنها باند فرکانس استفاده را از ۹کیلوهرتز به ۴۰۰گیگاهرتز تقسیم می کنند. در واقع باندهای فرکانس نظامی زیر ۴۰گیگاهرتز متمرکز شده اند، در حالی که باندهای فرکانس غیرنظامی عمدتاً زیر ۳گیگاهرتز متمرکز شده اند. با توسعه سریع فناوری ارتباطات تلفن همراه، خدمات ارتباطی بی سیم جدید در جریانی بی پایان پدیدار می شوند، تعداد کاربران همچنان افزایش می یابد و منابع طیفی به طور فزاینده ای کمیاب می شوند. به منظور حل این مشکل، انواع تکنیک های مدولاسیون پیشرفته، تکنیک های کدنویسی، تکنیک های چند آنتنی، سازگاری با پیوند و دیگر فناوری های جدید به طور متوالی ابداع شده اند. این فناوری ها ظرفیت کانال را از زوایای مختلف بهبود بخشیده و به نتایج خوبی دست یافته اند. با این حال، با توجه به حد شانون، افزایش ظرفیت کانال به طور نامحدود غیرممکن است. اگرچه طیف رادیویی را می توان دوباره مورد استفاده قرار داد، اما برای یک نقطه فرکانس یا باند فرکانسی خاص، در یک دامنه زمانی خاص و دامنه فضایی محدود است، و نمی تواند دوباره مورد استفاده قرار گیرد. در تضاد آشکار با کمبود منابع طیف، نرخ بهره برداری بسیار پایین طیف موجود است.
شکل ۱ بهره برداری طیف ۰ تا ۶گیگاهرتزی را نشان می دهد که توسط دانشگاه کالیفرنیا، برکلی آزمایش شده است. نتایج اندازه گیری واقعی نشان می دهد که در باند فرکانس با مجوز جهانی، حتی در باند فرکانس ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳گیگاهرتز با ویژگی های انتشار سیگنال خوب و تقاضای بسیار تنگ، نرخ بهره برداری طیف کمتر از ۶٪ است؛ در باند فرکانس 3-4گیگاهرتز، نرخ بهره برداری طیف به 0.5٪ کاهش می یابد؛ بالاتر از 4گیگاهرتز، بهره برداری از فرکانس پایین تر است. بنابراین، چگونگی به اشتراک گذاری موثر منابع طیف و بهبود کامل بهره برداری از طیف تبدیل به یک مشکل فوری برای حل شده است. در این زمینه، فناوری رادیو شناختی (CR، رادیو شناختی) راه حل جدیدی را پیشنهاد می کند—بهبود کارایی بهره برداری از طیف بی سیم از طریق اشتراک طیف پویا (DSS، اشتراک طیف پویا).
کاربرد راديو شناختی در ارتباطات نظامی
3.1 افزایش ظرفیت سیستم ارتباطی
کمبود طیف بی سیم نه تنها در زمینه غیرنظامی، بلکه در زمینه نظامی نیز برجسته است. به ویژه در شرایط جنگ مدرن، انواع دستگاه های الکترونیکی به طور فشرده در یک منطقه محدود راه اندازی می شوند که منابع طیف را به شدت تنگ خواهد کرد. همچنین با ارتقای تجهیزات رادیویی غیرنظامی و افزایش شدید تعداد کاربران، تقاضا برای طیف نیز رو به افزایش است. برخی از سازمان ها در برخی کشورها درخواست کرده اند بخشی از طیف نظامی را به استفاده غیرنظامی اختصاص دهند. بدون شک این روند کمبود منابع طیف رادیویی نظامی را بیشتر تشدید خواهد کرد. CR می تواند به صورت پویا از منابع طیف استفاده کند، که می تواند از نظر تئوری بهره برداری از طیف را ده ها بار بهبود بخشد. بنابراین حتی اگر CR تا حدی اتخاذ شود، ظرفیت کل سیستم ارتباطی را می توان تا حد زیادی بهبود بخشید.
3.2 بهبود بهره وری مدیریت طیف
مدیریت طیف میدان جنگ موضوع بسیار مهمی است و ارتش همه کشورها اهمیت زیادی به تحقیق این موضوع می دهد. با این حال، در حال حاضر، تخصیص طیف میدان جنگ اساساً به صورت تخصیص فرکانس ثابت انجام می شود. از وضعیت واقعی رزمی، این طرح کاملاً موفق نیست. از یک سو، این طرح تخصیص نه تنها منجر به بهره برداری کم از منابع طیف می شود، بلکه به راحتی باعث تداخل الکترومغناطیسی درون سیستم یا بین نیروهای دوست می شود؛ از سوی دیگر، این طرح تخصیص نیاز به زمان زیادی برای برنامه ریزی طیف قبل از شروع نبرد ؛ علاوه بر این، هنگامی که فرکانس ارتباطی مشخص شد، مهم نیست که در حالت رزمی چه اتفاقی می افتد، نمی توان آن را تغییر داد. دلیل
بنابراین در جنگ مدرن که وضعیت میدان جنگ به سرعت در حال تغییر است، طرح تخصیص طیف ثابت به آسانی جنگنده ها را به تأخیر می اندازد. CR می تواند محیط الکترومغناطیسی میدان جنگ را در منطقه ای که در آن قرار دارد حس کند، و به طور خودکار در دسترس بودن پهنای باند و طیف مورد نیاز را تشخیص دهد. بنابراین تخصیص منابع طیف را می توان به کمک CR به سرعت تکمیل کرد و فرکانس ارتباطی نیز می تواند به طور خودکار در طول فرایند ارتباطات تنظیم شود. نه تنها سرعت شبکه سازی را بهبود می بخشد، بلکه سازگاری الکترومغناطیسی کل سیستم ارتباطی را نیز بهبود می بخشد.
3.3 بهبود توانایی ضد تداخل EOD jammer سیستم
قابلیت ضد جمینگ شاخص مهمی برای اندازه گیری تجهیزات ارتباطی در شرایط جنگ مدرن است و همچنین تضمین مهمی برای پیروزی در جنگ است. فن آوری های سنتی کانال ضد jamming عمدتا شامل طیف گسترش، رقص فرکانس، رقص زمان و فن آوری های مرتبط مشتق شده از آن است. CR نه تنها توانایی ضد تداخل فوق را دارد، بلکه تداخل را با تنظیم جهت پرتو به دلیل استفاده از فناوری سنجش موقعیت، همراه با فناوری DBF سرکوب می کند. CR نه تنها توانایی ضد تداخل را بهبود می بخشد، بلکه می تواند قدرت انتقال را کاهش دهد و توانایی ضد رهگیری را بهبود بخشد. رادیو شناختی دارای قابلیت های پیشرفته یادگیری ماشین است، که می تواند تداخل را یاد بگیرد و تجزیه و تحلیل کند، به طوری که می تواند استراتژی های ضد جمینگ مناسب (انتخاب کانال ارتباطی مناسب، روش مدولاسیون، انتقال قدرت، الگوی رقص فرکانس و غیره) را انتخاب کند تا فعالانه از تداخل اجتناب کند. علاوه بر این، به دلیل اینکه باند فرکانس کاری CR بسیار گسترده است، دشواری تداخل را نیز افزایش می دهد.
3.4 ارائه RF سیگنال jammer الکترونیکی Countermeasures
روش سنتی اقدامات متقابل الکترونیکی این است که ابتدا محیط الکترومغناطیسی میدان جنگ را از طریق تشخیص رادیو میدان جنگ تشخیص دهد، و سپس وضعیت تشخیص داده شده را از طریق شبکه ارتباطی نبرد به نیروی اقدامات متقابل الکترونیکی ارتباط برقرار کند و سربازان مسئول وظیفه اقدامات متقابل الکترونیکی دخالت هایی را انجام خواهند داد. این روش نه تنها نیاز به نیروی انسانی و منابع مادی زیادی دارد، بلکه نیاز به همکاری نزدیک با سربازان مسئول تشخیص محیط الکترومغناطیس و اقدامات متقابل الکترونیکی دارد. از این رو دوره از دوره های بازنشستگی تا اجرای تداخل طولانی است که به آسانی می توان جنگنده ها را به تأخیر بینداز. CR می تواند با حس کردن ویژگی های طیف الکترومغناطیسی میدان جنگ، دوست یا دشمن را به سرعت و دقیق شناسایی کند. این می تواند به سرعت آزاد و یا اجتناب از تداخل در حالی که انجام تشخیص طیف الکترومغناطیسی, که در رادیو سنتی در دسترس نیست.
3.5 افزایش اتصال سیستم
در حال حاضر شاخه های مختلف ارتش ما مجهز به تعداد زیادی ایستگاه رادیویی از مدل های مختلف هستند. این ایستگاه های رادیویی دارای فرکانس های کاری مختلف، انتقال قدرت، روش های مدولاسیون و غیره هستند و نمی توانند به اتصال و قابلیت همکاری دست یابند که این امر به عامل مهمی تبدیل شده است که عملیات مشترک سه نیروی مسلح را محدود می کند. تلفن همراه درهم ساز jammer می تواند یک باند فرکانس گسترده را پوشش می دهد، و استفاده از نرم افزار برای تحقق پردازش baseband از سیگنال، مدولاسیون IF و نسل شکل موج سیگنال RF. با بارگذاری مستقل نرم افزارهای مختلف، یک CR می تواند با هر دو ایستگاه رادیویی موج کوتاه، ایستگاه های رادیویی موج فوق کوتاه، و حتی ماهواره ها ارتباط برقرار کند. این دقیقا به این دلیل است که CR می تواند به طور خودمختار پروتکل ها و خدمات ارتباطی شبکه را یاد بگیرد،
بهبود قابلیت اتصال و قابلیت اتصال سیستم.
علاوه بر توابع و مزایای فوق، CR عملکردهای موقعیت یابی و ادراک محیط را نیز فراهم می کند که مزایای کمتر مستعد بودن در مقابل تداخل رادیویی مدنی و شبکه سازی سریع تر را دارند که مزایای بی بدیل رادیوی سنتی هستند.
4 فرصت ها و چالش ها برای رادیو شناختی نظامی
CR به عنوان جهت نسل بعدی توسعه ارتباطات در نظر گرفته می شود. از آنجا که تکنولوژی CR می تواند کارایی بهره برداری طیف بی سیم را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، توجه زیادی را در صنعت به خود جلب کرده و در سال های اخیر به سرعت توسعه یافته است. با این حال، CR هنوز هم با چالش های زیادی از آزمایشگاه تا استفاده عملی و نظامی مواجه است:
(1) بسیاری از تحقیقات فعلی در لایه فیزیکی باقی می ماند، و تحقیقات کمی در شبکه CR، تاپولوژی شبکه، پروتکل های شبکه، و غیره وجود دارد؛
(2) سنجش طیف سریع و سیگنال فن آوری شناسایی نیاز به تحقیقات بیشتر؛
(3) درک سریع و موثر زیست محیطی و چگونه به طور موثر استفاده از اطلاعات ادراک محیط زیست؛
(4) لینک دوباره استقرار و تعمیر و نگهداری فن آوری زمانی که CR انجام تنظیم فرکانس پویا؛
(5) طراحی ترمینال CR پیچیده است ، نیاز به باند گسترده ، با حساسیت بالا RF جلو پایان ، سریع و کارآمد الگوریتم های پردازش سیگنال دیجیتال ، و سخت افزار قوی و قابل اعتماد و طراحی نرم افزار است که با استانداردهای نظامی ؛
(6) یادگیری ماشین و چگونگی استفاده بهتر از زبان کامپیوتری به شبکه CR هوشمند تر و بیشتر در راستای ویژگی ها و الزامات ارتباطات نظامی.
(7) سازگاری بین CR و تجهیزات فعال است. هزینه پایانه های CR بالا است و حتی برای استفاده نظامی، تجهیز سربازان در مقیاس بزرگ در مدت زمان کوتاهی غیرممکن است. این نیاز دارد که CR می تواند بسیاری از باندهای فرکانس، روش های مدولاسیون و روش های رقص فرکانس از تجهیزات ارتباطی فعال ارتش ما را پوشش می دهد؛
(8) Miniaturization and low power consumption design of the terminal.
