Comme nous le savons tous, le spectre radioélectrique est une ressource naturelle précieuse. Bien que le spectre électromagnétique en dessous de 3000 GHz soit théoriquement appelé le spectre radio, en raison de limitations techniques, les humains ne divisent actuellement que la bande de fréquences d'utilisation de 9 kHz à 400 GHz. En effet, les bandes de fréquences militaires sont concentrées en dessous de 40GHz, alors que les bandes de fréquences civiles sont majoritairement concentrées en dessous de 3GHz. Avec le développement rapide de la technologie de communication mobile, de nouveaux services de communication sans fil émergent dans un flux sans fin, le nombre d'utilisateurs continue d'augmenter et les ressources du spectre deviennent de plus en plus rares. Afin de résoudre ce problème, une variété de techniques de modulation avancées, de techniques de codage, de techniques multi-antennes, d'adaptation de liaison et d'autres nouvelles technologies ont été inventées successivement. Ces technologies ont amélioré la capacité du canal sous différents angles et obtenu de bons résultats. Cependant, en raison de la limite de Shannon, il est impossible d'augmenter indéfiniment la capacité du canal. Bien que le spectre radioélectrique puisse être réutilisé, pour un certain point de fréquence ou une certaine bande de fréquences, il est limité dans un certain domaine temporel et spatial, et ne peut pas être réutilisé. Le taux d'utilisation extrêmement faible du spectre existant contraste fortement avec la pénurie de ressources spectrales.
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).
Application de la radio cognitive dans la communication militaire
3.1 Augmenter la capacité du système de communication
La pénurie de spectre sans fil n'est pas seulement importante dans le domaine civil, mais aussi dans le domaine militaire. Surtout dans les conditions de la guerre moderne, une variété d'appareils électroniques sont installés de manière intensive dans une zone limitée, ce qui rendra les ressources spectrales extrêmement limitées. De plus, avec la mise à niveau des équipements radio civils et la forte augmentation du nombre d'utilisateurs, la demande de spectre augmente également. Certaines organisations dans certains pays ont demandé à allouer une partie du spectre militaire à un usage civil. Cette tendance aggravera sans aucun doute encore la pénurie de ressources militaires en spectre radioélectrique. Le CR peut utiliser dynamiquement les ressources du spectre, ce qui peut théoriquement améliorer l'utilisation du spectre par des dizaines de fois. Par conséquent, même si la RC est partiellement adoptée, la capacité de l'ensemble du système de communication peut être grandement améliorée.
3.2 Améliorer l'efficacité de la gestion du spectre
La gestion du spectre du champ de bataille est un sujet très important, et les militaires de tous les pays attachent une grande importance à la recherche sur cette question. Cependant, à l'heure actuelle, l'attribution du spectre du champ de bataille s'effectue essentiellement sous la forme d'une attribution de fréquence fixe. D'après la situation de combat réelle, ce plan n'est pas complètement réussi. D'une part, ce schéma d'attribution conduit non seulement à une faible utilisation des ressources spectrales, mais provoque également facilement des interférences électromagnétiques au sein du système ou entre des forces amies ; d'autre part, ce schéma d'allocation demande beaucoup de temps pour la planification du spectre avant que la bataille ne commence ; De plus, une fois la fréquence de communication déterminée, elle ne peut plus être modifiée quoi qu'il arrive en état de combat. car
Par conséquent, dans la guerre moderne où la situation sur le champ de bataille évolue rapidement, le schéma d'attribution du spectre fixe est facile à retarder les combattants. Le CR peut détecter l'environnement électromagnétique du champ de bataille dans la zone où il se trouve et détecter automatiquement la disponibilité de la bande passante et du spectre requis. Par conséquent, l'attribution des ressources spectrales peut être effectuée rapidement à l'aide de CR, et la fréquence de communication peut également être ajustée automatiquement pendant le processus de communication. Cela améliore non seulement la vitesse de mise en réseau, mais améliore également la compatibilité électromagnétique de l'ensemble du système de communication.
3.3 Améliorer la capacité de brouillage EOD anti-interférence du système
La capacité anti-brouillage est un indicateur important pour mesurer les équipements de communication dans les conditions de la guerre moderne, et c'est également une garantie importante pour gagner la guerre. Les technologies traditionnelles d'anti-canal antibrouillage incluent principalement le spectre étalé, le saut de fréquence, le saut de temps et les technologies associées qui en découlent. CR a non seulement la capacité anti- ci-dessus, mais supprime également les interférences en ajustant la direction du faisceau grâce à son utilisation de la technologie de détection de position, combinée à la technologie DBF. CR améliore non seulement la capacité anti-interférence, mais peut également réduire la puissance de transmission et améliorer la capacité anti-interception. La radio cognitive possède des capacités avancées d'apprentissage automatique, qui peuvent apprendre et analyser les interférences, afin de pouvoir choisir les stratégies anti-appropriées (choisir le canal de communication approprié, la méthode de modulation, la puissance d'émission, le modèle de saut de fréquence, etc.) pour activement éviter les interférences. De plus, comme la bande de fréquences de travail du CR est très large, cela augmente également la difficulté des interférences.
3.4 Fournir des contre-mesures électroniques de brouilleur de signal RF
La méthode traditionnelle des contre-mesures électroniques consiste à détecter d'abord l'environnement électromagnétique du champ de bataille grâce à la détection radio du champ de bataille, puis à communiquer la situation détectée à la force de contre-mesures électroniques via le réseau de communication de combat, et les troupes responsables de la tâche de contre-mesures électroniques effectueront ingérence. Cette méthode nécessite non seulement beaucoup de ressources humaines et matérielles, mais nécessite également une coopération étroite avec les troupes chargées de la reconnaissance de l'environnement électromagnétique et des contre-mesures électroniques. Par conséquent, la période entre la reconnaissance et la mise en œuvre de l'interférence est longue, ce qui retarde facilement les combattants. Le CR peut identifier rapidement et avec précision un ami ou un ennemi en détectant les caractéristiques du spectre électromagnétique du champ de bataille. Il peut rapidement libérer ou éviter les interférences lors de la reconnaissance du spectre électromagnétique, qui n'est pas disponible dans la radio traditionnelle.
3.5 Améliorer l'interconnectivité du système
À l'heure actuelle, diverses branches de notre armée sont équipées d'un grand nombre de stations de radio de différents modèles. Ces stations de radio ont des fréquences de travail, des puissances d'émission, des méthodes de modulation, etc. différentes et ne peuvent pas assurer l'interconnexion et l'interopérabilité, ce qui est devenu un facteur important limitant les opérations conjointes des trois forces armées. Le brouilleur de brouilleur de téléphone portable peut couvrir une large bande de fréquences et utiliser un logiciel pour réaliser le traitement en bande de base du signal, la modulation IF et la génération de la forme d'onde du signal RF. En chargeant indépendamment différents logiciels, un CR peut communiquer à la fois avec des stations de radio à ondes courtes, des stations de radio à ondes ultra-courtes et même des satellites. C'est précisément parce que CR peut apprendre de manière autonome les protocoles et services de communication réseau,
Améliorer l'interopérabilité et l'interconnectivité du système.
En plus des fonctions et avantages ci-dessus, CR fournit également des fonctions de positionnement et de perception de l'environnement, qui ont les avantages d'être moins sensibles aux interférences radio civiles et une mise en réseau plus rapide, qui sont des avantages irremplaçables de la radio traditionnelle.
4 Opportunités et défis pour la radio cognitive militaire
CR est considéré comme la direction de la prochaine génération de développement de la communication. Étant donné que la technologie CR peut améliorer considérablement l'efficacité d'utilisation du spectre sans fil, elle a attiré une grande attention dans l'industrie et s'est développée rapidement ces dernières années. Cependant, le CR fait toujours face à de nombreux défis, du laboratoire à l'utilisation pratique et militaire :
(1) La plupart des recherches actuelles restent sur la couche physique, et il existe peu de recherches sur les réseaux CR, la topologie des réseaux, les protocoles réseau, etc. ;
(2) La technologie de détection rapide du spectre et d'identification des signaux nécessite des recherches supplémentaires;
(3) Perception environnementale rapide et efficace et comment utiliser efficacement les informations sur la perception environnementale ;
(4) Technologie de rétablissement et de maintenance de la liaison lorsque le CR effectue un ajustement dynamique de la fréquence ;
(5) La conception du terminal CR est complexe, nécessitant un frontal RF -haute-sensibilité à large bande, des algorithmes de traitement du signal numérique rapides et efficaces, ainsi qu'un système robuste et une conception matérielle et logicielle fiable et conforme aux normes militaires ;
(6) Apprentissage automatique et comment mieux utiliser le langage informatique pour rendre le réseau CR plus intelligent et plus conforme aux caractéristiques et aux exigences des communications militaires ;
(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) Miniaturisation et conception à faible consommation d'énergie du terminal.
