อย่างที่เราทราบกันดีว่าคลื่นความถี่วิทยุเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีค่า แม้ว่าสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 3000GHz ในทางทฤษฎีจะเรียกว่าคลื่นความถี่วิทยุ เนื่องจากข้อจำกัดทางเทคนิค มนุษย์ในปัจจุบันแบ่งแถบความถี่การใช้งานจาก 9kHz เป็น 400GHz เท่านั้น อันที่จริงย่านความถี่ทหารนั้นมีความเข้มข้นต่ำกว่า 40GHz ในขณะที่ย่านความถี่พลเรือนนั้นมีความเข้มข้นต่ำกว่า 3GHz เป็นหลัก ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสื่อสารเคลื่อนที่ บริการสื่อสารไร้สายรูปแบบใหม่จึงปรากฏขึ้นในกระแสข้อมูลที่ไม่สิ้นสุด จำนวนผู้ใช้ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และทรัพยากรคลื่นความถี่ก็หายากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อที่จะแก้ปัญหานี้ เทคนิคการมอดูเลตขั้นสูง เทคนิคการเข้ารหัส เทคนิคเสาอากาศหลาย-เทคนิค การปรับลิงค์ และเทคโนโลยีใหม่อื่นๆ ได้ถูกคิดค้นขึ้นอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีเหล่านี้ได้ปรับปรุงความจุช่องสัญญาณจากมุมต่างๆ และได้ผลลัพธ์ที่ดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของแชนนอน จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มความจุของช่องอย่างไม่มีกำหนด แม้ว่าคลื่นความถี่วิทยุจะสามารถนำมาใช้ซ้ำได้ แต่สำหรับจุดความถี่หรือแถบความถี่บางจุด สเปกตรัมนั้นจะถูกจำกัดในโดเมนเวลาและขอบเขตของพื้นที่ที่แน่นอน และไม่สามารถใช้ซ้ำได้ ในทางตรงกันข้ามกับการขาดแคลนทรัพยากรคลื่นความถี่อย่างสิ้นเชิงคืออัตราการใช้คลื่นความถี่ที่มีอยู่ต่ำมาก
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).
การประยุกต์ใช้วิทยุปัญญาในการสื่อสารทางทหาร
3.1 เพิ่มขีดความสามารถของระบบสื่อสาร
ปัญหาการขาดแคลนคลื่นความถี่ไร้สายไม่เพียงแต่โดดเด่นในด้านพลเรือน แต่ยังรวมถึงในด้านทหารด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้เงื่อนไขของการทำสงครามสมัยใหม่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายถูกติดตั้งอย่างเข้มข้นในพื้นที่จำกัด ซึ่งจะทำให้ทรัพยากรคลื่นความถี่แน่นมาก นอกจากนี้ ด้วยการอัพเกรดอุปกรณ์วิทยุพลเรือนและจำนวนผู้ใช้ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ความต้องการคลื่นความถี่ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน บางองค์กรในบางประเทศได้สมัครเพื่อจัดสรรสเปกตรัมทางการทหารบางส่วนเพื่อการใช้งานพลเรือน แนวโน้มนี้จะทำให้เกิดปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรคลื่นความถี่วิทยุทางทหารอย่างไม่ต้องสงสัย CR สามารถใช้ทรัพยากรคลื่นความถี่แบบไดนามิก ซึ่งสามารถปรับปรุงการใช้คลื่นความถี่ในทางทฤษฎีได้หลายสิบครั้ง ดังนั้น แม้ว่า CR จะถูกนำมาใช้เพียงบางส่วน ความสามารถของระบบการสื่อสารทั้งหมดก็สามารถปรับปรุงได้อย่างมาก
3.2 ปรับปรุงประสิทธิภาพการจัดการคลื่นความถี่
การจัดการคลื่นความถี่ในสนามรบเป็นเรื่องที่สำคัญมาก และการทหารของทุกประเทศให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวิจัยประเด็นนี้ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน การจัดสรรคลื่นความถี่ในสนามรบนั้นโดยทั่วไปจะดำเนินการในรูปแบบของการจัดสรรความถี่คงที่ จากสถานการณ์การต่อสู้จริง แผนนี้ไม่ประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ ในอีกด้านหนึ่ง รูปแบบการจัดสรรนี้ไม่เพียงแต่นำไปสู่การใช้ทรัพยากรคลื่นความถี่ต่ำ แต่ยังทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายในระบบหรือระหว่างกองกำลังที่เป็นมิตรได้อย่างง่ายดาย ในทางกลับกัน โครงการจัดสรรนี้ต้องใช้เวลามากในการวางแผนคลื่นความถี่ก่อนการต่อสู้จะเริ่มขึ้น นอกจากนี้ เมื่อกำหนดความถี่ในการสื่อสารแล้ว จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นในสถานะการรบ เพราะ
ดังนั้น ในสงครามสมัยใหม่ที่สถานการณ์ในสนามรบเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แผนการจัดสรรคลื่นความถี่คงที่จึงทำให้นักสู้ล่าช้าได้ง่าย CR สามารถตรวจจับสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามรบในพื้นที่ที่ตั้งอยู่ และตรวจจับความพร้อมใช้งานของแบนด์วิดท์และสเปกตรัมที่ต้องการโดยอัตโนมัติ ดังนั้นการจัดสรรทรัพยากรคลื่นความถี่สามารถทำได้อย่างรวดเร็วด้วยความช่วยเหลือของ CR และความถี่ในการสื่อสารสามารถปรับได้โดยอัตโนมัติในระหว่างกระบวนการสื่อสาร ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความเร็วของเครือข่ายเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบสื่อสารทั้งหมดด้วย
3.3 ปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวน EOD ของระบบ
ความสามารถในการต่อต้าน-การรบกวนเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับการวัดอุปกรณ์สื่อสารภายใต้เงื่อนไขของการทำสงครามสมัยใหม่ และยังเป็นการรับประกันที่สำคัญสำหรับการชนะในสงครามอีกด้วย เทคโนโลยีป้องกัน-การรบกวนช่องสัญญาณแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสเปรดสเปกตรัม การข้ามความถี่ การข้ามเวลา และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องที่ได้มาจากเทคโนโลยีดังกล่าว CR ไม่เพียงแต่มีความสามารถในการป้องกัน-การรบกวนข้างต้นเท่านั้น แต่ยังยับยั้งการรบกวนด้วยการปรับทิศทางของลำแสงเนื่องจากการใช้เทคโนโลยีการตรวจจับตำแหน่งร่วมกับเทคโนโลยี DBF CR ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความสามารถในการป้องกัน-การรบกวนเท่านั้น แต่ยังสามารถลดกำลังส่งและปรับปรุงความสามารถในการป้องกัน-การสกัดกั้น วิทยุความรู้ความเข้าใจมีความสามารถในการเรียนรู้ของเครื่องขั้นสูง ซึ่งสามารถเรียนรู้และวิเคราะห์การรบกวน เพื่อให้สามารถเลือกกลยุทธ์การป้องกันการรบกวน-ที่เหมาะสมได้ (เลือกช่องทางการสื่อสารที่เหมาะสม วิธีการมอดูเลต กำลังส่ง รูปแบบการกระโดดความถี่ ฯลฯ) เพื่อใช้งานอย่างกระตือรือร้น หลีกเลี่ยงการรบกวน นอกจากนี้ เนื่องจากย่านความถี่ในการทำงานของ CR กว้างมาก จึงเพิ่มความยากในการรบกวนด้วย
3.4 จัดให้มีการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ของ jammer สัญญาณ RF
วิธีการแบบดั้งเดิมของมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์คือการตรวจจับสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามรบก่อนผ่านการตรวจจับวิทยุในสนามรบ จากนั้นจึงสื่อสารสถานการณ์ที่ตรวจพบไปยังกองกำลังตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ผ่านเครือข่ายการสื่อสารการต่อสู้ และกองทหารที่รับผิดชอบงานมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์จะดำเนินการ การรบกวน. วิธีนี้ไม่เพียงแค่ต้องใช้กำลังคนและทรัพยากรจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังต้องอาศัยความร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับกองทหารที่รับผิดชอบด้านการลาดตระเวนสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าและมาตรการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้นระยะเวลาตั้งแต่การลาดตระเวนไปจนถึงการดำเนินการแทรกแซงจึงยาวนาน ซึ่งทำให้นักสู้ล่าช้าได้ง่าย CR สามารถระบุเพื่อนหรือศัตรูได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำโดยการตรวจจับคุณลักษณะของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าในสนามรบ มันสามารถปล่อยหรือหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนได้อย่างรวดเร็วในขณะที่ทำการลาดตระเวนสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งไม่มีในวิทยุแบบดั้งเดิม
3.5 ปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างระบบ
ในปัจจุบัน กองทัพของเราสาขาต่างๆ มีสถานีวิทยุรุ่นต่างๆ จำนวนมาก สถานีวิทยุเหล่านี้มีความถี่ในการทำงานที่แตกต่างกัน กำลังส่ง วิธีการมอดูเลต ฯลฯ และไม่สามารถบรรลุการเชื่อมต่อและการทำงานร่วมกันได้ ซึ่งได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการทำงานร่วมกันของกองกำลังทั้งสาม Jammer scrambler ของโทรศัพท์มือถือสามารถครอบคลุมย่านความถี่กว้าง และใช้ซอฟต์แวร์เพื่อให้ทราบถึงการประมวลผลเบสแบนด์ของสัญญาณ การมอดูเลต IF และการสร้างรูปคลื่นสัญญาณ RF ด้วยการโหลดซอฟต์แวร์ที่แตกต่างกันอย่างอิสระ CR สามารถสื่อสารกับสถานีวิทยุคลื่นสั้นทั้งสอง สถานี สถานีวิทยุคลื่นสั้นพิเศษ- และแม้แต่ดาวเทียม อย่างแม่นยำเพราะ CR สามารถเรียนรู้โปรโตคอลและบริการการสื่อสารของเครือข่ายโดยอัตโนมัติ
ปรับปรุงการทำงานร่วมกันและการเชื่อมต่อระหว่างกันของระบบ
นอกเหนือจากฟังก์ชันและข้อดีข้างต้นแล้ว CR ยังมีฟังก์ชันการระบุตำแหน่งและการรับรู้สภาพแวดล้อม ซึ่งมีข้อดีคือไม่ไวต่อสัญญาณรบกวนวิทยุพลเรือนและเครือข่ายที่เร็วกว่า ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่ไม่สามารถถูกแทนที่ของวิทยุแบบเดิม
4 โอกาสและความท้าทายสำหรับวิทยุรับรู้ทางการทหาร
CR ถือเป็นแนวทางในการพัฒนาการสื่อสารรุ่นต่อไป เนื่องจากเทคโนโลยี CR สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้คลื่นความถี่ไร้สายได้อย่างมาก จึงได้รับความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมและมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม CR ยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมายตั้งแต่ห้องปฏิบัติการไปจนถึงการใช้งานจริงและการทหาร:
(1) งานวิจัยปัจจุบันส่วนใหญ่อยู่ที่ชั้นกายภาพ และมีงานวิจัยเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับเครือข่าย CR, โทโพโลยีเครือข่าย, โปรโตคอลเครือข่าย ฯลฯ
(2) เทคโนโลยีการตรวจจับสเปกตรัมและการระบุสัญญาณที่รวดเร็วจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม
(3) การรับรู้ด้านสิ่งแวดล้อมอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ และวิธีการใช้ข้อมูลการรับรู้ด้านสิ่งแวดล้อมอย่างมีประสิทธิภาพ
(4) เชื่อมโยง-เทคโนโลยีการสร้างและบำรุงรักษาใหม่เมื่อ CR ทำการปรับความถี่แบบไดนามิก
(5) การออกแบบเทอร์มินัล CR นั้นซับซ้อน ซึ่งต้องใช้-วงกว้าง-ส่วนหน้า RF ความไวสูง-ปลาย-อัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ และความแข็งแกร่งและ การออกแบบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่เชื่อถือได้ซึ่งตรงตามมาตรฐานทางการทหาร
(6) การเรียนรู้ของเครื่องและวิธีการใช้ภาษาคอมพิวเตอร์ให้ดีขึ้นเพื่อให้เครือข่าย CR ฉลาดขึ้นและสอดคล้องกับลักษณะและข้อกำหนดของการสื่อสารทางทหาร
(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) การย่อขนาดและการออกแบบการใช้พลังงานต่ำของเทอร์มินัล
