ご存知のように、電波スペクトルは貴重な天然資源です。 3000GHz未満の電磁スペクトルは理論的には無線スペクトルと呼ばれますが、技術的な制限により、現在、人間は使用周波数帯域を9kHzから400GHzにしか分割していません。 実際、軍用周波数帯は40GHz未満に集中していますが、民間用周波数帯は主に3GHz未満に集中しています。 移動体通信技術の急速な発展に伴い、新しい無線通信サービスが無限の流れで出現し、ユーザー数は増え続け、スペクトルリソースはますます不足しています。 この問題を解決するために、さまざまな高度な変調技術、コーディング技術、マルチ-アンテナ技術、リンク適応、およびその他の新しい技術が次々と発明されてきました。 これらの技術は、さまざまな角度からチャネル容量を改善し、良好な結果を達成しました。 ただし、シャノンの制限により、チャネル容量を無期限に増やすことはできません。 無線スペクトルは再利用できますが、特定の周波数ポイントまたは周波数帯域では、特定の時間領域および空間領域に制限されており、再利用できません。 スペクトルリソースの不足とはまったく対照的に、既存のスペクトルの使用率は非常に低くなっています。
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).
軍事通信におけるコグニティブ無線の応用
3.1通信システムの容量を増やす
無線スペクトルの不足は、民間分野だけでなく、軍事分野でも顕著です。 特に現代の戦争の状況下では、さまざまな電子機器が限られたエリアに集中的に設置されているため、スペクトルリソースは非常にタイトになります。 また、民間無線機器のアップグレードや利用者数の急増に伴い、スペクトラムの需要も高まっています。 一部の国の一部の組織は、軍事スペクトルの一部を民間の使用に割り当てることを申請しています。 この傾向は、間違いなく、軍事無線スペクトルリソースの不足をさらに悪化させるでしょう。 CRはスペクトルリソースを動的に利用できます。これにより、理論的にはスペクトル利用を数十倍向上させることができます。 したがって、CRを部分的に採用しても、通信システム全体の容量を大幅に向上させることができます。
3.2スペクトル管理効率の向上
戦場のスペクトル管理は非常に重要なテーマであり、すべての国の軍隊はこの問題の研究を非常に重要視しています。 しかし、現在、戦場のスペクトル配分は基本的に固定周波数配分の形で行われています。 実際の戦闘状況から、この計画は完全には成功していません。 一方では、この割り当てスキームは、スペクトルリソースの使用率を低下させるだけでなく、システム内または友軍間の電磁干渉を容易に引き起こします。 一方、この割り当てスキームでは、戦闘が始まる前にスペクトル計画に多くの時間が必要です。 また、通信周波数が決まれば、戦闘状態で何が起こっても変更できません。 なぜなら
したがって、戦場の状況が急速に変化している現代の戦争では、固定スペクトル割り当てスキームは戦闘機を遅らせるのは簡単です。 CRは、それが配置されているエリアの戦場の電磁環境を検知し、必要な帯域幅とスペクトルの可用性を自動的に検出できます。 したがって、スペクトルリソースの割り当ては、CRを使用して迅速に完了することができ、通信周波数も通信プロセス中に自動的に調整できます。 これにより、ネットワークの速度が向上するだけでなく、通信システム全体の電磁両立性も向上します。
3.3システムの-干渉防止EOD妨害機能を改善する
アンチ-妨害機能は、現代戦の条件下で通信機器を測定するための重要な指標であり、戦争に勝つための重要な保証でもあります。 従来のチャネルアンチ-妨害技術には、主にスペクトラム拡散、周波数ホッピング、時間ホッピング、およびそれらから派生した関連技術が含まれます。 CRは、上記の-干渉防止機能を備えているだけでなく、DBF技術と組み合わせた位置検出技術を使用しているため、ビーム方向を調整することで干渉を抑制します。 CRは、アンチ-干渉能力を向上させるだけでなく、送信電力を削減し、アンチ-インターセプト能力を向上させることができます。 コグニティブ無線は、干渉を学習および分析できる高度な機械学習機能を備えているため、適切な-妨害防止戦略（適切な通信チャネル、変調方式、送信電力、周波数ホッピングパターンなどを選択）を積極的に選択できます。干渉を避けてください。 また、CRの動作周波数帯域が非常に広いため、干渉の難易度も高くなります。
3.4RF信号妨害機の電子的対策を提供する
電子的対抗策の伝統的な方法は、最初に戦場の無線検出によって戦場の電磁環境を検出し、次に検出された状況を戦闘通信ネットワークを介して電子的対策部隊に伝達することであり、電子的対抗策の任務を担当する軍隊が実行します。干渉。 この方法は、多くの人的資源と物的資源を必要とするだけでなく、電磁環境の偵察と電子的対策を担当する軍隊との緊密な協力も必要とします。 そのため、偵察から干渉の実施までの期間が長く、戦闘機の遅延が発生しやすい。 CRは、戦場の電磁スペクトルの特性を感知することにより、敵味方識別装置を迅速かつ正確に識別できます。 従来のラジオでは利用できない電磁スペクトル偵察を実行しながら、干渉をすばやく解放または回避できます。
3.5システムの相互接続性を強化する
現在、私たちの軍隊のさまざまな支部には、さまざまなモデルの多数のラジオ局が装備されています。 これらの無線局は、動作周波数、送信電力、変調方式などが異なり、相互運用性や相互運用性を実現できません。これは、3つの軍隊の統合作戦を制限する重要な要因になっています。 携帯電話のスクランブラー妨害機は、広い周波数帯域をカバーし、ソフトウェアを使用して、信号のベースバンド処理、IF変調、およびRF信号波形の生成を実現できます。 異なるソフトウェアを個別にロードすることにより、CRは短波ラジオ局、超-短波ラジオ局、さらには衛星の両方と通信できます。 CRがネットワーク通信プロトコルとサービスを自律的に学習できるからです。
システムの相互運用性と相互接続性を向上させます。
上記の機能と利点に加えて、CRは測位と環境認識機能も提供します。これらの機能には、従来の無線のかけがえのない利点である、民間無線干渉の影響を受けにくく、ネットワークが高速であるという利点があります。
4軍用コグニティブ無線の機会と課題
CRは次世代のコミュニケーション開発の方向性と考えられています。 CR技術は無線スペクトルの利用効率を大幅に向上させることができるため、業界で大きな注目を集め、近年急速に発展しています。 ただし、CRは、実験室から実用および軍事用途まで、依然として多くの課題に直面しています。
（1）現在の研究のほとんどは物理層にとどまっており、CRネットワーキング、ネットワークトポロジ、ネットワークプロトコルなどに関する研究はほとんどありません。
（2）高速スペクトルセンシングおよび信号識別技術にはさらなる研究が必要です。
（3）迅速かつ効果的な環境認識と、環境認識情報を効果的に活用する方法。
（4）CRが動的周波数調整を実行するときのリンク再-確立および保守技術。
（5）CR端末の設計は複雑であり、広帯域-帯域、高-感度RFフロント-エンド、高速で効率的なデジタル信号処理アルゴリズム、および堅牢で軍事基準を満たす信頼性の高いハードウェアおよびソフトウェア設計。
（6）機械学習と、コンピューター言語をより有効に活用してCRネットワークをよりインテリジェントにし、軍事通信の特性と要件に沿ったものにする方法。
(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）端末の小型化と低消費電力設計。
