كما نعلم جميعا ، فإن الطيف الراديوي هو مورد طبيعي قيم. على الرغم من أن الطيف الكهرومغناطيسي أقل من 3000 جيجاهرتز يسمى نظريا الطيف الراديوي ، نظرا للقيود التقنية ، فإن البشر يقسمون حاليا نطاق تردد الاستخدام فقط من 9 كيلو هرتز إلى 400 جيجاهرتز. والواقع أن نطاقات التردد العسكرية تتركز تحت 40 غيغاهرتز، في حين تتركز نطاقات التردد المدنية أساسا تحت 3 غيغاهرتز. ومع التطور السريع لتكنولوجيا الاتصالات المتنقلة، تظهر خدمات اتصالات لاسلكية جديدة في تيار لا نهاية له، ويستمر عدد المستعملين في الازدياد، وتصبح موارد الطيف نادرة بشكل متزايد. ومن أجل حل هذه المشكلة، اخترع على التوالي مجموعة متنوعة من تقنيات التشكيل المتقدمة، وتقنيات الترميز، وتقنيات الهوائيات المتعددة، وتكييف الروابط، وغيرها من التكنولوجيات الجديدة. وقد حسنت هذه التقنيات سعة القناة من زوايا مختلفة وحققت نتائج جيدة. ومع ذلك ، نظرا لحد شانون ، من المستحيل زيادة سعة القناة إلى أجل غير مسمى. وعلى الرغم من أنه يمكن إعادة استخدام الطيف الراديوي، بالنسبة لنقطة تردد معينة أو نطاق تردد معين، إلا أنه محدود في مجال زمني ومجال فضائي معينين، ولا يمكن إعادة استخدامه. وفي تناقض صارخ مع النقص في موارد الطيف، هناك معدل استخدام منخفض للغاية للطيف القائم.
ويبين الشكل 1 استخدام الطيف من 0 إلى 6 غيغاهرتز الذي اختبرته جامعة كاليفورنيا، بيركلي. وتبين نتائج القياس الفعلية أنه في نطاق التردد العالمي المرخص، حتى في نطاق التردد من 300 ميغاهرتز إلى 3 غيغاهرتز الذي يتسم بخصائص جيدة لانتشار الإشارة والطلب الشديد الشديد، يقل معدل استخدام الطيف عن 6 في المائة؛ وفي نطاق التردد GHz 4-3، ينخفض معدل استخدام الطيف إلى 0.5٪؛ فوق 4GHz ، واستخدام التردد أقل. ولذلك، أصبحت كيفية تقاسم موارد الطيف بفعالية وتحسين استخدام الطيف تحسينا كاملا مشكلة ملحة يتعين حلها. وفي هذا السياق، تقترح تكنولوجيا الراديو المعرفي (CR، الراديو المعرفي) حلا جديدا - تحسين كفاءة استخدام الطيف اللاسلكي من خلال تقاسم الطيف الديناميكي (DSS، تقاسم الطيف الديناميكي).
تطبيق الراديو المعرفي في الاتصالات العسكرية
3-1 زيادة قدرة نظام الاتصالات
إن النقص في الطيف اللاسلكي ليس بارزا فقط في المجال المدني ، ولكن أيضا في المجال العسكري. خاصة في ظل ظروف الحرب الحديثة ، يتم إعداد مجموعة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية بشكل مكثف في منطقة محدودة ، مما سيجعل موارد الطيف ضيقة للغاية. وعلاوة على ذلك، ومع رفع مستوى المعدات الراديوية المدنية والزيادة الحادة في عدد المستعملين، يتزايد الطلب على الطيف أيضا. وقد تقدمت بعض المنظمات في بعض البلدان بطلب لتخصيص جزء من الطيف العسكري للاستخدام المدني. ومما لا شك فيه أن هذا الاتجاه سيزيد من تفاقم النقص في موارد الطيف الراديوي العسكرية. يمكن للمسؤولية الاجتماعية استخدام موارد الطيف ديناميكيا ، والتي يمكن أن تحسن نظريا استخدام الطيف عشرات المرات. لذلك ، حتى لو تم اعتماد CR جزئيا ، يمكن تحسين قدرة نظام الاتصالات بأكمله بشكل كبير.
2.3 تحسين كفاءة إدارة الطيف
وتمثل إدارة الطيف في ساحة المعركة موضوعا بالغ الأهمية، ويعلق جيش جميع البلدان أهمية كبيرة على البحث في هذه المسألة. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، يتم تخصيص الطيف في ساحة المعركة بشكل أساسي في شكل توزيع الترددات الثابتة. من الوضع القتالي الفعلي ، هذه الخطة ليست ناجحة تماما. فمن ناحية، لا يؤدي مخطط التخصيص هذا إلى انخفاض استخدام موارد الطيف فحسب، بل يؤدي أيضا بسهولة إلى تداخل كهرومغناطيسي داخل النظام أو بين القوات الصديقة؛ من ناحية أخرى ، يتطلب مخطط التخصيص هذا الكثير من الوقت لتخطيط الطيف قبل بدء المعركة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، بمجرد تحديد تردد الاتصال ، لا يمكن تغييره بغض النظر عما يحدث في حالة القتال. لأن
لذلك ، في الحرب الحديثة حيث يتغير وضع ساحة المعركة بسرعة ، من السهل تأخير مخطط تخصيص الطيف الثابت للمقاتلين. يمكن ل CR استشعار البيئة الكهرومغناطيسية لساحة المعركة في المنطقة التي تقع فيها ، والكشف تلقائيا عن توافر النطاق الترددي والطيف المطلوبين. ولذلك، يمكن إنجاز تخصيص موارد الطيف بسرعة بمساعدة السجل التجاري، ويمكن أيضا تعديل تردد الاتصال تلقائيا أثناء عملية الاتصال. فهو لا يحسن سرعة الشبكات فحسب ، بل يحسن أيضا التوافق الكهرومغناطيسي لنظام الاتصالات بأكمله.
3.3 تحسين قدرة جهاز التشويش على التخلص من الذخائر المتفجرة المضادة للتداخل للنظام
تعد القدرة على مكافحة التشويش مؤشرا مهما لقياس معدات الاتصالات في ظل ظروف الحرب الحديثة ، كما أنها ضمان مهم لكسب الحرب. وتشمل التكنولوجيات التقليدية المضادة للتشويش على القنوات أساسا طيف الانتشار، والقفز بين الترددات، والقفز الزمني، والتكنولوجيات ذات الصلة المستمدة منها. لا تتمتع CR بالقدرة المضادة للتداخل المذكورة أعلاه فحسب ، بل تمنع أيضا التداخل عن طريق ضبط اتجاه الشعاع بسبب استخدامها لتقنية استشعار الموضع ، جنبا إلى جنب مع تقنية DBF. لا تعمل CR على تحسين القدرة المضادة للتداخل فحسب ، بل يمكنها أيضا تقليل قوة الإرسال وتحسين القدرة على مكافحة الاعتراض. يتمتع الراديو المعرفي بقدرات متقدمة للتعلم الآلي ، والتي يمكنها تعلم وتحليل التداخل ، بحيث يمكنها اختيار استراتيجيات مكافحة التشويش المناسبة (اختيار قناة الاتصال المناسبة ، وطريقة التعديل ، وطاقة الإرسال ، ونمط قفز التردد ، وما إلى ذلك) لتجنب التداخل بنشاط . بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لأن نطاق تردد العمل الخاص ب CR واسع جدا ، فإنه يزيد أيضا من صعوبة التداخل.
3.4 توفير التشويش على إشارة الترددات اللاسلكية التدابير المضادة الإلكترونية
الطريقة التقليدية للتدابير المضادة الإلكترونية هي أولا الكشف عن البيئة الكهرومغناطيسية لساحة المعركة من خلال الكشف اللاسلكي في ساحة المعركة ، ثم توصيل الوضع المكتشف إلى قوة التدابير المضادة الإلكترونية من خلال شبكة اتصالات المعركة ، وستقوم القوات المسؤولة عن مهمة التدابير المضادة الإلكترونية بتنفيذ التدخل. لا تتطلب هذه الطريقة الكثير من القوى العاملة والموارد المادية فحسب ، بل تتطلب أيضا تعاونا وثيقا مع القوات المسؤولة عن استطلاع البيئة الكهرومغناطيسية والتدابير المضادة الإلكترونية. لذلك ، فإن الفترة من الاستطلاع إلى تنفيذ التدخل طويلة ، والتي من السهل تأخير المقاتلين. يمكن ل CR تحديد الصديق أو العدو بسرعة ودقة عن طريق استشعار خصائص الطيف الكهرومغناطيسي لساحة المعركة. يمكنه إطلاق التداخل أو تجنبه بسرعة أثناء إجراء استطلاع الطيف الكهرومغناطيسي ، وهو أمر غير متوفر في الراديو التقليدي.
3.5 تعزيز الترابط بين الأنظمة
في الوقت الحاضر ، تم تجهيز فروع مختلفة من جيشنا بعدد كبير من المحطات الإذاعية من نماذج مختلفة. ولهذه المحطات الراديوية ترددات عمل مختلفة، وقدرة إرسال، وطرق تشكيل، وما إلى ذلك، ولا يمكنها تحقيق الربط البيني وقابلية التشغيل البيني، الأمر الذي أصبح عاملا هاما يقيد العمليات المشتركة للقوات المسلحة الثلاث. يمكن أن يغطي جهاز التشويش على الهاتف الخليوي نطاق تردد واسع ، ويستخدم برنامجا لتحقيق معالجة النطاق الأساسي للإشارة ، وتعديل IF وتوليد الشكل الموجي لإشارة RF. من خلال تحميل برامج مختلفة بشكل مستقل ، يمكن ل CR التواصل مع كل من محطات الراديو ذات الموجات القصيرة ، ومحطات الراديو ذات الموجات القصيرة للغاية ، وحتى الأقمار الصناعية. ذلك على وجه التحديد لأن CR يمكن أن تتعلم بشكل مستقل بروتوكولات وخدمات اتصالات الشبكة ،
تحسين قابلية التشغيل البيني والترابط بين النظام.
وبالإضافة إلى الوظائف والمزايا المذكورة أعلاه، توفر CR أيضا وظائف تحديد المواقع وإدراك البيئة، التي تتمتع بمزايا كونها أقل عرضة للتداخل الراديوي المدني والشبكات الأسرع، وهي مزايا لا يمكن الاستغناء عنها للراديو التقليدي.
4 الفرص والتحديات للراديو المعرفي العسكري
تعتبر CR هي اتجاه الجيل القادم من تطوير الاتصالات. نظرا لأن تقنية CR يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة استخدام الطيف اللاسلكي ، فقد جذبت اهتماما كبيرا في الصناعة وتطورت بسرعة في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، لا يزال CR يواجه العديد من التحديات من المختبر إلى الاستخدام العملي والعسكري:
(1) معظم البحوث الحالية تبقى في الطبقة المادية، وهناك عدد قليل من البحوث حول شبكات السجل التجاري، وطوبولوجيا الشبكات، وبروتوكولات الشبكات، وما إلى ذلك؛
(2) تحتاج تكنولوجيا الاستشعار السريع للطيف وتحديد الإشارات إلى مزيد من البحث؛
(3) الإدراك البيئي السريع والفعال وكيفية الاستخدام الفعال لمعلومات الإدراك البيئي؛
(4) ربط تكنولوجيا إعادة الإنشاء والصيانة عندما تقوم CR بإجراء تعديل ديناميكي للترددات؛
(5) تصميم محطة CR الطرفية معقد ، ويتطلب واجهة أمامية واسعة النطاق وعالية الحساسية للترددات اللاسلكية ، وخوارزميات معالجة الإشارات الرقمية السريعة والفعالة ، وتصميم قوي وموثوق به للأجهزة والبرامج يفي بالمعايير العسكرية ؛
(6) التعلم الآلي وكيفية الاستفادة بشكل أفضل من لغة الحاسوب لجعل شبكة الاتصالات الراديوية أكثر ذكاء وأكثر انسجاما مع خصائص ومتطلبات الاتصالات العسكرية؛
(7) التوافق بين السجل التجاري والمعدات النشطة. تكلفة محطات CR مرتفعة ، وحتى للاستخدام العسكري ، من المستحيل تجهيز القوات على نطاق واسع في فترة زمنية قصيرة. وهذا يتطلب أن يغطي السجل التجاري معظم نطاقات التردد وطرق التشكيل وطرق قفز التردد لمعدات الاتصالات النشطة التابعة لجيشنا؛
(8) التصغير وتصميم استهلاك الطاقة المنخفض للمحطة.
