认知无线电在军事中的应用

一般情况下，白色区域和有限度的灰色区域都可以被感知用户使用。在特定地理位置，CR将一定的频段分为若干个子信道。通过频谱感知和机器学习技术，将这些子信道分别纳入黑色、灰色和白色的"频谱池"，频谱池中的频谱可以是不连续的，如图2所示。感知用户尽可能利用白色频谱池内的子信道建立链路。当白色频谱池中的子信道容量不够时，感知用户可以随时占用灰色频谱池中的空闲信道。但是一旦主用户要再次使用被感知用户占用的子信道时，感知用户必须切换到其他信道上，为授权用户腾出这个信道。

频谱池共享技术的关键问题是如何对特定的频谱或者是子信道进行准确归类。一般情况下，CR是通过多抽头奇异值分解(MTM-SVD，Multi-Tape Method SVD)算法，对特定时间、具体位置的频谱使用情况进行分析并归类。实际上，频谱池中的频率成份是动态变化的。因此，一旦有授权用户正在使用的子信道被CR纳入空闲的灰色区域，甚至是白色区域时，感知用户就有可能干扰授权用户的正常通信。因此，不论何时何地，都应保证检测过程的灵敏性和可靠性。

2.3 位置感知技术

不同的地理环境对无线电信号的传输会产生不同的影响。比如，室内与室外、市区与乡村、山区与平原相比，后者就更适合无线电信号的传输。CR与全球定位系统(GPS)以及地理信息系统(GIS，Geography Information System)结合，通过自我学习的方法，能够识别出自身所处的地理位置，进而能根据地理环境选择合适的发送频率、调制方式等参数。比如，在市区内，由于电磁环境复杂，多径衰落较大，可以采用抗多径衰落较好的OFDM调制。在乡村，由于电磁环境优良，可以采用较大的功率，传输更远的距离。

此外，如图3所示，将位置感知技术与数字波束形成技术结合，可以使CR辐射模式沿着接收端方向，不仅能够降低传输能量，而且可以有效降低CR和其他用户之间的干扰，此外还可以提高CR的抗截获能力。

2.4 链路保持技

一旦授权用户要再次通信，CR必须要在最短的时间内腾出正在使用的频率，并且还要保证自己的通信不被中断，这就是所谓的CR链路保持技术。可以采用LT(Luby Transform)编码技术来实现链路保持。LT编码是一种冗余编码，将长度为L比特的数据分成 k( k=L／l)个输入符号，经过基于Meta-Content的编码就变成了无限长的数据流。接收端只要收到任意K>k个编码符号就可以无失真地还原个比特的原始数据。这种编码方式只需5％(即K=1.05k)的开销就足够无失真译码了。通过增加链路的冗余，进而达到数据的冗余。在不同的电磁环境下，链路的最佳冗余数是不同的，但并非冗余越多，链路可靠性就越高。

实际上，除了上述技术之外，CR还包括机器学习技术、功率控制技术、数字波束形成技术、自适应调制解调技术、软件无线升级技术、信道估计技术、数字信号处理等诸多先进技术。鉴于这些技术非CR特有，在此不予进行专门讨论。

3 认知无线电在军事通信中的应用
3.1 提高通信系统容量

无线频谱短缺的问题，不仅在民用领域比较突出，在军用领域也是如此。尤其是在现代战争条件下，多种电子设备在有限的地域内密集开设，将使得频谱资源异常紧张。并且，随着民用无线电设备的更新换代和用户数量的急剧增加，对频谱的需求也越来越多。有一些国家的一些组织已经申请将部分军用频谱划归民用。这一动向无疑将更进一步加剧了军用无线电频谱资源短缺的问题。而CR能够动态利用频谱资源，理论上可使频谱利用率提高数十倍。因此，即便是部分采用CR，也能较大幅度提高整个通信系统的容量。

3.2 提高频谱管理效率

战场频谱管理是一个非常重要的课题，各国军方都非常重视这一问题的研究。然而，目前基本都采用固定频率分配的形式进行战场频谱分配。从实战情况来看这种方案是不完全成功的。一方面，这种分配方案不但导致频谱资源利用率较低，而且容易导致系统内部或者友军之间互相产生电磁干扰；另一方面，这种分配方案需要在战斗开始前花费大量的时间进行频谱规划；此外，通信频率一旦确定，在战斗状态下，无论发生什么情况都无法更改。因
此，在战场形势瞬息万变的现代战争中，固定频谱分配方案容易贻误战机。CR能够对所处区域的战场电磁环境进行感知，对所需带宽和频谱的有效性进行自动检测。因此借助CR可以快速完成频谱资源的分配，在通信过程中还可以自动调整通信频率。不仅提高了组网的速度，而且提高了整个通信系统的电磁兼容能力。

3.3 提高系统抗干扰能力

抗干扰能力是现代战争条件下衡量通信设备的一项重要指标，也是取得战争胜利的重要保障。传统的信道抗干扰技术主要包括扩频、