Flexibla frekvenser kan ge Försvars­makten fördelar

För att radiokommunikationen ska fungera behöver Försvarsmakten ha tillgång till ett tillräckligt frekvensspektrum. Men utrymmet är begränsat och kommunikationsbehoven växer. Nu undersöker forskare vid FOI om spektrumet kan användas mer flexibelt.

Radiokommunikation kräver tillgång till frekvenser med en viss bandbredd för att trådlöst kunna överföra den information som önskas. Eftersom det finns en begränsad mängd frekvenser så är användandet konkurrensutsatt, och tillstånd att använda ett visst frekvensspektrum delas ut från myndighetshåll.

– Försvarsmakten har fått tilldelat flera olika områden som de får utnyttja, och då gäller det att utnyttja dem så effektivt som möjligt, säger Patrik Eliardsson som är forskningsledare på FOI:s avdelning Telekrig i Linköping.

Han har på uppdrag av Försvarsmakten undersökt hur flexibel frekvensanvändning kan gynna Försvarsmaktens radiosystem, tillsammans med forskarkollegorna Erik Axell, Kristoffer Hägglund och Gunnar Bark.

Särkrav för militära system

I rapporten Flexibel frekvensanvändning för Försvarsmaktens radiosystem går forskarna igenom forskningsläget på området. Flexibel frekvensanvändning innebär en möjlighet att byta frekvens oftare och anpassa sig, i stället för att alltid använda samma. På så sätt går det att maximera nyttan av sina frekvenser.

– Sändaren behöver välja en frekvens som inte används. Då gäller det att tekniker finns för att hitta en ledig frekvens och att mottagarna också lyssnar på den frekvensen, säger Patrik Eliardsson.

Mycket av forskningen som gjorts hittills är kring civil trådlös kommunikation. På det civila området används redan tekniker för att använda frekvensspektrumet flexibelt, till exempel hos mobiltelefoner som automatiskt byter mellan olika frekvenser och wifi-system.

– Men militära och civila system skiljer sig åt på flera punkter. Det går inte att ta civil teknik rakt av, utan den behöver anpassas till de särkrav Försvarsmakten har.

Militära system måste exempelvis ha garanterad tillgång till rätt spektrum när det behövs. I Försvarsmaktens radiosystem har varje radionät ett visst spektrum enligt en plan som är bestämd i förväg. Det går att justera planen med kort varsel, men inte automatiskt. Militära system måste också vara robusta mot störningar, vilket är en utmaning i takt med att mängden användare och radionät ökar. Där kan flexibel frekvensanvändning vara en fördel, menar forskarna i rapporten.

Stark trend mot maskininlärning

En stor skillnad mellan civila och militära radionät är att de civila utgår från fast infrastruktur med centraliserade system, som i mobiltelefonsystem där varje telefon kommunicerar med en basstation.

– Men i de militära systemen är det sällan fast infrastruktur, utan mobila enheter som rör sig och ska bilda ett radionät. Då passar det inte lika bra med en centraliserad lösning, säger Patrik Eliardsson.

Militära radionät är också ofta av typen multicast, där många mobila enheter samtidigt tar emot samma signal och kommunicerar på samma kanal, vilket gör att alla i radionätet måste vara ense om frekvensplanen. Civila system är i stället oftast unicast, där det bara är en enda sändare och mottagare som måste enas.

En trend forskarna kunde se i sin forskningsgenomgång var ett ökande fokus på maskininlärning för att uppnå större flexibilitet i frekvensanvändningen. Med maskininlärning skulle det kunna gå att skapa självlärande system som effektivt kan lösa allokeringen av frekvenser. Samtidigt gäller det att skapa robusta system och behålla sitt störskydd så att inte en motståndare utmanövrerar systemet.

Multifunktionssystem kan vara intressant för Försvarsmakten framöver, tror forskarna.

– Det är en teknik för att kunna utnyttja samma hårdvara till flera funktioner. Inte bara för att kommunicera, utan det skulle vara möjligt att signalspana eller störa andra system, eller kanske ha en radarfunktion samtidigt, säger Patrik Eliardsson.

Ny kravställning i framtiden

För att uppnå mer flexibel frekvensanvändning behöver radiosystem kunna kommunicera mellan alla parter i nätet kring vilken frekvens de använder. Det är en svårighet för de militära systemen, som har många deltagare i varje nät. Radionät måste också kunna kommunicera sinsemellan för att inte skapa störningar.

– De radiosystem vi har är utvecklade för länge sedan och inte kravställda med sådana här funktioner. Nu krävs det manuella metoder. Vi skulle vilja att systemen hanterar det här automatiskt. Och det är där forskningen kommer in. Hur ska protokoll och gränssnitt se ut, så att det går att kravställa i framtiden?

På sikt är målet att civila och militära användare ska kunna dela frekvenser i större utsträckning. Men ett första steg är att dela mer inom det spektrum Försvarsmakten har fått sig tilldelat, enligt Patrik Eliardsson. Därför har forskarna nu gått vidare med att undersöka i simuleringar och teoretiska utredningar hur frekvenser kan bytas mer flexibelt internt i Försvarsmaktens radiosystem.

– Både med metoder och hur det automatiskt kan ske på protokoll- eller systemnivå. Vi har ett arbete där vi undersöker frekvenskonflikter, hur de uppstår och påverkar kommunikationen. Och så har vi ett arbete där vi ska simulera frekvensvalsalgoritmer, säger Patrik Eliardsson.

Läs rapporten

Läs mer