1 概述
信息時代，通信已經成為人們工作、生活中不可缺少的重要組成部分，尤其在發(fā)生重大自然災害時，更加凸顯出通信的關鍵作用，作為和水、電一樣的重要基礎設施，通信是報告災情，組織救援必不可少的技術手段。出現突發(fā)性緊急情況時，綜合利用各種通信設備所需的通信手段和方法，稱為“應急通信”。一個完整的應急通信過程通常設計應急指揮中心、應急通信設備與現場三個重要環(huán)節(jié)。
目前市面上常見的寬帶應急通信設備主要基于以下技術實現：
- 公網，包括2G/3G/4G/5G
- 自組網
- 衛(wèi)星通信
- WiFi
其中，基于公網技術的應急通信設備具備較大的傳輸距離但不夠靈活，且在偏遠地帶往往無法正常使用；基于自組網技術的應急通信設備具備較高的靈活性，但是通常不具備公網接入的能力；基于衛(wèi)星通信技術的應急通信設備具備較大的傳輸距離，較大的靈活性，但是費用高昂；基于WiFi技術的應急通信設備具備最低的成本優(yōu)勢，但是性能較差。
對比如下
| | 公網 | 自組網 | 衛(wèi)星通信 | WiFi |
| 傳輸距離 | 大 | 大 | 最大 | 小 |
| 公網接入 | 支持 | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 靈活性 | 低 | 高 | 中 | 高 |
| 可靠性 | 高 | 高 | 高 | 低 |
| 成本 | 高 | 中 | 最高 | 低 |
本方案提出了一種多業(yè)務便攜式寬帶應急通信設備，同時支持公網接入、自組網接入，WIFi熱點，北斗/GPS定位及視頻編碼，可廣泛用于電力巡檢，搶險救災、臨時會議、森林防火、公安消防等場合。
2 系統(tǒng)架構
該設備基于Qualcomm Atheros的高性能WLAN SoC AR9344實現。如圖所示，AR9344本身自帶的WLAN MAC/基帶/射頻可實現無線熱點，便于其他終端設備（如手機、筆記本電腦）接入網絡；AR9344的PCIe接口可用于連接PRM自組網收發(fā)器，實現寬帶自組網，在不依賴任何基礎設施的情況下即可實現遠距離傳輸；AR9344的USB接口可用于連接LTE模塊，實現公網接入；AR9344的串口可以連接北斗/GPS定位模塊，實現定位；AR9344的網口，其中一個用于連接外部設備，另一個用于連接視頻編碼板，使得設備具備視頻編碼、傳輸的能力。電源管理模塊為整機提供穩(wěn)定的電源，保證設備的正常運行。
3 處理器AR9344
AR9344是Qualcomm Atheros的WLAN SoC，內核為MIPS 74Kc，主頻高達533MHz，具有極高的集成度。適合開發(fā)無線路由器，無線AP，無線網橋等。
AR9344集成了一個PCI-e Root Complex及一個PCI-e Endpoint接口，一個5端口百兆以太網交換機，一個MII/RMII/RGMII接口，一個USB2.0 MAC/PHY，支持DDR1/DDR2 SDRAM，支持SPI接口的Flash，支持NAND Flash。AR9344的I2S/SPDIF音頻輸出接口可以連接音頻編解碼芯片，實現音頻相關的應用。
AR9344內部集成了高性能的MAC/基帶/射頻，支持2.4GHz/5GHz 2×2 MIMO，最高可提供300Mbps的無線帶寬。AR9344內部框圖如下所示
4 PRM自組網收發(fā)器
PRM自組網收發(fā)器基于Qualcomm Atheros的高性能無線收發(fā)器AR9582實現，如圖所示，AR9582的射頻輸出信號通過混頻器RFFC2071進行頻譜搬移，用于支持1435MHz頻段，并經過驅動放大器、功率放大器、低通濾波器送至天線；天線接收到的1435MHz射頻信號經過低噪聲放大器、聲表濾波器后送至混頻器RFFC2071進行頻譜搬移，并最終送至AR9582。
4.1 無線收發(fā)器AR9582
AR9582是Qualcomm Atheros推出的一款高性能無線收發(fā)器，支持2*2 MIMO，支持5/10/20/40MHz信道帶寬，具有PCI-e高速接口，最高無線數據帶寬可達300Mbps。AR9582內部集成了MAC，基帶處理器，模數/數模轉換器，2*2 MIMO射頻收發(fā)器，PCI-e接口，并具有較低的功耗。AR9582的內部框圖如下圖所示。
AR9582主要特征
- 支持2*2 MIMO，提高了有效覆蓋距離與吞吐量
- 最高無線數據帶寬為300Mbps
- 片上一次寫入時存儲器
- 支持WEP，TKIP，AES，WAPI硬件加密方式
- 具有PCI Express 1.1接口
- 支持5/10/20/40MHz信道帶寬
4.2 RFFC2071
RFFC2071是Qorvo推出的高集成度，高線性射頻芯片，內部包括寬帶 VCO, PLL和混頻器。內部框圖如下所示。
RFFC2071的主要特征如下：
- 85MHz-2700MHz本振頻率范圍
- 典型步進1.5Hz
- 全集成低相位噪聲VCO與LO緩沖器
- 相位噪聲典型值為0.18 Degree RMS@1GHz
- 高線性度混頻器
- 30-2700MHz混頻器頻率范圍
- 輸入IP3可達23dBm
4.3 驅動放大器
AH323-G是Qorvo推出的高動態(tài)范圍兩級驅動放大器，可以在較大的頻率范圍內達到50dBm的OIP3及33dBm的P1dB，僅消耗680mA電流。AH323-G使用了InGaP/GaAs HBT工藝，使其適用于小型化設備。
AH323-G主要特征如下：
- 700-2700MHz工作頻率范圍
- 1dB壓縮點可達33dBm
- OIP3可達50dBm
- WCDMA鄰道抑制比可達-50dBc
- 內部級間匹配
- 回波損耗優(yōu)于-14dB
- 5V供電電源
4.4 功率放大器
AP561-F是Qorvo推出的高動態(tài)范圍寬帶功率放大器，可在900-2700MHz頻率范圍內工作，最大線性輸出功率可達39dBm。AP561-F AH323-G使用了InGaP/GaAs HBT工藝，使其適用于小型化設備。
AP561-F主要特征如下：
- 700-2900MHz工作頻率范圍
- 1dB壓縮點可達39dBm
- 12V供電電壓
- 鄰道抑制比可達-50dbc
- EVM可達1.5%
- 增益可達13dB
- 具備快速關閉的能力
4.5 低噪聲放大器
TQP3M9037是Qorvo推出的超低噪聲，高線性低噪聲放大器。
TQP3M9037主要特征如下：
- 0.7-6GHz工作頻率范圍
- 超低噪聲，可達0.4dB
- 高增益，可達20dB
- 高線性，可達35dBm
- 可承受高達22dBm連續(xù)輸入波
- 片上匹配
- 內置有源偏置電路
- 具備關斷功能
5 LTE模塊
華為ME909S是基于海思芯片方案的物聯(lián)網無線通信模塊，ME909S系列4G模塊集成華為海思芯片平臺，繼承華為領先的LTE技術，集成DDR降低成本，采用車規(guī)級質量管控。同時作為全球首款Cat4 LTE工業(yè)模塊，同步開放FOTA易升級、降低維護成本。
ME909S系列是車載、跟蹤、工業(yè)路由器、安防監(jiān)控、工業(yè)平板等行業(yè)應用的首選產品。
ME909S主要特征如下：
| 尺寸 | 高30.4mm寬51mm厚3.57mm
重量<12g |
| 封裝 | Mini-PCIe |
| 頻段 | ME909s-821 Mini PCIe:
LTE (FDD): B1,B3,B8
LTE (TDD): B38, B39,B40,B41
DC-HSPA+/HSPA+/HSPA/UMTS : B1, B5, B8,B9
TD-SCDMA: B34, B39
EDGE/GPRS/GSM : 900/1800 MHz |
| 速率 | DC-HSPA+ : 下行:42 Mbps, 上行: 5.76 Mbps
LTE TDD : 下行: 112Mbps , 上行: 10Mbps
(CAT4)LTE FDD: 下行:150 Mbps, 上行: 50 Mbps @Bandwidth 20M (CAT4) |
| 接口 | Mini PCIe |
| 電壓 | 3.2 V to 4.2V (typical: 3.8V) |
| 語音 | PCM語音DTMF |
| 溫度范圍 | -40℃ to 85℃ |
| 操作系統(tǒng) | Linux, Android, WinCE, Windows 8/10 |
6 北斗/GPS模塊
和芯星通 UM220-IV N雙系統(tǒng)高性能GNSS模塊，基于具有完全自主知識產權的雙系統(tǒng)多頻率高性能SoC芯片，能夠同時支持 BD2 B1、GPS L 11兩個頻點。UM220-III N外形尺寸緊湊，采用SMT焊焊盤，支持標準取放及回流焊接全自動化集成，尤其適用于低低成本、低功耗領域。
UM220-IV主要特征如下：
| 電源 | |
| 電壓 | +2.7~3.6 VDC |
| 功耗 | 120mW(典型值) |
| 射頻輸入 | |
| 頻率 | 1559～1577MHz |
| 駐波比比 | ≤1.5 |
| 輸入阻抗 | 50Ω |
| 天線增增益 | 15～30dB |
| 物理特性 | |
| 尺寸 | 16.0*12.2*2.4mm |
7 視頻編碼板
視頻編碼板可根據客戶實際需求選配，本文不展開討論。
