1 概述
信息时代，通信已经成为人们工作、生活中不可缺少的重要组成部分，尤其在发生重大自然灾害时，更加凸显出通信的关键作用，作为和水、电一样的重要基础设施，通信是报告灾情，组织救援必不可少的技术手段。出现突发性紧急情况时，综合利用各种通信设备所需的通信手段和方法，称为“应急通信”。一个完整的应急通信过程通常设计应急指挥中心、应急通信设备与现场三个重要环节。
目前市面上常见的宽带应急通信设备主要基于以下技术实现：
- 公网，包括2G/3G/4G/5G
- 自组网
- 卫星通信
- WiFi
其中，基于公网技术的应急通信设备具备较大的传输距离但不够灵活，且在偏远地带往往无法正常使用；基于自组网技术的应急通信设备具备较高的灵活性，但是通常不具备公网接入的能力；基于卫星通信技术的应急通信设备具备较大的传输距离，较大的灵活性，但是费用高昂；基于WiFi技术的应急通信设备具备最低的成本优势，但是性能较差。
对比如下
| 公网 | 自组网 | 卫星通信 | WiFi | |
| 传输距离 | 大 | 大 | 最大 | 小 |
| 公网接入 | 支持 | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 灵活性 | 低 | 高 | 中 | 高 |
| 可靠性 | 高 | 高 | 高 | 低 |
| 成本 | 高 | 中 | 最高 | 低 |
本方案提出了一种多业务便携式宽带应急通信设备，同时支持公网接入、自组网接入，WIFi热点，北斗/GPS定位及视频编码，可广泛用于电力巡检，抢险救灾、临时会议、森林防火、公安消防等场合。
2 系统架构
该设备基于Qualcomm Atheros的高性能WLAN SoC AR9344实现。如图所示，AR9344本身自带的WLAN MAC/基带/射频可实现无线热点，便于其他终端设备（如手机、笔记本电脑）接入网络；AR9344的PCIe接口可用于连接PRM自组网收发器，实现宽带自组网，在不依赖任何基础设施的情况下即可实现远距离传输；AR9344的USB接口可用于连接LTE模块，实现公网接入；AR9344的串口可以连接北斗/GPS定位模块，实现定位；AR9344的网口，其中一个用于连接外部设备，另一个用于连接视频编码板，使得设备具备视频编码、传输的能力。电源管理模块为整机提供稳定的电源，保证设备的正常运行。
3 处理器AR9344
AR9344是Qualcomm Atheros的WLAN SoC，内核为MIPS 74Kc，主频高达533MHz，具有极高的集成度。适合开发无线路由器，无线AP，无线网桥等。
AR9344集成了一个PCI-e Root Complex及一个PCI-e Endpoint接口，一个5端口百兆以太网交换机，一个MII/RMII/RGMII接口，一个USB2.0 MAC/PHY，支持DDR1/DDR2 SDRAM，支持SPI接口的Flash，支持NAND Flash。AR9344的I2S/SPDIF音频输出接口可以连接音频编解码芯片，实现音频相关的应用。
AR9344内部集成了高性能的MAC/基带/射频，支持2.4GHz/5GHz 2×2 MIMO，最高可提供300Mbps的无线带宽。AR9344内部框图如下所示
4 PRM自组网收发器
PRM自组网收发器基于Qualcomm Atheros的高性能无线收发器AR9582实现，如图所示，AR9582的射频输出信号通过混频器RFFC2071进行频谱搬移，用于支持1435MHz频段，并经过驱动放大器、功率放大器、低通滤波器送至天线；天线接收到的1435MHz射频信号经过低噪声放大器、声表滤波器后送至混频器RFFC2071进行频谱搬移，并最终送至AR9582。
4.1 无线收发器AR9582
AR9582是Qualcomm Atheros推出的一款高性能无线收发器，支持2*2 MIMO，支持5/10/20/40MHz信道带宽，具有PCI-e高速接口，最高无线数据带宽可达300Mbps。AR9582内部集成了MAC，基带处理器，模数/数模转换器，2*2 MIMO射频收发器，PCI-e接口，并具有较低的功耗。AR9582的内部框图如下图所示。
AR9582主要特征
- 支持2*2 MIMO，提高了有效覆盖距离与吞吐量
- 最高无线数据带宽为300Mbps
- 片上一次写入时存储器
- 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信道带宽
4.2 RFFC2071
RFFC2071是Qorvo推出的高集成度，高线性射频芯片，内部包括宽带 VCO, PLL和混频器。内部框图如下所示。
RFFC2071的主要特征如下：
- 85MHz-2700MHz本振频率范围
- 典型步进1.5Hz
- 全集成低相位噪声VCO与LO缓冲器
- 相位噪声典型值为0.18 Degree RMS@1GHz
- 高线性度混频器
- 30-2700MHz混频器频率范围
- 输入IP3可达23dBm
4.3 驱动放大器
AH323-G是Qorvo推出的高动态范围两级驱动放大器，可以在较大的频率范围内达到50dBm的OIP3及33dBm的P1dB，仅消耗680mA电流。AH323-G使用了InGaP/GaAs HBT工艺，使其适用于小型化设备。
AH323-G主要特征如下：
- 700-2700MHz工作频率范围
- 1dB压缩点可达33dBm
- OIP3可达50dBm
- WCDMA邻道抑制比可达-50dBc
- 内部级间匹配
- 回波损耗优于-14dB
- 5V供电电源
4.4 功率放大器
AP561-F是Qorvo推出的高动态范围宽带功率放大器，可在900-2700MHz频率范围内工作，最大线性输出功率可达39dBm。AP561-F AH323-G使用了InGaP/GaAs HBT工艺，使其适用于小型化设备。
AP561-F主要特征如下：
- 700-2900MHz工作频率范围
- 1dB压缩点可达39dBm
- 12V供电电压
- 邻道抑制比可达-50dbc
- EVM可达1.5%
- 增益可达13dB
- 具备快速关闭的能力
4.5 低噪声放大器
TQP3M9037是Qorvo推出的超低噪声，高线性低噪声放大器。
TQP3M9037主要特征如下：
- 0.7-6GHz工作频率范围
- 超低噪声，可达0.4dB
- 高增益，可达20dB
- 高线性，可达35dBm
- 可承受高达22dBm连续输入波
- 片上匹配
- 内置有源偏置电路
- 具备关断功能
5 LTE模块
华为ME909S是基于海思芯片方案的物联网无线通信模块，ME909S系列4G模块集成华为海思芯片平台，继承华为领先的LTE技术，集成DDR降低成本，采用车规级质量管控。同时作为全球首款Cat4 LTE工业模块，同步开放FOTA易升级、降低维护成本。
ME909S系列是车载、跟踪、工业路由器、安防监控、工业平板等行业应用的首选产品。
ME909S主要特征如下：
| 尺寸 | 高30.4mm宽51mm厚3.57mm 重量<12g |
| 封装 | Mini-PCIe |
| 频段 | 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 |
| 电压 | 3.2 V to 4.2V (typical: 3.8V) |
| 语音 | PCM语音DTMF |
| 温度范围 | -40℃ to 85℃ |
| 操作系统 | Linux, Android, WinCE, Windows 8/10 |
6 北斗/GPS模块
和芯星通 UM220-IV N双系统高性能GNSS模块，基于具有完全自主知识产权的双系统多频率高性能SoC芯片，能够同时支持 BD2 B1、GPS L 11两个频点。UM220-III N外形尺寸紧凑，采用SMT焊焊盘，支持标准取放及回流焊接全自动化集成，尤其适用于低低成本、低功耗领域。
UM220-IV主要特征如下：
| 电源 | |
| 电压 | +2.7~3.6 VDC |
| 功耗 | 120mW(典型值) |
| 射频输入 | |
| 频率 | 1559～1577MHz |
| 驻波比比 | ≤1.5 |
| 输入阻抗 | 50Ω |
| 天线增增益 | 15～30dB |
| 物理特性 | |
| 尺寸 | 16.0*12.2*2.4mm |
7 视频编码板
视频编码板可根据客户实际需求选配，本文不展开讨论。