CN214069924U - 一种通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种通信设备，涉及通信技术领域，以解决现有通信设备体积大，重量大，应用场景有限的问题。所述通信设备包括：计算机、软件无线电板卡以及射频组件。本实用新型提供的通信设备具有体积小，重量轻的特点，可以用于无人机搭载，以增加通信设备的应用场景。

Description

一种通信设备

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信设备。

背景技术

LTE(Long Term Evolution,长期演进)一体化通信设备，是使用一个设备内部集成了核心网(EPC)、基带处理单元(BBU)、射频单元(RRU)、集群媒体业务服务等所有网元和相关业务功能，可提供音视频单呼、语音组呼，文字信息传递、通信调度等基于LTE的数字集群业务。

但是，传统的LTE一体化通信设备的重量一般在10kg左右，最低也不低于8kg。体积一般在400mm×300mm×100mm左右，由于体积、重量等因素限制，使得其应用受限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通信设备，具有体积小，重量轻的特点，可以适用于更多的应用场景。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种通信设备，包括：计算机、软件无线电板卡以及射频组件。所述计算机的通信接口与所述软件无线电板卡的通信接口电连接，所述软件无线电板卡的通信接口与所述射频组件电连接。

所述计算机用于收发通信数据，所述软件无线电板卡用于实现通信数据和射频信号的转换，所述软件无线电板卡还用于控制所述射频组件收发射频信号。

与现有技术相比，本实用新型提供的通信设备中，计算机的通信接口与软件无线电板卡的通信接口电连接，软件无线电板卡的通信接口与射频组件电连接，通过使用软件无线电板卡、射频组件与计算机之间的相互配合，即可实现数据的收发，减少了通信设备内的板卡数量、降低了设备的复杂度。因此，本实用新型的通信设备的体积小，重量轻，且使用场景更加广泛。又由于本实用新型的通信设备的器件复杂度降低，因此在加电启动时，可以很快的完成网络部建，使得本实用新型的通信设备的效率得到提升。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中通信设备应用的通信系统的组成框图；

图2为本实用新型实施例中通信设备的立体图；

图3是本实用新型的实施例中通信设备沿着图2中的剖面线A-A’的剖视图；

图4是本实用新型的实施例中通信设备的前面板的结构示意图。

具体实施方式

为了便于清楚描述本实用新型实施例的技术方案，在本实用新型的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本实用新型中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本实用新型中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本实用新型中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a， b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在介绍本实用新型实施例之前首先对本实用新型实施例中涉及到的相关名词作如下释义：

软件无线电(Software Defined Radio，缩写为SDR)技术，是将无线信号，尽可能靠近射频天线进行模/数和数/模的变换，即尽可能早地将接收到的模拟信号数字化，最大程度地通过软件来实现通信的各种功能。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

基于LTE技术的一体化通信设备是按照3GPP的TD-LTE技术标准，设计的4G LTE的无线宽带通信系统。其中，LTE一体化通信设备是区别于传统的 LTE核心网(EPC)、基带单元(BBU)、射频单元(RRU)分离的4G-LTE网络部署方式，使用一个设备内部集成了核心网(EPC)、基带处理单元(BBU)、射频单元(RRU)、集群媒体业务服务等所有网元和相关业务功能，可提供音视频单呼、语音组呼，文字信息传递、通信调度等基于LTE的数字集群业务。该一体化通信设备使用一套系统即可支持专业集群语音、视频调度、宽带数据及短信等功能，具有一体化、小型化、高度集成的特点，可适用于公安、消防、武警的应急救援、抢险救灾等场景。

但由于目前的一体化通信设备的板卡多、设备复杂，因此，一般重量在10kg 左右，最低不低于8kg，体积一般在400mm×300mm×100mm左右。又由于体积、重量、功耗等因素限制，使得该一体化通信设备无法被现有小型无人机负重，很难实现无人机挂载部署，限制了其应用范围。

为了克服上述问题，本实用新型实施例提供了一种通信设备。该通信设备可以应用于LTE通信的通信设备中，也可以作为单独的基站设备使用、作为单独的核心网设备使用或者作为基站与核心网一体化的设备使用。下面以该通信设备作为基站与核心网一体化的设备使用为例，对本实用新型实施例提供的通信设备进行解释说明。

图1示例出本实用新型实施例提供的通信设备应用的通信系统的组成框图。如图1所示，该通信系统包括通信设备以及与该通信设备通信的手机用户端。该通信设备包括：计算机1、软件无线电板卡2以及射频组件3。

如图1所示，上述计算机1的通信接口与软件无线电板卡2的通信接口电连接，软件无线电板卡2的通信接口与射频组件3电连接。其中，计算机1用于收发通信数据，软件无线电板卡2用于实现通信数据和射频信号的转换，软件无线电板卡2还用于控制射频组件3收发射频信号。例如，该控制接口可以为时序控制接口等。此时，该软件无线电板卡2至少包括一个射频接口和一个控制接口。其中，射频接口和射频组件3连接，用于接收射频组件3传送的射频信号或者发送计算机1传送的射频信号给射频组件3。控制接口和射频组件连接，用于控制射频组件3接收空间中的射频信号或者发送软件无线电板卡2传送的射频信号。

如图1所示，当上述通信设备应用于通信系统中时，可以实现数据的收发。例如，当该通信设备处于发送状态时，上述计算机1产生通信数据，并将通信数据通过互相连接的计算机1的通信接口和软线无线电板卡2的通信接口传送给软件无线电板卡2。软件无线电板卡2将该通信数据转换为射频信号后，通过射频组件3发射到空间中，由位于空间中的手机用户端接收射频信号。应理解，这里的通信数据可以是IQ数据等。

又例如，当上述通信设备处于接收状态时，手机用户端发射射频信号到空间中，由软件无线电板卡2控制射频组件3接收空间中的射频信号后，射频组件3 将射频信号放大处理并传送给软件无线电板卡2。软件无线电板卡2接收到射频信号后，将该射频信号转换为通信数据，并将该通信数据通过互相连接的计算机 1的通信接口和软线无线电板卡2的通信接口传送给计算机1，由计算机1对该接收的通信数据进行处理。

由上可知，本实用新型实施例提供的通信设备中，计算机的通信接口与软件无线电板卡的通信接口电连接，软件无线电板卡的通信接口与射频组件电连接，通过使用软件无线电板卡、射频组件与计算机之间的相互配合，即可实现数据的收发，减少了通信设备内的板卡数量、降低了设备的复杂度。因此，本实用新型的通信设备的体积小，重量轻，且使用场景更加广泛。又由于本实用新型的通信设备的器件复杂度降低，因此在加电启动时，可以很快的完成网络部建，使得本实用新型的通信设备的效率得到提升。

图2示例出本实用新型实施例提供的通信设备的立体图，图3示例出本实用新型实施例提供的通信设备沿着图2中的剖面线A-A’的剖视图。如图1～图 3所示，上述计算机1支持LTE和5G通信功能。具体的，该计算机1内的软件包含波形软件和接口驱动程序两部分。其中，计算机1的波形软件可以按照 3GPP协议实现LTE eNB/EPC/IMS以及将来5G的网络系统，构建基于通用处理器的LTE平台或者5G平台。在实际应用中，该基于通用处理器的波形软件可以为OpenAirInterface，可以为srsLTE，也可以为Amarisoft LTE等。

为了尽可能的减少计算机的体积，上述计算机可以为嵌入式板式计算机，该嵌入式板式计算机可以根据实际的通信需求进行硬件的配置。例如，该计算机可以包括嵌入式主板、CPU、内存规格、硬盘等硬件。需要注意的是，该嵌入式主板要根据软件无线电板卡的接口选择适配的通信接口，以保证该计算机的通信接口可以与软件无线电板卡的通信接口电连接，从而实现数据通信。

在实际应用中，按照体积小、重量轻的原则，同时为了满足对计算机的硬件配置的相关要求，上述计算机可以为超恩公司的EMBC-3000-8665U小型嵌入式单板工业计算机。该计算机采用酷睿i7-8665UE四核处理器，16G内存，120G 固态硬盘，且尺寸仅为3.5英寸，使得该计算机既有对数据较强的实时处理性能，又具备外形上小而轻的特点，满足了本实用新型实施例的通信设备中对计算机要求。当然，符合本实用新型实施例中对于计算机的要求的其他的计算机也在可选的范围之内。

如图1～图3所示，为了与上述计算机1适配，使得本实用新型实施例提供的通信设备的可以快速搭建网络，上述软件无线电板卡2可以为USB3.0接口 SDR射频板卡。具体的，软件无线电板卡2上的软件可以包含板卡芯片驱动及FPGA软件包两部分。其中，FPGA软件包是软件无线电板卡2的软件部分用以描述硬件功能的特定的软件包，也是软件无线电技术的重要体现部分。FPGA软件包可以按照系统所需，对软件无线电板卡2的功能进行软件化描述，并通过软件更新硬件，以实现现有技术中复杂的板卡结构可以实现的网络部署功能。

在实际应用中，上述软件无线电板卡可以为NI公司USRP B210软件无线电板卡。USRP B210软件无线电板卡是一个高度集成的软件无线电单板，其射频端采用了ADI公司的AD9361射频集成电路收发器，频率范围为 70MHz～6GHz，可以提供56MHz的实时带宽，可以提供Xilinx的Spartan6可编程FPGA软件包，可以通过USB 3.0接口芯片连接。此时，当上述波形软件为 Amarisoft LTE时，可以使用与USRP B210软件无线电板卡配套的UHD驱动程序与计算机的Amarisoft LTE波形相适配。该UHD驱动程序包含计算机端的接口程序，包含FPGA软件包，包含USB3.0接口芯片固件包，可以与上层的多种 LTE波形较好的适配，与Amarisoft LTE波形的适配也比较简便与稳定。基于此，通信数据可以通过USB3.0接口芯片在计算机与软件无线电板卡间传送。具体的，该软件无线电板卡可以通过USB3.0接口芯片与计算机相连，将计算机发出的通信数据通过软件无线电板卡内部的FPGA软件包完成数字变频处理，通过 AD9361射频集成电路收发器将经过FPGA软件包处理的通信数据转换为射频信号，并通过射频组件发射到空间中，完成发射过程。相类似的，在接收过程中，空间中的射频信号从空间感应到天线上，反向完成，在此不再赘述。

如图1～图3所示，上述射频组件3包括与软件无线电板卡2通信的功率放大器和低噪声放大器。该功率放大器和低噪声放大器用于实现射频信号的放大。该射频组件3还可以包括滤波器、隔离器、双工器、天线等器件。其中，功率放大器和低噪声放大器的输出口通过射频馈线与天线转接口的一侧连接，天线转接口的另一侧与适配频段的天线连接，用于实现对电磁信号的馈送、匹配等功能，使得本实用新型的通信设备对信号的匹配较好，从而实现高效的搭建临时网络。在实际应用中，该射频组件3的可选厂家较多，选择性较大。具体的，为了提高通信设备的性能，可以根据所选的频段选择对应的产品进行适配。例如，该射频组件3可以为频率为2.3GHz～2.4GHz，频段为B40的功率放大器与低噪声放大器一体化的射频组件3，射频组件3的输出功率为20W，可以满足一定距离范围的通信覆盖。

在实际应用中，上述射频组件可以采用TDD模式，以分时控制功率放大器和低噪声放大器的开关。此时，该软件无线电板卡的控制接口可以为时序控制接口。具体的，射频组件的工作过程为：当通信设备处于发送状态时，软件无线电板卡向射频器件发送控制信号，控制信号通过软件无线电板卡的时序控制接口接入射频器件的控制端，用于在控制信号高电平时控制功率放大器开启。此时，功率放大器用于对射频组件接收的射频信号进行放大处理，低噪声放大器不工作。当通信设备处于接收状态时，软件无线电板卡向射频器件发送控制信号，控制信号通过软件无线电板卡的时序控制接口接入射频器件的控制端，用于在控制信号低电平时控制低噪声放大器开启。此时，低噪声放大器用于对射频组件接收的射频信号进行放大处理，功率放大器不工作。

如图2和图3所示，本实用新型实施例提供的通信设备还包括壳体4，用于容纳计算机1、软件无线电板卡2以及射频组件3。需要注意的是，当上述射频组件3包括天线时，该天线连接在通信设备的壳体4的外侧，以便于发射射频信号到空间和接收空间的射频信号。

如图2和图3所示，上述壳体4包括相对第一面和第二面，计算机1与壳体4的第一面固定连接，射频组件3与壳体4的第二面固定连接。应理解，这里的第一面和第二面是相对设置的。例如，当上述通信设备为如图2所示的角度放置时，该第一面可以为通信设备的上表面(图2中具有锯齿状的一面)，第二面可以为该通信设备的下表面(图2中与上表面正对的一面)。此时，计算机 1与壳体4的上表面固定连接，射频组件3与壳体4的下表面固定连接。当然，该第二面也可以为通信设备的上表面(图2中具有锯齿状的一面)，第一面也可以为该通信设备的下表面(图2中与上表面正对的一面)。此时，计算机1与壳体4的下表面连接在一起，射频组件3与壳体4的上表面连接在一起，以保证计算机1和射频组件3产生的热量可以通过壳体4散发到空气中，从而减少热量对计算机1和射频组件3的影响。

如图2和图3所示，为了进一步的增加壳体4的散热效果，上述壳体4的第一面的外表面上和壳体4的第二面的外表面上分别设置有若干个齿状导热片 43。其中，计算机1位于壳体4的第一面的齿状导热片43所在的区域的内表面处，射频组件3位于壳体4的第二面的齿状导热片43所在的区域的内表面处。需要注意的是，齿状导热片43的高度和齿状导热片43所覆盖的区域的大小可以根据射频组件3或者计算器1的功率来进行设计，在此不做限定。例如，当通信设备为如图2所示的角度放置，且该通信设备的第一面为该通信设备的上表面(齿状导热片43覆盖区域大，且齿状导热片43的高度较高)，第二面为该通信设备的下表面(齿状导热片43覆盖区域小，且齿状导热片43的高度较低)。此时，当计算机1为超恩公司的EMBC-3000-8665U小型嵌入式单板工业计算机时，由于该计算机1的体积小且需要的功耗较低，因此，计算机1可以位于图2 所示的通信设备的下表面(齿状导热片43覆盖区域小，且齿状导热片43的高度较低)，且为了保证散热效果，计算机1可以与该通信设备的壳体4的齿状导热片43所在的区域的内表面紧贴在一起。又由于射频组件3正常工作时自身的发热量比较大，因此，该射频组件3可以位于图2所示的通信设备的壳体4的上表面(齿状导热片43覆盖区域大，且齿状导热片43的高度较高)，且为了保证散热效果，该射频组件3与该通信设备的壳体4的齿状导热片43所在的区域的内表面紧贴在一起。基于此，本实用新型实施例提供的通信设备通过使用小功率的计算机、小功率的软件无线电板卡和小功率的射频组件，从源头上减少了散热，且将计算机1、射频组件3分别和齿状导热片43固定在一起，从而增加了散热效果，使得本实用新型实施例提供的通信设备中可以在不使用风扇的情况下，设备依然可以正常运行，从而减少了该通信设备的体积与重量，增加了其应用场景。

如图2和图3所示，为了尽可能的减小通信设备的体积，增加其应用场景，上述壳体4可以包括上盖41和下壳体42，射频组件3与上盖41连接，计算机 1和软件无线电板卡2叠放在下壳体42内。图4示例出本实用新型实施例提供的通信设备的前面板的结构示意图。如图4所示，该通信设备的所有接口均可以放置在该通信设备的前面板上，以便于连接线缆、天线和显示通信设备的状态。该前面板包括调试板。打开调试板，可对内部计算机的连接外设进行调试。需要说明的是，本发明实施例提供的通信设备内，所有的结构的连接处均设有密封圈，以保证该通信设备内的密封，从而实现防水，防潮，可以在雨水等恶劣的天气条件中使用。

如图2和图3所示，上述壳体4内部还包括支撑柱5，支撑柱5与壳体4固定连接。计算机1位于支撑柱5的下部，固定在壳体1内。软件无线电板卡2固定在支撑柱5上，射频组件3位于支撑柱5的上部，固定在壳体4内。应理解，为了保证软件无线电板卡2可以稳定的固定在计算机1和射频组件3之间，该支撑柱5的个数可以为多个。例如，该支撑柱5的个数可以为4个。该支撑柱5 可以位于上盖41内，也可以位于下壳体42内。具体的，例如，如图3所示，当上述支撑柱5位于下壳体42内时，计算机1位于支撑柱5的下部，计算机1与下壳体42的内表面紧贴在一起，射频组件3与上盖41的内表面紧贴在一起。此时，软件无线电板卡2与支撑柱5固定在一起。又例如，当上述支撑柱5位于上盖41内时，射频组件3可以位于支撑柱5的上部，射频组件3固定在上盖 41内，计算机1可以位于支撑柱5的下部，软件无线电板卡2与支撑柱5固定在一起。应理解，该支撑柱5与软件无线电板卡2的固定方式可以根据实际情况进行选择。例如，该支撑柱5可以通过与计算机1平行的方式固定在壳体4 内，此时，支撑柱5的一端与壳体连接，另一端与软件无线电板卡连接，类似于“蹦床”的结构。又例如，该支撑柱5也可以通过与计算机1有一定角度的方式固定在壳体4内，此时，支撑柱5的一端与壳体连接，另一端与软件无线电板卡连接。需要说明的是，当支撑柱5的个数为多个(例如支撑柱5的个数为4 个)时，部分支撑柱5或者全部支撑柱5可以固定在计算机1或者射频组件3 上，以保证通信设备的体积尽可能的小。基于此，本实用新型实施例提供的通信设备通过在壳体4的内部设置支撑柱5以实现计算机1，软件无线电板卡2以及射频组件3的叠放，从而使该通信设备的整体结构体的体积变小，使得该通信设备可以被无人机挂载，从而可以随人员需求移动部署，实现了一定范围的通信覆盖，使得所覆盖区域内的人员和手机终端都可实现专用内部网络的通信。例如，在紧急状态下，因某种原因导致的本地塔架基站被毁，导致通信中断，可以使用无人机挂载本实用新型实施例提供的通信设备快速替代塔架的功能，在高空中建立通信网络，以使该区域内的人员之间建立通信，从而可以应急处理突发状况，增加了通信设备的使用场景。

尽管在此结合各实施例对本实用新型进行了描述，然而，在实施所要求保护的本实用新型过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising) 一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本实用新型进行了描述，显而易见的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本实用新型的示例性说明，且视为已覆盖本实用新型范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种通信设备，其特征在于，包括：计算机、软件无线电板卡以及射频组件；所述计算机的通信接口与所述软件无线电板卡的通信接口电连接，所述软件无线电板卡的通信接口与所述射频组件电连接；

所述计算机用于收发通信数据，所述软件无线电板卡用于实现通信数据和射频信号的转换，所述软件无线电板卡还用于控制所述射频组件收发射频信号。

2.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述计算机支持LTE和5G通信功能。

3.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述计算机为超恩公司的EMBC-3000-8665U小型嵌入式单板工业计算机。

4.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述软件无线电板卡为USB3.0接口SDR射频板卡。

5.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述射频组件包括与所述软件无线电板卡通信的功率放大器和低噪声放大器；

当所述通信设备处于发送状态时，所述功率放大器用于对所述射频组件接收的射频信号进行放大处理，所述低噪声放大器不工作；

当所述通信设备处于接收状态时，所述低噪声放大器用于对所述射频组件接收的射频信号进行放大处理，所述功率放大器不工作。

6.根据权利要求1所述的通信设备，其特征在于，所述通信设备还包括壳体，用于容纳所述计算机、所述软件无线电板卡以及所述射频组件。

7.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述壳体包括相对第一面和第二面；所述计算机与所述壳体的第一面固定连接，所述射频组件与所述壳体的第二面固定连接。

8.根据权利要求7所述的通信设备，其特征在于，所述壳体的第一面的外表面上和所述壳体的第二面的外表面上分别设置有若干个齿状导热片；所述计算机位于所述壳体的第一面的齿状导热片所在的区域的内表面处，所述射频组件位于所述壳体的第二面的齿状导热片所在的区域的内表面处。

9.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述壳体包括上盖和下壳体，所述射频组件与所述上盖连接，所述计算机和所述软件无线电板卡叠放在所述下壳体内。

10.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述壳体内部还包括支撑柱，所述支撑柱与所述壳体连接；所述计算机位于所述支撑柱的下部，固定在所述壳体内，所述软件无线电板卡固定在所述支撑柱上，所述射频组件位于所述支撑柱的上部，固定在所述壳体内。

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