无线自组网通信设备的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种无线自组网通信设备。


背景技术：

2.随着智能设备技术的日渐发展，各种智能机器慢慢渗透到我们生活的方方面面。智能设备的应用场景逐渐复杂，工作的环境也愈渐恶劣。同时，各种智能设备的协同作业等项目也在不断发展，对无线通信链路提出更高的要求，传输距离更远、数据吞吐量更大、重量尺寸和功耗更小、抗干扰能力更强等。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种无线自组网通信设备，包括：多核处理器、基带芯片、开关芯片、射频前端芯片、天线、电源管理模块和外围保护及驱动电路；
4.所述多核处理器包括应用处理单元、通信处理单元和音频内存处理单元；所述应用处理单元包括用于所述多核处理器内部控制的四核cpu、以及用于处理图像及视频数据的图形加速器和视频编解码器；所述通信处理单元包括用于处理自组网高层通信协议的单核cpu、用于实现多模物理层的协议栈控制的第一dsp、以及用于实现自组网通信基带算法的第二dsp；所述音频内存处理单元包括用于音频处理和内存控制的第三dsp；
5.所述基带芯片与所述多核处理器连接，所述基带芯片用于对即将发送的射频信号进行编码以及对接收到的射频信号进行解码，射频信号包括自组网通信数据和设备之间传输的音视频数据；
6.所述开关芯片与所述基带芯片连接，所述开关芯片用于实现射频信号的接收与发射的状态切换、以及不同频段间的切换；
7.所述射频前端芯片与所述开关芯片连接，所述射频前端芯片用于对接收或发送的射频信号进行滤波放大处理；
8.所述天线与所述射频前端芯片连接，所述天线用于接收或发送射频信号；
9.所述电源管理模块用于将输入电压转换成不同芯片和电路所需的电压值并进行供电管理；
10.所述外围保护及驱动电路用于实现所述多核处理器和外部接口之间的协议转换和电平转换。
11.可选地，所述应用处理单元包括至少两组所述四核cpu，所述四核cpu的型号为cortex-a53，cortex-a53内含探听控制单元scu，cortex-a53主频为1.8ghz。
12.可选地，所述图形加速器的型号为mali-t820，所述视频编解码器的型号为mali-v550。
13.可选地，所述单核cpu的型号为cortex-a7。
14.可选地，所述多核处理器内嵌dma模块和dma接口，用于实现多核处理器内部的各存储器之间、多核处理器外部的其他模块与多核处理器内部的各存储器、多核处理器外部
的其他模块之间的高效数据交换。
15.可选地，所述通信处理单元还包括用于实现射频硬件接口的rf接口子系统和用于支持数据交互的l12acc子系统。
16.可选地，所述多核处理器内部的cpu支持低功耗/断电模式、支持时钟频率动态调整以及支持总线、模块执行低功耗策略时钟自动关闭。
17.可选地，所述多核处理器内部的通信采用amba总线结构。
18.可选地，所述通信处理单元用于执行mesh无线自组网的算法及协议。
19.可选地，所述四核cpu内嵌加解密与数字签名模，所述加解密与数字签名模用于对发送的射频信号进行签名和加密处理、以及对接收到的射频信号进行解密处理。
20.本技术实施例提供的无线自组网通信设备，采用集成了多个cpu和dsp的低功耗的芯片作为设备的核心处理器，方便实现组网通信过程中需要的各种应用功能，具有高集成性、多功能、重量体积小等优势，从而实现了一种不依赖于运营商基站的便携式通信方式，同时具备传输距离远、数据吞吐量大、抗干扰性强的优势，能够适应各种复杂的应用环境。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本技术实施例提供的无线自组网通信设备的结构示意图；
23.图2为本技术实施例提供的多核处理器内部的结构示意图；
24.图3～图5为本技术实施例提供的无线自组网通信设备的应用场景示意图。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
26.附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
27.参考图1，本技术实施例提供一种无线自组网通信设备10，包括：多核处理器101、基带芯片102、开关芯片103、射频前端芯片104、天线105、电源管理模块106和外围保护及驱动电路107。
28.多核处理器101主要用于对无线自组网通信设备10内部其他的芯片、模块以及电路进行控制，运行自组网通信的相关算法，实现对待发送数据或接收到的数据的相关处理。
29.参考图2，多核处理器内部的层级架构分层明确，包括应用处理单元、通信处理单元和音频内存处理单元。
30.应用处理单元包括四核cpu(中央处理器)、图形加速器和视频编解码器。四核cpu主要用于多核处理器的内部控制，包括但不限于应用层用户层执行的控制方法、用来运行操作系统的多任务、以及多核处理器内部其他核的通断工作和功能运行。为了保证应用处理单元的高效运行，可配置至少两组四核cpu用于多核处理器的内部控制，具体可采用任何
一种适合的cpu，例如上述四核cpu可以选择cortex-a53，cortex-a53内含探听控制单元scu，cortex-a53主频为1.8ghz，为用户提供一个强大的处理器，方便进行各种应用功能的实现，提高芯片的利用和可扩展性。图形加速器和视频编解码器主要用于处理图像和视频数据，以提高设备的图像处理能力，此处处理的图像和视频数据可以是无线自组网通信设备所属的自组网节点(如无人机、机器人、车辆等)采集的图像和视频数据，或接收到的其他自组网节点发送的图像和视频数据。具体实施时，图形加速器的型号可以是mali-t820，视频编解码器的型号可以是mali-v550。
31.通信处理单元包括一个单核cpu和两个dsp(数字信号处理器，digital signal processor)。单核cpu用于处理自组网使用的高层通信协议，具体可采用任何一种适合的cpu来处理自组网高层通信协议，例如上述单核cpu可以是cortex-a7。两个dsp中的一个dsp(即第一dsp)用于实现多模物理层的协议栈控制，另一个dsp(即第二dsp)用于实现自组网通信基带算法。具体实施时，第一dsp可以采用型号为x1643的dsp，第二dsp可以采用型号为xc4210的矢量处理器。需要说明的是，通信处理单元中涉及的高层通信协议、协议栈控制方法、自组网通信基带算法都是现有技术，不再赘述。
32.音频内存处理单元包括用于音频处理和内存控制的第三dsp、以及用于存储数据的ram(随机存取存储器)，第三dsp完成处理音频的运算，同时完成ddr(double data rat，双倍速率同步动态随机存储器)相关控制、导现场等数据交互操作。具体实施时，第三dsp可以采用型号为tl420的dsp。音频内存处理单元还包括com_apb子系统和debug子系统对应的模块，com_apb子系统为内部高速通讯总线系统，用来支持高速数据交换，debug子系统为功能调试模块，用于实现对多核处理器内部各模块的功能调试。
33.基带芯片102与多核处理器101连接，基带芯片102用于对即将发送的射频信号进行编码以及对接收到的射频信号进行解码。其中，发送和接收的射频信号包括自组网通信数据和设备之间传输的音、视频数据。
34.开关芯片103与基带芯片102连接，开关芯片103用于实现射频信号的接收与发射的状态切换、以及不同频段间的切换。
35.射频前端芯片104与开关芯片103连接，射频前端芯片104用于对接收或发送的射频信号进行滤波放大处理。
36.天线105与射频前端芯片104连接，天线105用于接收或发送射频信号。
37.电源管理模块106用于将输入电压转换成不同芯片和电路所需的电压值并进行供电管理。电源管理模块106会将无线自组网通信设备中各芯片、模块的用电状态发给多核处理器101，多核处理器101可根据收到的用电状态对电源管理模块106进行控制，保证系统的供电和正常运行。
38.外围保护及驱动电路107用于实现多核处理器101和外部接口的协议转换和电平转换。例如，外部可通过网口、串口、usb接口等与多核处理器进行通信，通信的内容包括但不限于给多核处理器的控制指令、需通过自组网发送的数据、接收的其他自组网节点发送的数据等。在用户使用不当的情况下，外围保护及驱动电路可以保护整个系统最核心的多核处理器。
39.每个无线自组网通信设备具有唯一的id信息。无线自组网通信设备a上电后，多核处理器执行其内部预先嵌入的自组网的相关应用，搜索附近有没有可用的能构成组网的设
备，具体过程为：多核处理器将携带有无线自组网通信设备自身id信息的初次握手协议传输至基带芯片，基带芯片对初次握手协议进行编码数字化等一系列操作，同时开关芯片调整为发射状态并调整到合适的发射频率，通过射频前端芯片对经基带芯片处理后的初次握手协议进行滤波放大，最终通过天线转换成电磁波发送到空间中。通信空间距离内的另一台已上电的无线自组网通信设备b通过天线接收到无线自组网通信设备a发送的初次握手协议后，通过射频前端芯片进行滤波处理，再通过开关芯片的接收通道后传入基带芯片，基带芯片对信号进行解码处理，并将解码结果发送到多核处理器，多核处理器对接收到的信息进行判别，比对自身设定信息后，若同意组网，则发送一个响应信息，具体操作参考发送初次握手协议的过程。无线自组网通信设备a接收无线自组网通信设备b发送的响应信息，此时两台设备就可以在一个之前约定的相同状态下进行无线通信。以此类推，多台设备连接则需要和除自身之外的所有设备执行握手协议相关的操作，这样，多台设备就处在同一网络内进行通信。各类载体(如无人机、机器人、车辆、人等)可以通过携带的无线自组网通信设备与周围的其他载体进行组网并通信。
40.本技术实施例采用九核五模lte基带芯片作为多核处理器，该芯片采用了高性能低功耗的cmos技术和28nm制造工艺，内部集成了九个arm核处理器，都内含scu，主频达1.8ghz，同时集成了三个dsp处理核，专用作内部单元配置、通信协议数据处理以及音频数据处理，满足各种通信协议和数据处理算法对硬件的要求。为此，本技术实施例提供的无线自组网通信设备具有高集成性、多功能、重量体积小等优势，用户可根据实际应用需求在多核处理器内部植入需要的算法。
41.基于本技术实施例提供的无线自组网通信设备，实现了一种不依赖于运营商基站的便携式通信方式，在没有任何网络的环境下，能够快速组建一套无中心化的网络环境，不依赖常规的机房网络等传统基础设施。无论是在可视还是非视距的情况下，自组网链路系统能够简单进行组网，并将各个自组网节点采集的语音、视频、数据进行处理和传输，实现了更加智能化的协同作业能力。
42.在一些可能的实施方式中，多核处理器内嵌dma(direct memory access，直接存储器访问)模块和dma接口，支持下行300mbps、上行150mbps峰值速率，用于实现多核处理器内部的各存储器之间、多核处理器外部的其他模块与多核处理器内部的各存储器、多核处理器外部的其他模块之间的高效数据交换。
43.在一些可能的实施方式中，通信处理单元还包括rf(射频)接口子系统和l12acc子系统。其中，rf接口子系统是射频相关的硬件，主要包含：digrfv4控制器+mphy、rfif控制器、lteaul、ltet模块、rf_dmad模块、dcpp、lpf。l12acc子系统主要是一些硬件加速器，来支持数据交互的上下行，主要包括：a5处理模块、gea处理模块、cp_dmad、tdul上行处理单元、cp_dmag、cipherhwa、iphwa加速器、hsl。rf接口子系统和l12acc子系统中的各个模块默认都处于断电态，各模块支持低功耗/断电模式，支持时钟频率动态调整，支持总线、模块低功耗策略时钟自动关闭，所有模块时钟可以单独关闭，从而降低系统的功耗。
44.在一些可能的实施方式中，多核处理器内部的cpu支持低功耗/断电模式、支持时钟频率动态调整以及支持总线、模块执行低功耗策略时钟自动关闭。所有模块时钟可以单独关闭，从而降低设备功耗。
45.在一些可能的实施方式中，多核处理器内部各cpu、dsp之间的通信采用amba总线
结构，方便易用，可减小多核处理器内部的通信损耗，降低系统延时，提高处理效率。amba总线结构为现有技术，不再赘述。
46.在一些可能的实施方式中，通信处理单元用于执行mesh无线自组网的算法及协议。
47.mesh无线自组网采用无中心ad hoc网络的分布式网络架构，可实现非视距下的多路语音、数据、图像等多媒体信息的实时交互，具有传输距离远、数据吞吐量大的优势，同时支持任何网络拓扑，每个节点设备可以随机快速移动，系统拓扑可以快速更改和更新，能够在高速移动中实现组网，整个系统便于部署、使用、操作和维护。mesh无线自组网支持多跳无线中继组网、无线终端直连和中继接力通信，具有双向ip透传、wifi热点等功能，业务适配能力强，可承载各类音视频和数据业务，满足高清视频传输。mesh无线自组网采用专用网络和无线传输链路，无任何链路成本或流量成本，具有跳频功能，有效提高抗干扰、抗跟踪能力，引入数字滤波功能，有效抑制远程干扰，同时，采用arq传输机制，降低数据传输丢失率，提高数据传输可靠性。
48.在一些可能的实施方式中，四核cpu内嵌加解密与数字签名模，加解密与数字签名模用于对发送的射频信号进行签名和加密处理、以及对接收到的射频信号进行解密处理，以提高数据传输的安全性。加解密与数字签名模包含有两个子模块，分别为aes(高级加密标准)加解密模块和sha(安全哈希算法)签名模块，aes加解密模块可完成aes加解密运算，sha签名模块可完成sha-1、sha-256签名运算。
49.本技术实施例的无线自组网通信设备适合应用于室内室外的各种复杂环境，在城市、海上、山地等多种复杂环境中，多个无人平台通过搭载的无线自组网通信设备实现高效组网协同工作，提供高质量的图像、语音、数据实时移动传输等。具体可应用在警队、消防、电力、石油、水利、林业、广电、医疗、水上及空中通信等部门领域。
50.参考图3，以应急救援无线自组网通信场景为例，当自然灾害发生时，公网信号消失或减弱，指挥救援队伍需要马上组建一套无线传输通信网络，将现场的情况传到指挥中心，中心通过调度指挥系统进行远程调控。前场可由应急通信指挥车、单兵自组网设备、机器人机载自组网设备、便携式指挥箱等终端进行组网，上述各个自组网节点均配备本技术实施例提供的无线自组网通信设备，实现快速组网以及高效稳定的通信。
51.参考图4，以消防应急通信无线自组网场景为例，在进行火灾救援时，需要通过无线自组网通信设备将现场情况回传到前端的临时指挥中心，各个单兵可通过携带的无线自组网通信设备进行互联互通，同时与临时指挥中心进行联网，在人员无法进入时，可用机器人携带的无线自组网通信设备进行应急作业，远端的总指挥中心通过多媒体指挥调度系统进行统筹把控。本技术实施例提供的无线自组网通信设备体积小巧轻便，非常适合个人或小型机器人携带。
52.参考图5，以演习作战无线通信自组网场景为例，一般演习或作战场地都处于偏远复杂的环境中，在空地一体化综合组网的需求下，空中配备无人机自组网节点，地面配备车载自组网节点和单兵自组网节点，通过多形态的无线自组网设备布局设计实现互联互通，提高作战效率。
53.当然，本技术实施例提供的技术方案并不限用于以上介绍的应用场景中，还可以用于其它可能的应用场景，本技术实施例并不进行限制。在具体实施时，可以根据实际需要
灵活地应用本技术实施例提供的技术方案。
54.以上实施例仅用以对本技术的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术实施例的方法，不应理解为对本技术实施例的限制。本技术领域的技术人员可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术实施例的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无线自组网通信设备，其特征在于，包括：多核处理器、基带芯片、开关芯片、射频前端芯片、天线、电源管理模块和外围保护及驱动电路；所述多核处理器包括应用处理单元、通信处理单元和音频内存处理单元；所述应用处理单元包括用于所述多核处理器内部控制的四核cpu、以及用于处理图像及视频数据的图形加速器和视频编解码器；所述通信处理单元包括用于处理自组网高层通信协议的单核cpu、用于实现多模物理层的协议栈控制的第一dsp、以及用于实现自组网通信基带算法的第二dsp；所述音频内存处理单元包括用于音频处理和内存控制的第三dsp；所述基带芯片与所述多核处理器连接，所述基带芯片用于对即将发送的射频信号进行编码以及对接收到的射频信号进行解码，射频信号包括自组网通信数据和设备之间传输的音视频数据；所述开关芯片与所述基带芯片连接，所述开关芯片用于实现射频信号的接收与发射的状态切换、以及不同频段间的切换；所述射频前端芯片与所述开关芯片连接，所述射频前端芯片用于对接收或发送的射频信号进行滤波放大处理；所述天线与所述射频前端芯片连接，所述天线用于接收或发送射频信号；所述电源管理模块用于将输入电压转换成不同芯片和电路所需的电压值并进行供电管理；所述外围保护及驱动电路用于实现所述多核处理器和外部接口之间的协议转换和电平转换。2.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述应用处理单元包括至少两组所述四核cpu，所述四核cpu的型号为cortex-a53，cortex-a53内含探听控制单元scu，cortex-a53主频为1.8ghz。3.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述图形加速器的型号为mali-t820，所述视频编解码器的型号为mali-v550。4.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述单核cpu的型号为cortex-a7。5.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述多核处理器内嵌dma模块和dma接口，用于用于实现多核处理器内部的各存储器之间、多核处理器外部的其他模块与多核处理器内部的各存储器、多核处理器外部的其他模块之间的高效数据交换。6.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述通信处理单元还包括用于实现射频硬件接口的rf接口子系统和用于支持数据交互的l12acc子系统。7.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述多核处理器内部的cpu支持低功耗/断电模式、支持时钟频率动态调整以及支持总线、模块执行低功耗策略时钟自动关闭。8.根据权利要求1所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述多核处理器内部的通信采用amba总线结构。9.根据权利要求1至8任一所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述通信处理单元用于执行mesh无线自组网的算法及协议。10.根据权利要求1至8任一所述的无线自组网通信设备，其特征在于，所述四核cpu内
嵌加解密与数字签名模，所述加解密与数字签名模用于对发送的射频信号进行签名和加密处理、以及对接收到的射频信号进行解密处理。

技术总结
本申请公开了一种无线自组网通信设备，包括：多核处理器、基带芯片、开关芯片、射频前端芯片、天线、电源管理模块和外围保护及驱动电路；多核处理器包括应用处理单元、通信处理单元和音频内存处理单元；应用处理单元包括用于多核处理器内部控制的四核CPU、以及用于处理图像及视频数据的图形加速器和视频编解码器；通信处理单元包括用于处理自组网高层通信协议的单核CPU、用于实现多模物理层的协议栈控制的第一DSP、以及用于实现自组网通信基带算法的第二DSP；音频内存处理单元包括用于音频处理和内存控制的第三DSP。该设备具有高集成性、多功能、重量体积小等优势，具备传输距离远、数据吞吐量大、抗干扰性强的优势。抗干扰性强的优势。抗干扰性强的优势。


技术研发人员：杨明龙 贾思奇 刘志军 郭子瑞
受保护的技术使用者：安阳唯科智能装备有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/13