基于嵌入式Linux系統(tǒng)的3G/4G路由器設計

　　3G的接人技術已經從WCDMA/TD- SCDMA/CD-MA2000發(fā)展到HSDPA、HSUPA 以及HSPA+ ，并開始由3G 網絡向4G網絡過渡。目前HSDPA的接入帶寬可以達到7.2 Mbps，HSPA+ 的接人帶寬可以達到21 Mbps，而即將部署的LTE的網絡帶寬甚至達到了100 Mbps 。同時，由于接人移動互聯(lián)網 的智能終端的數量快速增長，人們對移動互聯(lián)網的應用需求也日益增長。當人們面對幾十兆帶寬甚至是上百兆帶寬時，必定存在帶寬的過剩問題，即人們不需要在任何時刻都需要這么大的帶寬，因而可以將過剩的用戶帶寬分配給更多的用戶。

　　目前，WiFi技術能夠支持IEEE的802.11b、802.11g和802.1ln標準，分別支持10 Mbps、54 Mbps和300 Mbps的無線傳輸速率。而在傳輸距離上，WiFi能夠在幾米到100m范圍內實現完全覆蓋。

　　本文正是基于3G/4G 不斷增長的接入帶寬以及WiFi技術的各項優(yōu)點，提出了一種共享3G/4G 網絡帶寬的無線路由器設計方案。該方案首先利用嵌入式Linux系統(tǒng)，構建一個基于WiFi技術的無線局域網，智能終端等用戶可以利用自帶的WiFi功能接入該無線局域網，然后再將該無線局域網橋接至3G/4G網絡中，從而實現各個智能終端設備對3G/4G網絡帶寬的共享。

　　1. 3G/4G路由器設計方案

　　本路由器的設計是基于三個模塊來實現的，分別為3G模塊、WiFi模塊和Linux硬件平臺，如圖1所示。3G模塊的功能是利用運營商的無線數據卡進行PPP撥號，使得路由器能通過運營商網絡連接至互聯(lián)網。WiFi模塊的功能是使得無線網卡工作在AP（Access Point）模式，并配置動態(tài)主機配置協(xié)議的腳本文件，來建立一個2.4 GHz的WiFi無線局域網。Linux硬件平臺模塊的功能主要有兩個方面，一方面要支持無線網卡和無線數據卡的驅動，另一方面要通過嵌入式Linux系統(tǒng)中的iptables數據包過濾系統(tǒng)將無線局域網和3G/4G網絡連通。智能終端等設備通過WiFi信道接人到該路由器所提供的無線局域網中，分配到一個IP地址之后，則通過該無線局域網的網關進行數據包的接收和發(fā)送，而該網關則通過3G/4G模塊上的網絡撥號接口來接收和發(fā)送數據包至3G/4G 網絡，從而實現了該路由器的設計方案。

　　圖1 3G/4G路由器設計方案圖

　　2. 3G/4G路由器硬件結構

　　根據3G/4G路由器設計方案，其硬件結構的三大模塊分別采用深圳天謨公司生產的Devkit8500D評估板、華為公司的E392型無線上網卡和TP-Link公司的TL-WN821N型無線網卡。

　　Devkit8500D評估板的基本結構如圖2所示。該硬件平臺采用的是TI公司的DM3730微處理器。

　　圖2 終端硬件結構圖

　　E392型無線上網卡采用高通公司的MDM9x00多模芯片組，同時支持TD-SCDMA/WCDMA 的3G 網絡標準和LTE-TDD/FDD 的4G 網絡標準。目前，利用3G網絡中已經部署升級的HSPA+技術，下行峰值速率可以達到21 Mbps，上行峰值速率可以達到5.76 Mbps;部分地區(qū)采用64QAM 調制技術和MIMO技術對HsPA+進行再次升級，下行峰值速率可以達到42 Mbps左右;而即將部署的4G網絡，下行峰值速率可以達到i00 Mbps，上行峰值速率可以達到50 Mbps。

　　TL-WN821N 型無線網卡是基于Realtek公司的RTL8192cu芯片設計的，采用MIMO技術和空頻道檢測技術，支持802.11n/b/g，性能穩(wěn)定且能夠提供最大300 Mbps的無線傳輸速率，完全滿足智能終端等設備的帶寬需求。