CN107872250B - 一种电力系统公专网通用的通信模块及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统公专网通用的通信模块及其通信方法，通信模块中，主控芯片与以太网接口、UART接口、USIM卡接口、USB接口、控制接口、电源管理芯片、射频收发芯片电连接，射频收发芯片与射频前端连接。本发明的模块用一套芯片实现公专网自适应切换功能。它具有各类接口，支持天线分集接收，支持数据业务，提供丰富的用户信号接口，支持标准的AT指令集。并且产品结构小巧灵活，便于安装维护，可通过不同线缆支持网口、串口、USB接口来适用多种应用场景及业务。微型智能终端可广泛适用于配电自动化、故障指示器、视频监控、移动巡检、移动办公等多种电力业务。

Description

一种电力系统公专网通用的通信模块及其通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电力系统公专网通用的通信模块及其通信方法。

背景技术

目前，无线专网业务接入主要采用CPE终端的方式，CPE设备投资较大，设备安装工艺复杂，不利于无线网络建成后的大规模推广使用，同时也不利于后期的维护管理工作。然而此模块具有体积小、功耗低、安装简易、成本低廉的微型通用式终端产品，这样使LTE无线专网能在电力系统进行大规模推广使用，是电力终端通信接入网建设的关键环节。

典型的两大类新业务模式总结如下：“无线专网+智能配用电”类业务，通过提升低压配用电网运行采集类业务采集频度，缩短故障研判和处理周期，增强负荷预测能力，强化对低压并网的分布式电源、电动汽车等随机接入性节点的实时管控能力，前置化用电服务中的故障发现和处理环节。“无线专网+电力巡检”类业务，通过开展视频业务和移动业务的应用，如智能营业厅、移动巡检、移动配抢、多方会议等，大幅提升现场服务效率和客户感知度，降本增效提升管理效率。

然而，研发符合上述场景的终端面临多种挑战。其一，电力多业务功能需求多样化，导致研制通用经济的无线终端与差异化需求之间产生矛盾；其二，由于电力行业的特殊性，业务终端所处的安装环境恶劣，对终端尺寸及工业防护等级要求严格；其三，各类已有业务终端的生产厂家众多、遵循技术标准不统一，导致难以用单一的通信接口方案去适配所有终端，但专门定制终端的成本较高，因此需要统一解决终端适配多种通信接口问题；其四，目前配用电网采用公网实现业务数据传输，为保护既有投资，要求研制同时支持公网与专网接入的终端；其五，研制的终端还要考虑满足移动巡检类业务对高带宽、低时延视频、语音业务需求，并支持移动性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电力系统公专网通用的通信模块及其通信方法，用一套芯片实现公专网自适应切换功能。它具有各类接口，支持天线分集接收，支持数据业务，提供丰富的用户信号接口，支持标准的AT指令集。并且产品结构小巧灵活，便于安装维护，可通过不同线缆支持网口、串口、USB接口来适用多种应用场景及业务。微型智能终端可广泛适用于配电自动化、故障指示器、视频监控、移动巡检、移动办公等多种电力业务。

为实现上述目的，本发明提供了

本发明的一种电力系统公专网通用的通信模块，其组成部分包括主控芯片、以太网接口、UART接口、USIM卡接口、USB接口、控制接口、电源管理芯片、射频收发芯片、射频前端，所述主控芯片与以太网接口、UART接口、USIM卡接口、USB接口、控制接口、电源管理芯片、射频收发芯片电连接，射频收发芯片与射频前端连接，其中；主控芯片，用于信号处理和协议处理；射频收发芯片，用于射频收发、频率合成、功率放大；电源管理芯片，用于为整个模块提供稳定的电源管理；射频前端，用于射频收发；USB接口，支持一路USB2.0接口，一路HSIC接口，作为数据采集接口使用,或者供电使用；控制接口，用于复位、开关机、睡眠唤醒、网络状态指示；以太网接口，支持百兆以太网功能，用于下行数据采集使用；UART接口，同时支持作为调试接口和数据采集接口使用；USIM卡接口，支持不同版本的SIM卡。

上述射频前端由两路接收通路，一路发射通路组成，接收通路分为主路接收和辅路接收，所述接收通路由天线、天线开关、滤波器、射频收发器电路组成：无线信号通过天线接收进来；通过天线开关选择接收信号；接收信号通过滤波器电路，过滤干扰信号；最后进入射频接收芯片进行信号处理；所述发射通路由天线、天线开关、功率放大器、射频收发器电路组成：需要发送的信号通过射频发射电路处理，调制成协议规定的有效信号；调试后的信号进入功率放大电路，进行信号放大；此时天线开关切换到发射状态，放大后信号通过天线开关，由天线发射到空间。

上述射频收发芯片集成了低噪声放大电路、滤波器、放大电路、混频器、合成器、解调器、调制器、处理器；采集的信号，经过处理器进行应用层处理并封包，封包的信号经过调制器进行信号调制，之后与经过合成器合成后的高频信号进行混频，通过混频器将调制信号频率搬迁至通信频段，最后进行滤波，发送至射频前端电路；反过来，射频收发芯片接收到射频前端传输过来的接收信号，经过低噪声放大器以后，进入混频器进行混频处理，将频率降为低频信号，再进入解调器进行信号解调，解调后的信号进入处理器。

上述主控芯片为AP处理器。

上述主控芯片、射频收发芯片、射频前端组成的通信单元支持专网TDD LTEBAND45和BAND59、TDD LTE BAND62,公网LTE-A/LET、WCDMA/HSPA、GSM、GPRS、EDGE、TD-SCDMA/TD-HSPA模式的通信。

上述通信模块的通信方法，包括以下步骤：

步骤1：通信模块插入USIM卡并开机后，开始建立与基站的连接；若插入公网USIM卡，模块与基站建立连接后，根据注册信息选择相应运营商的TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、GSM网络模式；若插入专网USIM卡，通信模块将注册到专网频段；

步骤2：通过以太网接口、UART接口、USB接口采集配电自动化、用电信息采集、无人机巡检、固定视频监控的采集数据；

步骤3：采集后的数据在主控芯片内部进行应用层处理并封包，封包后的数据信号通过射频收发芯片调制，再通过射频前端将调制后的信号发送至基站通信模块。

步骤1中，专网频段为BAND45或BAND59。

本发明的有益效果是：

本发明的模块用一套芯片实现公专网自适应切换功能。它具有各类接口，支持天线分集接收，支持数据业务，提供丰富的用户信号接口，支持标准的AT指令集。并且产品结构小巧灵活，便于安装维护，可通过不同线缆支持网口、串口、USB接口来适用多种应用场景及业务。微型智能终端可广泛适用于配电自动化、故障指示器、视频监控、移动巡检、移动办公等多种电力业务。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的总体系统框图；

图2是本发明的射频单元框图；

图3是射频收发芯片框架图。

具体实施方式

如图1所示，一种电力系统公专网通用的通信模块，包括主控芯片1、以太网接口2、UART接口3、USIM卡接口4、USB接口5、控制接口6、电源管理芯片7、射频收发芯片8、射频前端9，所述主控芯片1与以太网接口2、UART接口3、USIM卡接口4、USB接口5、控制接口6、电源管理芯片7、射频收发芯片8电连接，所述射频收发芯片8与射频前端9连接，其中；

主控芯片1，它是一个集成ARM芯片，能处理基带信号的CPU，负责信号处理和协议处理；

射频收发芯片8，负责射频收发、频率合成、功率放大；

电源管理芯片7，为整个模块提供稳定的电源管理；

射频前端9，负责射频收发；

USB接口5，支持一路USB2.0接口，一路HSIC接口，可以做为数据采集接口使用,或者供电使用；

控制接口6，用于复位、开关机、睡眠唤醒、网络状态指示；

以太网接口2，支持百兆以太网功能，主要用于下行数据采集使用；

UART接口3，可同时支持作为调试接口和数据采集接口使用；

USIM卡接口4，可以支持不同版本的USIM卡。

如图2所示，本实施例中，所述射频前端9由两路接收通路，一路发射通路组成，接收通路分为主路接收和辅路接收，接收通路由天线、天线开关、滤波器、射频收发器电路组成，发射通路由天线、天线开关、功率放大器、射频收发器电路组成。

如图3所示，所述射频收发芯片8集成了低噪声放大电路、模拟滤波器、可编程放大电路、数字滤波器、混频器、模拟IO接口、CMOS处理器，支持LTE,WCDMA/HSPA,TD-SCDMA/TD-HSPA,TD-HSDPA,GSM,GPRS,EDGE制式的射频信号调制和解调。

所述主控芯片1为AP处理器。AP处理器主要做为一个主处理芯片，负责与外围接口的通信，集成了基带芯片功能，提供程序和运行空间，以及资料数据的存储功能。另外，AP处理器检测到不同版本的USIM卡后，自适应选择网络模式。

所述主控芯片1、射频收发芯片8、射频前端9组成的通信单元支持专网TDDLTEBAND45和BAND59、TDD LTE BAND62,公网LTE-A/LET(TDD-LTE/FDD-LTE)、WCDMA/HSPA、GSM、GPRS、EDGE、TD-SCDMA/TD-HSPA模式的通信。

将该模块封装于一个微型装置中，针对电力行业不同类型业务需求提供可靠、经济、安全的通用接入方式。此模块硬件数据接口有USB接口、网口、UART口等，都可以用来数据传输。同时为串口和以太网数据的正常传输预留了相应的指示灯，便于观察数据的收发状态。该模块还集成了电力行业特种安全加密芯片，为无线终端提供了除LTE技术本身自有安全防护措施以外的底层安全防护措施，更加有效地保障了电力应用的信息安全，全面满足电力工控安全需求。最后，无线终端支持外接天线、安装卡槽，较好地适应低压配用电网复杂环境。支持远程网管管理，便于后期运行维护。模块分为专网和公网+专网两种实现方式，公网+专网方式只需要更换USIM卡即可实现公网接入与专网接入的切换，此模块是嵌入式通信模组与微型插拔式通信卡的基本单元。

本发明的电力系统公专网通用的通信模块的通信方法，包括以下步骤：

步骤1：通信模块插入USIM卡并开机后，开始建立与基站的连接。若插入公网USIM卡，模块与基站建立连接后，根据注册信息选择相应运营商的TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、GSM网络模式；若插入专网USIM卡，通信模块将注册到专网频段(BAND45或BAND59)。

步骤2：通过以太网接口(2)、UART接口(3)、USB接口(5)采集配电自动化、用电信息采集、无人机巡检、固定视频监控等电力多种业务的采集数据。

步骤3：采集后的数据在主控芯片(1)内部进行应用层处理并封包，封包后的数据信号通过射频收发芯片(8)调制，再通过射频前端(9)将调制后的信号发送至基站。

本发明的模块用一套芯片实现公专网自适应切换功能。它具有各类接口，支持天线分集接收，支持数据业务，提供丰富的用户信号接口，支持标准的AT指令集。并且产品结构小巧灵活，便于安装维护，可通过不同线缆支持网口、串口、USB接口来适用多种应用场景及业务。微型智能终端可广泛适用于配电自动化、故障指示器、视频监控、移动巡检、移动办公等多种电力业务。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电力系统公专网通用的通信模块，其特征在于：其组成部分包括主控芯片(1)、以太网接口(2)、UART接口(3)、USIM卡接口(4)、USB接口(5)、控制接口(6)、电源管理芯片(7)、射频收发芯片(8)、射频前端(9)，所述主控芯片(1)与以太网接口(2)、UART接口(3)、USIM卡接口(4)、USB接口(5)、控制接口(6)、电源管理芯片(7)、射频收发芯片(8)电连接，所述射频收发芯片(8)与射频前端(9)连接，其中；

主控芯片(1)，用于信号处理和协议处理；

射频收发芯片(8)，用于射频收发、频率合成、功率放大；

电源管理芯片(7)，用于为整个模块提供稳定的电源管理；

射频前端(9)，用于射频收发；

USB接口(5)，支持一路USB2.0接口，一路HSIC接口，作为数据采集接口使用,或者供电使用；

控制接口(6)，用于复位、开关机、睡眠唤醒、网络状态指示；

以太网接口(2)，支持百兆以太网功能，用于下行数据采集使用；

UART接口(3)，同时支持作为调试接口和数据采集接口使用；

USIM卡接口(4)，支持不同版本的SIM卡；

所述射频前端(9)由两路接收通路，一路发射通路组成，接收通路分为主路接收和辅路接收，所述接收通路由天线、天线开关、滤波器、射频收发器电路组成：无线信号通过天线接收进来；通过天线开关选择接收信号；接收信号通过滤波器电路，过滤干扰信号；最后进入射频接收芯片进行信号处理；所述发射通路由天线、天线开关、功率放大器、射频收发器电路组成：需要发送的信号通过射频发射电路处理，调制成协议规定的有效信号；调制 后的信号进入功率放大电路，进行信号放大；此时天线开关切换到发射状态，放大后信号通过天线开关，由天线发射到空间；

所述主控芯片(1)、射频收发芯片(8)、射频前端(9)组成的通信单元支持专网TDDLTEBAND45和BAND59、TDD LTE BAND62,公网LTE-A/LET、WCDMA/HSPA、GSM、GPRS、EDGE、TD-SCDMA/TD-HSPA模式的通信。

2.根据权利要求1所述的电力系统公专网通用的通信模块，其特征在于：所述射频收发芯片(8)集成了低噪声放大电路、滤波器、放大电路、混频器、合成器、解调器、调制器、处理器；采集的信号，经过处理器进行应用层处理并封包，封包的信号经过调制器进行信号调制，之后与经过合成器合成后的高频信号进行混频，通过混频器将调制信号频率搬迁至通信频段，最后进行滤波，发送至射频前端电路；反过来，射频收发芯片接收到射频前端传输过来的接收信号，经过低噪声放大器以后，进入混频器进行混频处理，将频率降为低频信号，再进入解调器进行信号解调，解调后的信号进入处理器。

3.根据权利要求1所述的电力系统公专网通用的通信模块，其特征在于：所述主控芯片(1)为AP处理器。

4.根据权利要求1所述的通信模块的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通信模块插入USIM卡并开机后，开始建立与基站的连接；若插入公网USIM卡，模块与基站建立连接后，根据注册信息选择相应运营商的TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA/HSPA、GSM网络模式；若插入专网USIM卡，通信模块将注册到专网频段；

步骤2：通过以太网接口(2)、UART接口(3)、USB接口(5)采集配电自动化、用电信息采集、无人机巡检、固定视频监控的采集数据；

步骤3：采集后的数据在主控芯片(1)内部进行应用层处理并封包，封包后的数据信号通过射频收发芯片(8)调制，再通过射频前端(9)将调制后的信号发送至基站通信模块。

5.根据权利要求4所述的通信模块的通信方法，其特征在于：步骤1中，专网频段为BAND45或BAND59。