CN113364675A - 一种5g通信网关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种5G通信网关，包括主控模块、5G通信模块、光通信模块、WiFi模块和Zigbee通信电路；5G通信模块、光通信模块、WiFi模块和Zigbee通信电路均与主控模块连接；所述5G通信模块、光通信模块分别将业务信息上报至主控模块，所述主控模块根据接收的业务信息从所述5G通信模块、光通信模块中选择符合预设连接标准的模块与所述WiFi模块或Zigbee通信电路实现通信连接。本发明提供的网关能够兼容5G通信制式，提高网络接入的效率、速率，减少延迟。

Description

一种5G通信网关

技术领域

本发明涉及电力通信设备领域，更具体地，涉及一种5G通信网关。

背景技术

通信网关又称网间连接器、协议转换器，是多个网络间提供数据转换服务的计算机系统或设备，在使用不同的通信协议、数据格式或语言时，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，通信网关就是一个翻译器，是不同网之间的连接器，是数据要从一个网到另外一个网时要经过“协商”的设备。

传统的通信网关在网络侧接入网络后经由控制装置进行处理，控制装置再将处理后的信号通过用户侧的器件连接用户，使用户可以实现上网的功能。但传统网关存在网络接入数据传输慢、延迟高的问题，随着社会进入数字时代，数据传输量爆炸式增长，传统的通信网关越来越无法满足数据高速传输要求，因此，基于更快传输速度的技术特别是5G通信技术的通信网关有待开发。

发明内容

基于此，有必要提供一种5G通信网关，解决传统通信网关传输速率慢、延迟高的问题。

一种5G通信网关，包括：接入网络模块，用于为所述通信网关接入网络信号；通信模块，用于与用户终端通信互联；主控模块，与所述接入网络模块和所述通信模块均连接，用于根据接收的业务信息控制所述接入网络模块与所述通信模块通信连接；其中，所述业务信息包括5G通信业务信息及光通信业务信息，所述接入网络模块包括5G通信模块和光通信模块，均连接于所述主控模块，所述5G通信模块用于将所述5G通信业务信息上报至所述主控模块，所述光通信模块用于将所述光通信业务信息上报至所述主控模块。

更进一步，所述业务信息还包括短波业务信息及超短波业务信息；所述接入网络模块还包括短波装置和超短波装置，均连接于所述主控模块，所述短波装置用于将所述短波业务信息上报至所述主控模块，所述超短波装置用于将所述超短波业务信息上报至所述主控模块。

更进一步，所述通信模块包括WiFi模块及Zigbee通信电路，WiFi模块连接于所述主控模块，用于经由WiFi信号与用户终端通信互联；Zigbee通信电路连接于所述主控模块，用于经由Zigbee信号与用户终端通信互联。

更进一步，所述主控模块可以采用包括单片机芯片、DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中至少一种。

更进一步，所述5G通信模块包括信号输入电路、第一以太网控制器电路、第二以太网控制器电路、WAN接口电路、SIM卡电路、转换接口、存储器电路、微处理器、无线收发机及射频前端电路，所述信号输入电路与所述主控模块连接，所述信号输入电路、所述WAN接口电路、所述转换接口及所述第一以太网控制器电路均与所述第二以太网控制器电路电连接，所述第一以太网控制器电路、所述SIM卡电路及所述存储器电路均与所述转换接口电连接，所述射频前端电路的第一端口经由所述微处理器与所述存储器电路电连接，所述射频前端电路的第二端口经由所述无线收发机与所述存储器电路电连接。

更进一步，所述WiFi模块包括收发器、射频功率放大单元、低噪声放大单元、收发切换单元及第一天线，所述收发器与所述射频功率放大单元、所述低噪声放大单元及所述收发切换单元均电连接，所述射频功率放大单元及所述低噪声放大单元分别与所述收发切换单元电连接，所述收发切换单元与所述第一天线电连接。

更进一步，所述Zigbee通信电路包括Zigbee芯片、程序存储器、功率放大器、第二天线、时钟模块及晶振模块；所述Zigbee芯片通过SPI总线与所述程序存储器连接，所述Zigbee芯片还通过差分信号线与所述功率放大器连接，所述功率放大器通过RF端口与所述第二天线连接，所述时钟模块与所述Zigbee芯片的时钟端口连接，所述晶振模块与所述Zigbee芯片的频率端口连接。

更进一步，所述Zigbee芯片采用飞思卡尔MC13213芯片。

更进一步，所述射频功率放大单元包括带通滤波器、第三π型匹配电路、功放芯片、低通滤波器、第一增益控制电路及功率检测电路；所述功放芯片与所述低通滤波器、所述第三π型匹配电路、所述第一增益控制电路及所述功率检测电路均电连接，所述收发器经由所述带通滤波器与所述第三π型匹配电路电连接，所述收发器与所述第一增益控制电路及所述功率检测电路均电连接所述低通滤波器与所述收发切换单元电连接。

更进一步，所述低噪声放大单元包括第一π型匹配电路、低噪声放大器、第二π型匹配电路及第二增益控制电路，所述低噪声放大器分别与所述第一π型匹配电路、所述第二π型匹配电路及所述第二增益控制电路电连接，所述第二π型匹配电路及所述第二增益控制电路均与所述收发器电连接，所述第一π型匹配电路与所述收发切换单元电连接。

更进一步，所述收发切换单元包括第四π型匹配电路，切换开关及滤波器，所述切换开关分别与所述第四π型匹配电路、所述滤波器、所述第一π型匹配电路及所述收发器电连接，所述第四π型匹配电路与所述低通滤波器电连接，所述滤波器与所述第一天线电连接。

更进一步，所述切换开关采用切换芯片uPG2179。

上述5G通信网关，可以兼容5G通信制式，从而可以提高网络接入的效率、速率，减少延迟。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1为一实施例中5G通信网关的结构示意图；

图2为另一实施例中5G通信网关的结构示意图；

图3为一实施例中5G通信模块的结构示意图；

图4为一实施例中Zigbee通信电路的结构示意图；

图5为一实施例中WiFi模块的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一天线称为第二天线，且类似地，可将第二天线称为第一天线。第一天线和第二天线两者都是天线，但其不是同一天线。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

参考图1，在一个实施例中，提供一种5G通信网关，包括接入网络模块1000、通信模块3000及主控模块2000，接入网络模块1000用于为所述通信网关接入网络信号；通信模块3000用于与用户终端通信互联；所述主控模块2000与所述接入网络模块1000和所述通信模块3000均连接，用于根据接收的业务信息控制所述接入网络模块1000与所述通信模块3000通信连接；其中，所述业务信息包括5G通信业务信息及光通信业务信息；所述接入网络模块1000包括5G通信模块1200和光通信模块1100，均连接于所述主控模块2000，所述5G通信模块1200用于将所述5G通信业务信息上报至所述主控模块2000，所述光通信模块1100用于将所述光通信业务信息上报至所述主控模块2000；所述通信模块3000包括Zigbee通信电路3100和WiFi模块3200，Zigbee通信电路3100和WiFi模块3200均连接于所述主控模块2000，所述Zigbee通信电路3100用于经由Zibee信号与用户终端通信互联，所述WiFi模块3200用于经由Wifi信号与用户终端通信互联。

具体地，所述5G通信模块1200可以通过5G网络实现网络连接，第五代移动通信技术(5G)是最新一代蜂窝移动通信技术，其峰值理论传输速度可达每秒数10Gb。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。所述5G通信模块1200通过对外接口接收网络信号，并经过处理后发送至所述主控模块2000，所述主控模块2000根据接收的5G业务信息控制所述5G通信模块1200与所述通信模块3000通信连接，使终端用户可以通过通信模块3000实现网络共享。由于所述5G通信模块1200的高速率、大容量数据传输能力，终端用户可以享受到更快的网络连接速度和更小的网络延迟。

具体地，所述光通信模块1100以光波为载波实现所述5G通信网关的网络连接，由于光通信传输距离长，经济节能，能够一次性传输大量信息，且通信速度快，因此应用范围非常广泛，所述接入网络模块1000包括光通信模块1100，可以在大部分场合保证所述5G通信网关的可用性。

具体地，所述WiFi模块3200用于连接用户终端，所述5G通信网关采用WiFi技术实现网络覆盖，接入简单，对于智能程度较低的设备也能通过WiFi接入现网，降低了使用成本，还能大幅提升在线用户数量，提高5G通信网关的可靠性。

具体地，所述Zigbee通信电路3100用于连接用户终端。Zigbee技术在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输中应用广泛，与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，具备简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。因此，所述Zigbee通信电路3100可以在对数据传输速率要求不高的场合，使所述5G通信网关最大程度的降低功耗和节省成本。

参考图2，在另一个实施例中，所述接入网络模块1000还包括短波装置1300和超短波装置1400，均连接于所述主控模块2000，所述短波装置1300用于将所述短波业务信息上报至所述主控模块2000，所述超短波装置1400用于将所述超短波业务信息上报至所述主控模块2000。

具体地，所述短波装置1300是以短波通信的方式实现网络连接的。短波通信是波长在100米～10米之间，频率范围3兆赫～30兆赫的一种无线电通信技术，由于短波主要利用电离层的反射传播，传播距离很远，覆盖范围大，在一些山区或海洋等特殊环境下，短波通信依然能实现信号覆盖，这使得包括短波装置1300的所述5G通信网关应用范围很广。

具体地，所述超短波装置1400是以超短波通信的方式实现网络连接的。超短波通信是利用30～300兆赫波段的无线电波传输信息的通信技术。由于超短波通信利用视距传播方式，受季节和昼夜变化的影响小，这使得包括超短波装置1400的所述5G通信网关稳定性好，且超短波通信的调制方式通常用调频制，可以得到较高的信噪比，通信质量好。

参考图3，在另一个实施例中，所述5G通信模块1200包括信号输入电路1202、第一以太网控制器电路1201、第二以太网控制器电路1203、WAN接口电路1208、SIM卡电路1209、转换接口1204、存储器电路1205、微处理器1206、无线收发机1210及射频前端电路1207，所述信号输入电路1202与所述主控模块2000连接，所述信号输入电路1202、所述WAN接口电路1208、所述转换接口1204及所述第一以太网控制器电路1201均与所述第二以太网控制器电路1203电连接，所述第一以太网控制器电路1201、所述SIM卡电路1209及所述存储器电路1205均与所述转换接口1204电连接，所述射频前端电路1207的第一端口经由所述微处理器1206与所述存储器电路1205电连接，所述射频前端电路1207的第二端口经由所述无线收发机1210与所述存储器电路1205电连接。网络信号通过所述信号输入电路1202进入所述5G通信模块1200，经所述第一以太网控制电路1201及第二以太网控制电路1203为核心的控制电路解码后，发送5G业务信息到所述主控模块2000，大大提高了信号的发射效率及接收灵敏度，且所述5G通信模块1200整体结构较为简单，容易搭建，信号发收稳定性高，能够大大降低后期维护成本。

参考图4，在另一个实施例中，所述Zigbee通信电路3100包括Zigbee芯片3103、程序存储器3104、功率放大器3105、第二天线3106、时钟模块3102及晶振模块3101；所述Zigbee芯片3103通过SPI总线与所述程序存储器3104连接，所述Zigbee芯片3103还通过差分信号线与所述功率放大器3105连接，所述功率放大器3105通过RF端口与所述第二天线3106连接，所述时钟模块3102与所述Zigbee芯片3103的时钟端口连接，所述晶振模块3101与所述Zigbee芯片3103的频率端口连接。

具体地，所述Zigbee芯片3103采用飞思卡尔MC13213芯片。所述功率放大器3105用于对所述ZigBee芯片3103输出的信号功率进行放大，增强信号功率，增大信号传输距离，满足信号长距离传输的需求；所述程序存储器3104用于保存待更新的程序，主要用于远程程序升级，在进行空中远程升级时，所述Zigbee通信电路3100首先把接收到的待更新程序保存到程序存储器3104中，在整个升级程序接收完成后，再对升级程序进行校验，校验通过后，根据相应的升级命令启动模块程序的升级。采用程序存储器3104保存升级程序，可以保证即使在无线通信临时中断的情况下，也不会导致升级失败，并且可在通信恢复后，续传相关的升级程序，同时可以保证在升级数据传输错误的情况下，不会造成现有程序崩溃，确保通信正常进行；所述晶振模块3101用于给所述ZigBee芯片3103的正常工作提供时钟基准信号，是该芯片CPU运行和无线信号准确传输的基本条件；所述时钟模块3102为所述Zigbee通信电路3100提供实时稳定的时钟信号，即使在所述Zigbee芯片3103休眠状态下，该时钟模块仍然正常运行，从而保证Zigbee芯片3103时钟信号的同步，为所述Zigbee通信电路3100的定时事件提供时钟保障。

参考图5，在另一个实施例中，所述WiFi模块3200包括收发器3240、射频功率放大单元3230、低噪声放大单元3250、收发切换单元3220及第一天线3210，所述收发器3240与所述射频功率放大单元3230、所述低噪声放大单元3250及所述收发切换单元3220均电连接，所述射频功率放大单元3230及所述低噪声放大单元3250分别与所述收发切换单元3220电连接，所述收发切换单元3220与所述第一天线3210电连接。

具体地，所述射频功率放大单元3230包括带通滤波器3235、第三π型匹配电路3234、功放芯片3233、低通滤波器3232、第一增益控制电路3231及功率检测电路3236，所述功放芯片3233与所述低通滤波器3232、所述第三π型匹配电路3234、所述第一增益控制电路3231及所述功率检测电路3236均电连接，所述收发器3240经由所述带通滤波器3235与所述第三π型匹配电路3234电连接，所述收发器3240与所述第一增益控制电路3231及所述功率检测电路3236均电连接，所述低通滤波器3232与所述收发切换单元3220电连接。

所述功率检测电路3236通过检测所述功放芯片3233的发射功率，将检测到的信号发送到所述收发器3240，使所述收发器3240能够时刻监视所述射频功率放大单元3230的发射功率，当所述射频功率放大单元3230的发射功率改变时，所述收发器3240就可以调整自身的输出功率，通过所述第一增益控制电路3231控制所述功放芯片3233的发射功率，从而使所述射频功率放大单元3230的发射功率保持稳定。

具体地，所述低噪声放大单元3250包括第一π型匹配电路3251、低噪声放大器3252、第二π型匹配电路3253及第二增益控制电路3254，所述低噪声放大器3252分别与所述第一π型匹配电路3251、所述第二π型匹配电路3253及所述第二增益控制电路3254电连接，所述第二π型匹配电路3253及所述第二增益控制电路3254均与所述收发器3240电连接，所述第一π型匹配电路3251与所述收发切换单元3220电连接。

具体地，所述收发切换单元3220包括第四π型匹配电路3221，切换开关3223及滤波器3222，所述切换开关3223分别与所述第四π型匹配电路3221、所述滤波器3222、所述第一π型匹配电路3251及所述收发器3240电连接，所述第四π型匹配电路3221与所述低通滤波器3232电连接，所述滤波器3222与所述第一天线3210电连接；射频功率放大单元3230的输出信号经第四π型匹配电路3221，能够最大限度减小衰减，然后经过切换开关3223，进入滤波器3222滤除谐波，最后由第一天线3210发送出去。

具体地，所述切换开关3223可以采用切换芯片uPG2179。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本发明的限制。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种5G通信网关，其特征在于，包括：

接入网络模块，用于为所述通信网关接入网络信号；

通信模块，用于与用户终端通信互联；

主控模块，与所述接入网络模块和所述通信模块均连接，用于根据接收的业务信息控制所述接入网络模块与所述通信模块通信连接；

其中，所述业务信息包括5G通信业务信息及光通信业务信息，所述接入网络模块包括5G通信模块和光通信模块，均连接于所述主控模块，所述5G通信模块用于将所述5G通信业务信息上报至所述主控模块，所述光通信模块用于将所述光通信业务信息上报至所述主控模块。

2.根据权利要求1所述5G通信网关，其特征在于，所述业务信息还包括短波业务信息及超短波业务信息；

所述接入网络模块还包括短波装置和超短波装置，均连接于所述主控模块，所述短波装置用于将所述短波业务信息上报至所述主控模块，所述超短波装置用于将所述超短波业务信息上报至所述主控模块。

3.根据权利要求1或2所述5G通信网关，其特征在于，所述通信模块包括：

WiFi模块，连接于所述主控模块，用于经由WiFi信号与用户终端通信互联；

Zigbee通信电路，连接于所述主控模块，用于经由Zigbee信号与用户终端通信互联。

4.根据权利要求1或2所述5G通信网关，其特征在于，所述主控模块包括单片机芯片、DSP芯片、ARM芯片及FPGA芯片中至少一种。

5.根据权利要求1或2所述5G通信网关，其特征在于，所述5G通信模块包括信号输入电路、第一以太网控制器电路、第二以太网控制器电路、WAN接口电路、SIM卡电路、转换接口、存储器电路、微处理器、无线收发机及射频前端电路，所述信号输入电路与所述主控模块连接，所述信号输入电路、所述WAN接口电路、所述转换接口及所述第一以太网控制器电路均与所述第二以太网控制器电路电连接，所述第一以太网控制器电路、所述SIM卡电路及所述存储器电路均与所述转换接口电连接，所述射频前端电路的第一端口经由所述微处理器与所述存储器电路电连接，所述射频前端电路的第二端口经由所述无线收发机与所述存储器电路电连接。

6.根据权利要求3所述5G通信网关，其特征在于，所述WiFi模块包括收发器、射频功率放大单元、低噪声放大单元、收发切换单元及第一天线，所述收发器与所述射频功率放大单元、所述低噪声放大单元及所述收发切换单元均电连接，所述射频功率放大单元及所述低噪声放大单元分别与所述收发切换单元电连接，所述收发切换单元与所述第一天线电连接。

7.根据权利要求3所述5G通信网关，其特征在于，所述Zigbee通信电路包括Zigbee芯片、程序存储器、功率放大器、第二天线、时钟模块及晶振模块；所述Zigbee芯片通过SPI总线与所述程序存储器连接，所述Zigbee芯片还通过差分信号线与所述功率放大器连接，所述功率放大器通过RF端口与所述第二天线连接，所述时钟模块与所述Zigbee芯片的时钟端口连接，所述晶振模块与所述Zigbee芯片的频率端口连接。

8.根据权利要求6所述5G通信网关，其特征在于，所述射频功率放大单元包括带通滤波器、第三π型匹配电路、功放芯片、低通滤波器、第一增益控制电路及功率检测电路，所述功放芯片与所述低通滤波器、所述第三π型匹配电路、所述第一增益控制电路及所述功率检测电路均电连接，所述收发器经由所述带通滤波器与所述第三π型匹配电路电连接，所述收发器与所述第一增益控制电路及所述功率检测电路均电连接所述低通滤波器与所述收发切换单元电连接。

9.根据权利要求8所述5G通信网关，其特征在于，所述低噪声放大单元包括第一π型匹配电路、低噪声放大器、第二π型匹配电路及第二增益控制电路，所述低噪声放大器分别与所述第一π型匹配电路、所述第二π型匹配电路及所述第二增益控制电路电连接，所述第二π型匹配电路及所述第二增益控制电路均与所述收发器电连接，所述第一π型匹配电路与所述收发切换单元电连接。

10.根据权利要求9所述5G通信网关，其特征在于，所述收发切换单元包括第四π型匹配电路，切换开关及滤波器，所述切换开关分别与所述第四π型匹配电路、所述滤波器、所述第一π型匹配电路及所述收发器电连接，所述第四π型匹配电路与所述低通滤波器电连接，所述滤波器与所述第一天线电连接。

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