CN113950167B - 一种大功率5g专网终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大功率5G专网终端，属于移动通信技术领域，提出以下方案：一种大功率5G专网终端，包括终端壳体及设置于终端壳体内的主板，主板上安装有应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块和接口模块，接口模块连接有功放模块和天线轮发模块；应用处理器模块，用于数据转发与交互；5G模块，用于5G SA信令连接和数据交互，及输出功放收发控制信号和SRS控制信号；无线转发模块和有线转发模块，将5G模块传输的数据在应用处理器模块数据转发处理后，进行无线或有线转发；功放模块对5G模块的输出信号进行滤波和放大；天线轮发模块对放大的输出信号轮发。本发明保留了5G专网终端的SRS功能，提升了应用上行覆盖能力，并保证了5G通信速率。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种大功率5G专网终端。
背景技术
当前传统的5G终端一般基于5G通用模组进行拓展，通用模组发射功率较小，PC3(Power Class 3，功率等级3)功率一般在23dBm(decibel relative to one milliwatt，分贝毫瓦)，PC2(Power Class 2，功率等级2)功率一般在26dBm。由于终端上行功率较小，难以做到高速率、远距离覆盖。且目前基于SA(Standalone，独立)网络的主要是TDD时分的网络制式，增加外置功放，需要相应工作频段的多个通道的功放收发使能为前提。同时还损失了模组自身的上行SRS天线轮发能力，对通信速率造成一定影响。
也即，目前的5G终端存在上行功率小，不能满足5G专网应用上行覆盖能力和通信速率，具有外置功放上行信号倒灌下行LNA的风险等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大功率5G专网终端，旨在保留5G专网终端的SRS功能，解决5G专网终端应用上行覆盖能力不足的问题，并保证了5G通信速率。
本发明提供的基础方案：
一种大功率5G专网终端，包括终端壳体及设置于所述终端壳体内的主板，所述主板上安装有应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块和接口模块，所述接口模块连接有功放模块和天线轮发模块；
所述应用处理器模块，用于所述5G模块、所述无线转发模块、所述有线转发模块、所述接口模块的数据转发与交互；
所述5G模块，用于5G SA信令连接和数据交互，以及输出功放收发控制信号和SRS控制信号；
所述无线转发模块，用于将所述5G模块传输的数据在所述应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行无线转发；
所述有线转发模块，用于将所述5G模块传输的数据在所述应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行有线转发；
所述接口模块，用于为所述应用处理器模块、所述5G模块、所述有线转发模块、所述功放模块和所述天线轮发模块提供连接接口；
所述功放模块，用于对所述5G模块输出的功放收发控制信号和SRS控制信号进行滤波和放大；
所述天线轮发模块，用于对所述功放模块放大的功放收发控制信号和SRS控制信号经2T4R天线轮发。
本发明基础方案的原理为：
本方案中，大功率5G专网终端包括终端壳体、主板、应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块和接口模块，主板设置于终端壳体内，应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块和接口模块安装于主板上，接口模块为应用处理器模块、5G模块、有线转发模块、功放模块和天线轮发模块提供连接接口，使得应用处理器模块、5G模块、有线转发模块、功放模块和天线轮发模块均连接接口模块；应用处理器模块，作为系统运行中心、控制和驱动其他功能模块，实现5G模块、无线转发模块、有线转发模块、接口模块的数据转发与交互；5G模块，用于5G SA信令连接和数据交互，以及输出功放收发控制信号和SRS控制信号；无线转发模块将5G模块传输的数据在应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行无线转发，使得连接到无线转发模块的设备，可以通过5G模块与外界通信；有线转发模块，用于将5G模块传输的数据在应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行有线转发，使得连接到有线转发模块的设备，可以通过5G模块与外界通信；功放模块对5G模块输出的功放收发控制信号和SRS控制信号进行滤波和放大；天线轮发模块对功放模块放大的功放收发控制信号和SRS控制信号经2T4R天线轮发。
通过本方案中，应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块、功放模块和天线轮发模块的上述设置，对通用模组功放控制信号和SRS控制信号的二次开发，利用应用处理器模块实现控制信号的精准时序控制，实现5G模块上行信号的放大，同时保留5G专网终端的SRS功能，解决5G专网终端应用上行覆盖能力不足的问题，并保证了5G通信速率。
进一步，所述主板与应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块、接口模块之间的连接通过PCB走线、焊接或直接安装。
本方案中，通过主板与各个模块的PCB走线、焊接或直接安装，便于各个模块安装固定至终端壳体的主板上，实现大功率5G专网终端的正常工作。
进一步，所述无线转发模块包括WIFI模块、蓝牙模块、zigbee模块、RF模块中的至少一种。
本方案中，通过对大功率5G专网终端中无线转发模块的多种无线通信形式设置，实现了大功率5G专网终端的多通信模式，更加易于适配安装，提升大功率5G专网终端的应用便捷性。
进一步，所述有线转发模块包括以太网通信模块、光纤通信模块、串口通信模块中的至少一种。
本方案中，通过对大功率5G专网终端中有线转发模块的多种有线通信形式设置，实现了大功率5G专网终端的多通信模式，更加易于适配安装，提升大功率5G专网终端的应用便捷性。
进一步，所述主板上还安装有电源模块；
所述电源模块，用于为所述应用处理器模块、所述5G模块、所述无线转发模块所述有线转发模块、所述功放模块和所述天线轮发模块供电。
本方案中，通过电源模块的设置，便于对大功率5G专网终端中各个模块的供电，从而使得大功率5G专网终端的正常运行。
进一步，所述无线转发模块通过PCIE接口、SDIO接口、UART接口、I2C接口、SPI接口与所述应用处理器模块通信，所述有线转发模块通过PCIE接口、SGMII接口、UART接口、I2C接口、SPI接口、USB接口与所述应用处理器模块通信。
本方案中，无线转发模块和有线转发模块分别通过多种接口与应用处理器进行通信，从而使得应用处理器对无线转发模块和有线转发模块的控制，便于大功率5G专网终端与外界通信。
进一步，所述功放模块包括收发切换开关、多级功放、环形器、滤波器、低噪声放大器、限幅器、负载和接收开关。
本方案中，通过收发切换开关、多级功放、环形器、滤波器、低噪声放大器、限幅器、负载和接收开关的设置，以此实现功放模块对5G模块输出的功放收发控制信号和SRS控制信号进行滤波和放大，从而实现5G模块的上行信号放大，提升5G专网终端应用上行覆盖能力。
进一步，所述天线轮发模块包括2个双刀双掷开关和控制接口；
所述控制接口，用于控制所述2个双刀双掷开关交叉或直连。
本方案中，通过天线轮发模块中控制接口对2个双刀双掷开关的控制，实现5G模块中主收发通道和辅收发通道1T2R一个发射信号的两个天线轮询，从而实现2T4R的SRS天线轮发。
进一步，所述大功率5G专网终端还包括多根天线，所述多根天线至少包括4根5G信号天线和2根WiFi天线。
本方案中，通过大功率5G专网终端中多根5G信号天线和WiFi天线的设置，便于实现大功率5G专网终端的5G通信和WIFI通信。
附图说明
图1为本发明大功率5G专网终端一实施例的模块结构示意图；
图2为本发明大功率5G专网终端中功放模块一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明大功率5G专网终端中功放模块一实施例的功放控制时序示意图；
图4为本发明大功率5G专网终端中天线轮发模块一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：主板1、应用处理器模块2、5G模块3、无线转发模块4、电源模块5、有线转发模块6、接口模块7、功放模块8、天线轮发模块9、天线10、收发切换开关81、多级功放82、环形器83、滤波器84、低噪声放大器85、限幅器86、负载87、接收开关88、双刀双掷开关91、5G信号天线101和WiFi天线102。
在一实施例中，参照如图1所示，一种大功率5G专网终端，包括终端壳体及设置于所述终端壳体内的主板1，所述主板1上安装有应用处理器模块2、5G模块3、无线转发模块4、有线转发模块6和接口模块7，所述接口模块7连接有功放模块8和天线轮发模块9；
所述应用处理器模块2，用于所述5G模块3、所述无线转发模块4、所述有线转发模块6、所述接口模块7的数据转发与交互；
所述5G模块3，用于5G SA信令连接和数据交互，以及输出功放收发控制信号和SRS控制信号；
所述无线转发模块4，用于将所述5G模块3传输的数据在所述应用处理器2模块数据转发处理后，将处理后的数据进行无线转发；
所述有线转发模块6，用于将所述5G模块3传输的数据在所述应用处理器模块2数据转发处理后，将处理后的数据进行有线转发；
所述接口模块7，用于为所述应用处理器模块2、所述5G模块3、所述有线转发模块4、所述功放模块8和所述天线轮发模块9提供连接接口；
所述功放模块8，用于对所述5G模块3输出的功放收发控制信号和SRS控制信号进行滤波和放大；
所述天线轮发模块9，用于对所述功放模块8放大的功放收发控制信号和SRS控制信号经2T4R天线轮发。
本实施例中，所述主板上还安装有电源模块，用于为所述应用处理器模块、所述5G模块、所述无线转发模块所述有线转发模块、所述功放模块和所述天线轮发模块供电。
具体地，参照如图1所示，大功率5G专网终端包括主板1、应用处理器模块2、5G模块3、无线转发模块4、电源模块5、有线转发模块6、接口模块7、功放模块8、天线轮发模块9及天线10。所述应用处理器模块2、5G模块3、无线转发模块4、电源模块5、有线转发模块6和接口模块7均安装或焊接在所述主板1上；所述5G模块3、无线转发模块4、电源模块5、有线转发模块6、接口模块7均与所述应用处理器模块2连接，所述功放模块8和天线轮发模块9均与所述接口模块7连接，所述天线轮发模块9和无线转发模块4均与所述天线10连接。
其中，所述主板1安装在终端壳体内部，用于所述应用处理器模块2、5G模块3、无线转发模块4、电源模块5、有线转发模块6和接口模块7的安装固定，通过PCB走线、焊接或直接安装等方式实现各模块间的互联互通；应用处理器模块2是整个5G终端的系统运行中心，用于控制和驱动其他功能模块，实现模块间数据转发和交互；5G模块3用于实现5G SA信令连接、数据交互、提供功放收发控制信号和SRS控制信号；无线转发模块4用于将5G模块传输的数据通过所述应用处理器模块2转发处理后，利用Wi-Fi、蓝牙、zigbee、RF等无线通信方式，将数据进行无线转发，使得连接到所述无线转发模块4的设备，可以通过所述5G模块3与外界通信；有线转发模块6用于将5G模块3传输的数据通过应用处理器模块2转发处理后，利用以太网、光纤、串口等有线通信方式，将数据进行有线转发，使得连接到有线转发模块的设备，可以通过所述5G模块3与外界通信；接口模块7用于提供终端电源接口、有线业务接口、功放模块接口、天线轮发模块接口、维护接口等；功放模块8用于实现所述5G模块3无线收发信号的滤波和放大；天线轮发模块9用于实现经过所述功放模块8放大的所述5G模块3无线信号的2T4R天线轮发；天线用于辐射5G无线信号和所述无线转发模块4无线信号。
本实施例中，5G模块3通过USB3.0接口与应用处理器模块2通信，应用处理器模块2可以工作于Linux操作系统，内置所述5G模块3Linux驱动以及无线转发模块4相关驱动。所述无线转发模块4可以通过PCIE、SDIO、UART、I2C、SPI等接口与所述应用处理器模块2通信，有线转发模块6通过PCIE、SGMII、UART、I2C、SPI、USB等接口与所述应用处理器模块2通信。可以理解的是，无线转发模块4的无线转发方式可以但不限定于是Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、RF等，有线转发模块6的有线转发方式可以但不限定于是RS232、RS485、RS422、以太网等，接口模块7可以包括电源接口、以太网接口、RS232/422串口、维护接口、功放控制接口、天线轮发模块控制接口、sim卡接口等。
也即，上述实施例中，大功率5G专网终端采用“通用模组+定制能力”的行业终端主流设计模式，可以但不限定于是选用m.2封装5G模块3实现5G专网的空口数据连接，工作于TDD专网频段，上行支持2*2MIMO，下行支持4*4MIMO。并针对相应的专网频段，将5G模块3对应的工作频段的主收发通道(TRX)、辅收发通道(TRX_MIMO)、分集接收DRX0、DRX1的工作控制使能信号以及2T4R SRS天线切换控制信号映射到可编程的ANTCTRL0～ANTCTRL3四个GPIO中，对通用模组功放控制信号和SRS控制信号的二次开发，将上述信号输入到应用处理器模块做精确的时序处理后，再用于射频前端的控制，实现上行信号的放大和天线轮发，从而实现5G模块3上行信号的放大，同时保留5G专网终端的SRS功能，解决5G专网终端应用上行覆盖能力不足的问题，并保证了5G通信速率。
在一实施例中，参照如图2所示，功放模块8还包括收发切换开关81、多级功放82、环形器83、滤波器84、低噪声放大器85、限幅器86、负载87，接收开关88和控制接口，其中收发切换开关81用于射频信号收发切换，多级功放82用于射频信号功率放大，环形器83用于收发信号隔离和天线合路、滤波器84用于信号滤波，低噪声放大器85用于接收通路小信号放大，限幅器86用于限制接收通路最大信号幅度，负载87用于吸收功放处于发射状态时的上行泄露信号，接收开关88用于切换负载状态和接收状态，控制接口用于功放模块供电、控制和状态监控。
进一步地，收发切换开关81用于切换所述5G模块3主收发通道(TRX)和辅收发通道(TRX_MIMO)，通过5G模块3传输到所述应用处理器模块2后经过时序处理后生成的TX_EN信号控制，所述接收开关88用于切换接收信号，通过所述5G模块3传输到所述应用处理器模块2后经过时序处理后生成的RX_EN信号控制。
本实施例中，参照如图3所示，TX_EN为高电平时，功放处于发射状态；TX_EN为低电平时，功放处于接收状态；RX_EN为高电平时，低噪放通路打开；RX_EN为低电平时，低噪放通路处于负载状态；进一步地，为了防止功放上行信号倒灌下行LNA的风险，RX_EN先于TX_EN变为高电平前200ns变为低电平，在功放开启前，接收通路就处于负载状态，可以有效保护低噪放通路接收到上行大信号经过环形器后泄露的信号，并且RX_EN后于TX_EN变为低电平200ns变为高电平，在功放发射完毕后，接收通路才打开，也可以有效防止上行信号倒灌下行低噪放通路。
在一实施例中，参照如图4所示，天线轮发模块9还包括两个双刀双掷开关91和控制接口，其中控制接口用于控制所述两个双刀双掷开关91的交叉或直连，分别实现5G模块3主收发通道(TRX)和辅收发通道(TRX_MIMO)1T2R一个发射信号的两个天线轮询，从而实现2T4R的SRS天线轮发。需要说明的是，多根天线10至少包括4根5G信号天线101和2根Wi-Fi天线102，根据实际应用场景设定，此处不做决定限定。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种大功率5G专网终端，其特征在于，包括终端壳体及设置于所述终端壳体内的主板，所述主板上安装有应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块和接口模块，所述接口模块连接有功放模块和天线轮发模块；
所述应用处理器模块，用于所述5G模块、所述无线转发模块、所述有线转发模块、所述接口模块的数据转发与交互；
所述5G模块，用于5G SA信令连接和数据交互，以及输出功放收发控制信号和SRS控制信号；
所述无线转发模块，用于将所述5G模块传输的数据在所述应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行无线转发；将所述处理后的数据进行无线转发后，使得连接到所述无线转发模块的设备可以通过所述5G模块与外界通信；
其中，所述无线转发模块包括WIFI模块、蓝牙模块、zigbee模块、RF模块中的至少一种；
所述有线转发模块，用于将所述5G模块传输的数据在所述应用处理器模块数据转发处理后，将处理后的数据进行有线转发；将所述处理后的数据进行有线转发后，使得连接到有线转发模块的设备可以通过所述5G模块与外界通信；
所述接口模块，用于为所述应用处理器模块、所述5G模块、所述有线转发模块、所述功放模块和所述天线轮发模块提供连接接口；
所述功放模块，用于对所述5G模块输出的功放收发控制信号和SRS控制信号进行滤波和放大；
所述天线轮发模块，用于对所述功放模块放大的功放收发控制信号和SRS控制信号经2T4R天线轮发；
所述大功率5G专网终端采用“通用模组+定制能力”的模式，且工作于TDD专网频段，将5G模块对应的工作频段的主收发通道、辅收发通道、分集接收的工作控制使能信号以及2T4R SRS天线切换控制信号映射到可编程的ANTCTRL0~ANTCTRL3四个GPIO中，对所述通用模组的功放控制信号和SRS控制信号进行二次开发，并将所述主收发通道、辅收发通道、分集接收的工作控制使能信号、2T4R SRS天线切换控制信号、功放控制信号和SRS控制信号输入到应用处理器模块后，再用于射频前端的控制，以实现上行信号的放大和天线轮发。
2.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述主板与应用处理器模块、5G模块、无线转发模块、有线转发模块、接口模块之间的连接通过PCB走线、焊接或直接安装。
3.根据权利要求2所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述有线转发模块包括以太网通信模块、光纤通信模块、串口通信模块中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述主板上还安装有电源模块；
所述电源模块，用于为所述应用处理器模块、所述5G模块、所述无线转发模块所述有线转发模块、所述功放模块和所述天线轮发模块供电。
5.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述无线转发模块通过PCIE接口、SDIO接口、UART接口、I2C接口、SPI接口与所述应用处理器模块通信，所述有线转发模块通过PCIE接口、SGMII接口、UART接口、I2C接口、SPI接口、USB接口与所述应用处理器模块通信。
6.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述功放模块包括收发切换开关、多级功放、环形器、滤波器、低噪声放大器、限幅器、负载和接收开关。
7.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述天线轮发模块包括2个双刀双掷开关和控制接口；
所述控制接口，用于控制所述2个双刀双掷开关交叉或直连。
8.根据权利要求1所述的大功率5G专网终端，其特征在于，所述大功率5G专网终端还包括多根天线，所述多根天线至少包括4根5G信号天线和2根WiFi天线。
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