CN114786168A - 一种适用于电力业务的加密esim模块以及5g模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电力业务的加密ESIM模块以及5G模组，加密ESIM模块包括LPA功能模块、加密模块和eUICC模块；5G模组包括集成在PCB板上的电源管理芯片、存储单元、5G基带芯片、射频收发芯片、射频前端、天线、模组接口以及加密ESIM模块。优点：本发明的电力业务加密ESIM模块通过LPA功能模块对Profile进行下载以及管理，并通过加密模块进行加密，保证业务通信的安全性；本发明采用5G通信模组，是通过唯一的射频收发芯片实现4G和5G均只有一路收发通道实现5G通信模组的轻型化，以降低生产工艺要求，从而减小生产成本。

Description

一种适用于电力业务的加密ESIM模块以及5G模组

技术领域

本发明涉及一种适用于电力业务的加密ESIM模块以及5G模组，属于通信技术领域。

背景技术

强移动宽带（eMBB）方面，5G网络技术的峰值速率、区域速率、边缘速率，都教4G大幅提高，提供10倍于4G的峰值速率，可满足电网高清视频、输配变机器人巡检等数据的大量传输需求。超高可靠与低时延通信（uRLLC）方面，5G的通信时延比4G低一个数量级，空中接口的时延在1ms左右，提供99.999%的超高可靠性，为配网差动保护、精准负荷控制等超高可靠、超低时延业务应用创造了条件。大规模机器类型通信（mMTC）方面，5G网络容量更大，每平方公里支持连接100万个终端，能够满足电力物联网的海量智能终端的接入需求。但是现有的5G模组集成各行业的需求，硬件兼容设计较多，价格相对较高，安全性较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于电力业务的加密ESIM模块以及5G模组。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于电力业务的加密ESIM模块，其特征在于，包括：LPA功能模块、加密模块和eUICC模块，其中，所述LPA功能模块，接终端设备和电力专网的远程配置数据管理平台；

所述LPA功能模块，用于对运营商向用户提供服务所需的卡数据和卡应用的集合Profile进行下载；

所述加密模块，用于将下载的Profile进行加密或者解密后发送给eUICC模块；

所述eUICC模块，用于根据加密或解密后的Profile进行用户身份识别。

进一步的，所述LPA功能模块，还用于对下载后的Profile进行状态管理以及信息查询。

进一步的，还包括：

其他功能模块，用于根据模块的应用场景和业务需求不同配置对应的功能。

一种适用于电力业务的加密ESIM模块的下载方法，包括：

利用加密模块将所有的数据业务和控制指令进行加密；

控制eUICC模块通过现有网络周期性的将加密后的控制业务指令发送给电力专网的远程配置数据管理平台，之后由ESIM业务受理及下载触发服务器，并通过eUICC识别码EID从ESIM业务受理及下载触发服务器查询预先已经进行业务办理处理的业务订购信息，利用电力专网的远程配置数据管理平台将业务订购信息进行加密后发送给终端设备；

利用加密模块对终端设备接收到的加密信息进行解密，利用LPA功能模块根据解密后的业务订购信息，获取ESIM业务受理及下载触发服务器发出的触发指令和ESIM管理平台地址；

接收到触发指令后通过ESIM管理平台地址从ESIM管理平台下载与业务订购信息相对应的Profile。

进一步的，所述预先进行业务办理处理，包括：

将行业用户的业务需求通过ESIM业务受理及下载触发服务器发送给终端管理平台相关业务系统；

获取终端管理平台相关业务系统根据业务需求确定的业务办理报文；

利用所述加密模块对业务办理报文进行加密，生成加密报文，输出业务办理成功指令；

根据业务办理成功指令和加密报文，在ESIM管理平台生成Profile并将Profile包含的订购信息同步至ESIM业务受理及下载触发服务器。

一种适用于电力业务的5G模组，包括：集成在PCB板上的电源管理芯片、存储单元、5G基带芯片、射频收发芯片、射频前端、天线、模组接口以及权利要求1所述的加密ESIM模块；

所述电源管理芯片，用于提供稳定的电源；

所述5G基带芯片与加密ESIM模块连接，用于进行电力业务的加密和ESIM功能；

所述存储单元与5G基带芯片连接，用于给5G基带芯片提供永久存储空间和运行存储空间；

所述射频收发芯片分别和5G基带芯片和射频前端连接，射频前端与天线连接，天线用于接收或者发送信号，射频前端用于将接收或者发射的信号滤波放大，射频收发芯片用于将射频信号与5G基带芯片能够处理的信号进行转换。

所述模组接口与5G基带芯片连接，用于提供外部接口进行数据通信；

进一步的，所述PCB板的层数低于10层。

进一步的，射频信号传输通道为一路收发通道。

进一步的，所述存储单元为配置不高于4Gbit LPDDR4X + 4Gbit nand FLASH合一的MCP。

进一步的，所述模组接口以标准M.2进行封装。

进一步的，还包括时钟单元，用于为5G基带芯片和射频芯片提供基准的时钟信号。

进一步的，所述射频前端包括：射频开关、滤波器SAW、声表双工器、共用功率放大器、高频功率放大器和低频功率放大器；

5G基带芯片解调后的LTE_FDD射频信号或N28频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再依次经过声表双工器和射频开关，最后经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_FDD信号或N28频段信号后，经过功率放大器内部的开关后切换声表双工器为接收回路，转换成小信号，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的LTE_TDD射频信号或N41频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再经过滤波器SAW滤除带外信号，最后经过射频开关，经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_TDD信号或N41频段信号后，经过滤波器SAW滤波后，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的微波信号由射频收发芯片输出，再发送到微波前端；微波前端发出的微波信号通过射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N78频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N78频段信号经滤波器直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N79频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N79频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的低频200M-500M频段信号依次经射频收发芯片、低频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的低频200M-500M频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明的电力业务加密ESIM模块通过LPA功能模块对Profile进行下载以及管理，并通过加密模块进行加密，保证业务通信的安全性。

2、本发明采用5G通信模组，是通过唯一的射频收发芯片实现4G和5G均只有一路收发通道实现5G通信模组的轻型化，以降低生产工艺要求，从而减小生产成本。

附图说明

图1是本发明的适用于电力业务的5G模组框图；

图2是射频前端示意图；

图3是ESIM功能模块功能架构；

图4是ESIM模组业务流程；

图5是5G专有网络框架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示一种适用于电力业务的5G模组，包括：集成在PCB板上的电源管理芯片、存储单元、5G基带芯片、射频收发芯片、射频前端、天线、模组接口以及加密ESIM模块；

所述电源管理芯片，用于提供稳定的电源；

所述5G基带芯片与加密ESIM模块连接，用于进行电力业务的加密和ESIM功能；

所述存储单元与5G基带芯片连接，用于给5G基带芯片提供永久存储空间和运行存储空间；

所述射频收发芯片分别和5G基带芯片和射频前端连接，射频前端与天线连接，天线用于接收或者发送信号，射频前端主要是将接收或者发射的信号滤波放大，射频收发芯片将高频信号与5G基带芯片能够处理的信号的转换。

所述模组接口与5G基带芯片连接，用于提供外部接口进行数据通信。

本发明的5G模组采用轻量化5G通信模组，通过裁剪频段、射频通道、降低存储单元配置、裁剪PCB层数（不高于10层）等轻型化方法，以降低生产工艺要求，从而减小生产成本，实现轻型化。

所述存储单元为配置不高于4Gbit LPDDR4X + 4Gbit nand FLASH合一的MCP。

本发明的5G模组的接口是一种约定模组接口为标准的M.2的封装，且具有控制接口，电源接口外设接口等。其中外设接口包括复位、开关机、睡眠唤醒、网络状态指示等。

电源管理芯片将电源接口提供的电源，通过电源管理芯片内部LDO，DCDC等为其他几个芯片提供稳定的电源。5G基带芯片为模组接口提供常用的SIM、USB、GPIO等外部接口；5G基带芯片与ESIM、加密芯片连接，实现电力业务的加密和ESIM功能；基带芯片与射频收发芯片连接，实现数字转模拟的发射信号。射频信号通过功率放大器，开关，天线等射频前端电路将信号发射出去。天线将接收到的射频信号，通过射频开关，滤波器等电路送至射频收发芯片进行调制解调。

本发明的5G模组的射频前端电路如图2所示，射频前端包括射频前端包含：射频开关、滤波器SAW、声表双工器、共用功率放大器、高频功率放大器和低频功率放大器；

5G基带芯片解调后的LTE_FDD射频信号或N28频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再经过声表双工器滤除带外信号，最后经过射频开关，经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_FDD信号或N28频段信号后，经过功率放大器内部的开关后切换声表双工器为接收回路，转换成小信号，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的LTE_TDD射频信号或N41频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再经过滤波器SAW滤除带外信号，最后经过射频开关，经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_TDD信号或N41频段信号后，经过滤波器SAW滤波后，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的微波信号由射频收发芯片输出，再发送到微波前端；微波前端发出的微波信号通过射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N78频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N78频段信号经滤波器直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N79频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N79频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的低频200M-500M频段信号依次经射频收发芯片、低频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的低频200M-500M频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片。

通过该射频前端，实现支持4G专网TDD BAND59或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。支持5G通信N28、N41、N78和N79频段。

通过唯一的射频收发芯片实现4G和5G均只有一路收发通道。5G N78和N79的发射采用独立的高频功率放大器，并且发射和接收通过射频开关直接连接到天线。5G N28和N41与4G共用硬件射频通道。

支持230M、微波20G频段的自组网通信链路，电力系统的通信业务覆盖范围较广，且多数处于公网信号比较差的地方，如地下室，山区等地。需要考虑延伸覆盖的通信方案，本专利采用电力专有频段230M、微波20G频段的自组织通讯模式，不但满足不同业务场景需求，也满足电力安全需求。

在变电站或者配电房的运用场景下，由于公网信号覆盖效果比较差，无法保证所有的通信终端都能接入到公网中。这时候后启用230M或者20G等频段自组网通信模式。自组网的网络拓扑结构可以是星型网络模式，树形网络模式，环形网络模式。并且各类网络模式均支持单向传输和双向传输。

自组网的网络拓扑结构包含星型网络模式，树形网络模式，环形网络模式。各类网络模式均支持单向传输和双向传输。

自组网路由和组网分有几类策略，可以在电力5G专服务网管部署，如图5所示。

如图3所示，本发明5G模组中的ESMI模块为一种适用于电力业务的ESIM模块，具有适用于电力业务功能模块，包括以下几部分:LPA功能模块（本地Profile管理助理功能模块）、加密模块、其他功能模块和eUICC模块，其中，所述LPA功能模块，接终端设备和电力专网的远程配置数据管理平台。

所述LPA功能模块，用于对运营商向用户提供服务所需的卡数据和卡应用的集合Profile进行下载；

所述加密模块，用于将下载的Profile进行加密或者解密后发送给eUICC模块；

所述eUICC模块，用于根据加密或解密后的Profile进行用户身份识别。

所述LPA功能模块，还用于对Profile进行状态管理以及信息查询。

所述其他功能模块，用于根据模块的应用场景和业务需求不同配置对应的功能。

本发明中的加密模块采用国网加密芯片，支持SM1,SM2,SM3,SM4加密方式，确保5G通信信息安全。

如图4所示，一种适用于电力业务的加密ESIM模块的下载方法，行业终端长时间工作于无人值守状态，无法由用户触发进行号码下载，因此需要由eSIM业务受理及下载触发服务器触发模组进行Profile下载，具体流程为：

业务办理：行业用户通过eSIM业务受理及下载触发服务器连接到终端管理平台相关业务系统进行业务办理；其中业务办理报文通过加密装置生产加密报文，并且此终端管理平台为电力业务系统专有的管理平台，部署在电力5G专网服务器上，如图五所示。

Profile生成：业务办理成功后，eSIM管理平台生成Profile；此eSIM管理平台做为模块部署于各电力业务管理平台上。

号码订购信息同步：业务系统将订购信息同步至eSIM业务受理及下载出发服务器；

业务订购信息查询：模组开机后，周期性自动连接到eSIM业务受理及下载触发服务器，通过EID查询是否有业务订购信息；

Profile下载触发：eSIM业务受理及下载触发服务器将eSIM管理平台地址告知模组，并触发模组进行Profile下载；

Profile下载：模组连接到eSIM管理平台进行Profile下载。

其中eSIM业务受理及下载触发服务器，主要用于业务订购发起和触发A类模组连接到eSIM管理平台进行码号下载，具体功能为:

业务订购发起功能:负责连接到终端管理平台相关业务系统，进行业务订购；

订购信息同步功能:通过订购同步接口同步订单数据，同步数据包括 EID、IMEI、激活码、订购时间；

下载触发功能:为模组提供基于 HTTP/TCP/UDP的eSIM查询和触发、下载接口，并记录下载过程日志和下载结果；

管理于配置功能：基本配置管理、日志查询、订购记录、下载记录。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种适用于电力业务的加密ESIM模块，其特征在于，包括：LPA功能模块、加密模块和eUICC模块，其中，所述LPA功能模块，接终端设备和电力专网的远程配置数据管理平台；

所述LPA功能模块，用于对运营商向用户提供服务所需的卡数据和卡应用的集合Profile进行下载；

所述加密模块，用于将下载的Profile进行加密或者解密后发送给eUICC模块；

所述eUICC模块，用于根据加密或解密后的Profile进行用户身份识别。

2.根据权利要求1所述的适用于电力业务的加密ESIM模块，其特征在于，所述LPA功能模块，还用于对下载后的Profile进行状态管理以及信息查询。

3.根据权利要求1所述的适用于电力业务的加密ESIM模块，其特征在于，还包括：

其他功能模块，用于根据模块的应用场景和业务需求不同配置对应的功能。

4.一种基于权利要求1所述的适用于电力业务的加密ESIM模块的下载方法，其特征在于，包括：

利用加密模块将所有的数据业务和控制指令进行加密；

控制eUICC模块通过现有网络周期性的将加密后的控制业务指令发送给电力专网的远程配置数据管理平台，之后由ESIM业务受理及下载触发服务器，并通过eUICC识别码EID从ESIM业务受理及下载触发服务器查询预先已经进行业务办理处理的业务订购信息，利用电力专网的远程配置数据管理平台将业务订购信息进行加密后发送给终端设备；

利用加密模块对终端设备接收到的加密信息进行解密，利用LPA功能模块根据解密后的业务订购信息，获取ESIM业务受理及下载触发服务器发出的触发指令和ESIM管理平台地址；

接收到触发指令后通过ESIM管理平台地址从ESIM管理平台下载与业务订购信息相对应的Profile。

5.根据权利要求4所述的基于权利要求1所述的适用于电力业务的加密ESIM模块的下载方法，其特征在于，所述预先进行业务办理处理，包括：

将行业用户的业务需求通过ESIM业务受理及下载触发服务器发送给终端管理平台相关业务系统；

获取终端管理平台相关业务系统根据业务需求确定的业务办理报文；

利用所述加密模块对业务办理报文进行加密，生成加密报文，输出业务办理成功指令；

根据业务办理成功指令和加密报文，在ESIM管理平台生成Profile并将Profile包含的订购信息同步至ESIM业务受理及下载触发服务器。

6.一种适用于电力业务的5G模组，其特征在于，包括：集成在PCB板上的电源管理芯片、存储单元、5G基带芯片、射频收发芯片、射频前端、天线、模组接口以及权利要求1所述的加密ESIM模块；

所述电源管理芯片，用于提供稳定的电源；

所述5G基带芯片与加密ESIM模块连接，用于进行电力业务的加密和ESIM功能；

所述存储单元与5G基带芯片连接，用于给5G基带芯片提供永久存储空间和运行存储空间；

所述射频收发芯片分别和5G基带芯片和射频前端连接，射频前端与天线连接，天线用于接收或者发送信号，射频前端用于将接收或者发射的信号滤波放大，射频收发芯片用于将射频信号与5G基带芯片能够处理的信号进行转换。

7.所述模组接口与5G基带芯片连接，用于提供外部接口进行数据通信；

根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，所述PCB板的层数低于10层。

8.根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，射频信号传输通道为一路收发通道。

9. 根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，所述存储单元为配置不高于4Gbit LPDDR4X + 4Gbit nand FLASH合一的MCP。

10.根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，所述模组接口以标准M.2进行封装。

11.根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，还包括时钟单元，用于为5G基带芯片和射频芯片提供基准的时钟信号。

12.根据权利要求6所述的适用于电力业务的5G模组，其特征在于，所述射频前端包括：射频开关、滤波器SAW、声表双工器、共用功率放大器、高频功率放大器和低频功率放大器；

5G基带芯片解调后的LTE_FDD射频信号或N28频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再依次经过声表双工器和射频开关，最后经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_FDD信号或N28频段信号后，经过功率放大器内部的开关后切换声表双工器为接收回路，转换成射频射频信号，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的LTE_TDD射频信号或N41频段信号由射频收发芯片输出，经过共用功率放大器放大信号后，再经过滤波器SAW滤除带外信号，最后经过射频开关，经由天线将信号发送出去；天线接收来自基站的LTE_TDD信号或N41频段信号后，经过滤波器SAW滤波后，发送至射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的微波信号由射频收发芯片输出，再发送到微波前端；微波前端发出的微波信号通过射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N78频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N78频段信号经滤波器直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的N79频段信号依次经射频收发芯片、高频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的N79频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片；

5G基带芯片解调后的低频200M-500M频段信号依次经射频收发芯片、低频功率放大器、滤波器SAW和射频开关后，经天线发送出去；天线接收来自基站的低频200M-500M频段信号经滤波器SAW直接传输到射频收发芯片，再经射频收发芯片发送至5G基带芯片。

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