CN115297185A - 一种以太网转3gpp 5g的无线接入网装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以太网转3GPP5G的无线接入网装置，包括处理器单元以及分别与处理器单元连接的电源单元、以太网单元、串行通信接口单元和5G通信单元，其中：处理器单元用于对业务数据进行处理，并控制各单元的工作；电源单元采用集中式单芯片供电，用于为处理器单元提供不同电压的多路电源输入；以太网单元用于连接本地业务终端，并将获得的业务数据传送给处理器单元；串行通信接口用于实现其串行数据的收发；5G通信单元用于将从处理器接收的业务数据进行协议转换后发出。上述方案采用高集成度的单芯电源解决方案，使得整个装置不仅集成度高，且总耗能低。

Description

一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置
技术领域
本发明涉及电力通信技术，更具体的说，是涉及一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置。
背景技术
在电力系统，业务终端会不断的产生大量的业务数据，这些业务数据需要实时地上行发送给系统主站。由于业务系统通信多采用以太网，因此需要将业务数据进行协议转换，由以太网IEEE 802.3协议转换为3GPP 5G协议，再将业务数据通过5G网络传送给系统主站。
当前，电力系统中，数据通信的一种实现是采用有线通信装置，然而有线通信装置存在布线复杂和成本高的问题；另一种实现是采用无线接入网装置，但目前的无线接入网装置普遍存在的功耗高和体积大问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供如下技术方案：
一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，包括处理器单元以及分别与所述处理器单元连接的电源单元、以太网单元、串行通信接口单元和5G通信单元，其中：
所述处理器单元用于对业务数据进行处理，并控制各单元的工作；
所述电源单元采用集中式单芯片供电，用于为所述处理器单元提供不同电压的多路电源输入；
所述以太网单元用于连接本地业务终端，并将获得的业务数据传送给所述处理器单元；
所述串行通信接口用于实现串行数据的收发；
所述5G通信单元用于将从所述处理器单元接收的业务数据进行协议转换后发出。
可选地，所述电源单元具体用于：
基于设定的时序需求向所述处理器单元输出多路不同电压的电源。
可选地，所述以太网单元包括以太网MAC、以太网PHY、网口变压器和RJ45接口，其中，所述以太网MAC和所述以太网PHY内置于所述处理器单元物理结构内部。
可选地，还包括：
加密单元，包括加密卡，所述加密卡与所述处理器单元的SD接口连接，用于对业务数据进行加密。
可选地，还包括：
温度检测单元，包括温度传感器，所述温度传感器与所述处理器单元的I2C接口连接，用于采集温度数据。
可选地，还包括：
定位单元，包括定位模块，所述定位模块与所述处理器单元的UART串口连接，用于对所述以太网转3GPP 5G的无线接入网装置进行定位。
可选地，所述5G通信单元通过所述处理器单元的USB接口实现与所述处理器单元的通信。
可选地，还包括：
指示灯单元，包括发光二极管，所述发光二极管通过所述处理器单元的GPIO端口与所述处理器单元连接。
可选地，还包括：
存储单元，包括存储芯片，所述存储芯片用于存储所述处理器单元的处理数据。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，包括处理器单元以及分别与所述处理器单元连接的电源单元、以太网单元、串行通信接口单元和5G通信单元，其中：所述处理器单元用于对业务数据进行处理，并控制各单元的工作；所述电源单元采用集中式单芯片供电，用于为所述处理器单元提供不同电压的多路电源输入；所述以太网单元用于连接本地业务终端，并将获得的业务数据传送给所述处理器单元；所述串行通信接口用于实现串行数据的收发；所述5G通信单元用于将从所述处理器单元接收的业务数据进行协议转换后发出。上述方案采用高集成度的单芯电源解决方案，使得整个装置不仅集成度高，且总耗能低，易于在电力系统多种无线接入网场景下灵活部署。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的无线接入网装置的应用场景整体架构图；
图2为本发明实施例公开的一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一个以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的架构组成示意图；
图4为本发明实施例公开的一个电源单元的结构示意图；
图5为本发明实施例公开的一个电源单元上电时序示意图；
图6为本发明实施例公开的一个以太网单元的结构示意图；
图7为本发明实施例公开的一个加密单元的结构示意图；
图8为本发明实施例公开的一个温度检测单元的结构示意图；
图9为本发明实施例公开的一个定位单元的结构示意图；
图10为本发明实施例公开的另一个以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的架构组成示意图。
具体实施方式
为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：
3GPP：3rd Generation Partnership Project的缩写，第三代合作伙伴计划。3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性。其职能：3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA(FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-SCDMA技术)为无线接口的第三代技术的规范。
5G：5th Generation Mobile Communication Technology，第五代移动通信技术。
3GPP 5G：3GPP 5G即符合3GPP发布的5G标准的移动通信技术。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，是为了解决电力系统中有线通信装置布线困难、成本高的问题，同时解决电力系统中3GPP 5G无线接入网装置普遍存在的功耗高、体积大问题。该装置的主要功能是将以太网IEEE 802.3协议转换为3GPP5G协议，将系统本地业务数据接入无线网络并传送至系统主站。图1为本发明实施例公开的无线接入网装置的应用场景整体架构图，图1中的通信终端即为本申请实施例所述以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，可结合图1理解以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的应用场景。
图2为本发明实施例公开的一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的结构示意图。参见图1所示，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置可以包括：处理器单元10以及分别与所述处理器单元连接的电源单元20、以太网单元30、串行通信接口单元40和5G通信单元50。
其中，所述处理器单元用于对业务数据进行处理，并控制各单元的工作；所述电源单元采用集中式单芯片供电，用于为所述处理器单元提供不同电压的多路电源输入；所述以太网单元用于连接本地业务终端，并将获得的业务数据传送给所述处理器单元；所述串行通信接口用于实现串行数据的收发；所述5G通信单元用于将从所述处理器单元接收的业务数据进行协议转换后发出。
可以理解的，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的整机系统的电源由多路电平组成，同时需要满足上电时序的要求，常规的解决方案是使用多个电源芯片搭建电源系统，也即采用分立式多芯方案实现，因此存在电源单元集成度低，功耗大，逻辑繁琐，调试困难等问题；本申请的方案是采用一颗芯片解决多种电平电源供给，同时满足上电时序的要求，因此能够从整体上提高装置的集成程度，降低整机功耗。由此，所述电源单元具体可用于：基于设定的时序需求向所述处理器单元输出多路不同电压的电源
其中，所述以太网单元包括以太网MAC(MediaAccess Control，媒体介入控制层)、以太网PHY(Physical，物理端口层)、网口变压器和RJ45接口，其中，所述以太网MAC和所述以太网PHY内置于所述处理器单元物理结构内部，也即内置于处理器芯片的内部。这样，整个装置的集成度更高，进一步缩小了装置体积。
为了更好的理解本申请的实现，下面将给出一个具体的实例来进行相关介绍。
图3为本发明实施例公开的一个以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的架构组成示意图。结合图3所示，该装置的处理器单元选用MT7621AT，该芯片采用MIPS(Microprocessor without interlocked piped stages architecture，一种采取精简指令集(RISC)的处理器架构)架构，主频高达880MHz，具备高速以太网络端口物理层(EthernetPHY)、AES128/256安全引擎、USB3.0主机、PCIe主机。
其中，所述5G通信单元通过所述处理器单元的USB接口实现与所述处理器单元的通信。具体的，处理器可以通过USB3.0接口与型号为FM150的5G通信模组连接，实现3GPP 5G数据的收发功能，选用4天线方案，支持SA/NSA组网模式，支持频段包括：n1、n3、n5、n7、n8、n20、n28、n38、n41、n77、n78、n79等。
电源单元可采用4.5～18V直流输入，按照时序要求输出5路不同电平的电源。处理器单元由5路电源供给，主要包括3.3V主电源、1.2V内核模拟电源、1.0V内核数字电源、1.1V内核数字电源、1.5V DDR驱动电源。其他单元由3.3V电源供给。本发明的电源单元采用集中式单芯片供电，1路输入5路输出，可调上电时序，满足整机电源系统的要求。相比领域内多电源芯片方案，本发明缩小了装置的体积，提升了电源效率。电源单元结构如图4所示，可结合图4来理解相关内容。
电源单元上电时序如图5所示。其中，t1表示3.3V主电源与内核数字电源之间按上电顺序应间隔的时间，该时间不小于1ms；t2表示1.2V与内核数字电源之间按上电顺序应间隔的时间，该时间不小于1ms；t3表示1.5V DDR驱动电源与内核数字电源之间按上电顺序应间隔的时间，该时间不小于1ms。
需要说明的是，在这个实例中，以1路输入5路输出为例来进行介绍，实际应用中，可以基于需求设计输出其他个数的几路电平。总之，本发明整机系统采用高集成度单芯电源解决方案，一颗芯片驱动所有功能单元的电源需求，并满足系统的上电时序要求。
以太网单元用来链接本地业务终端，是数据的输入端口。该单元主要包括以太网MAC、以太网PHY、网口变压器、RJ45接口。其中以太网MAC、以太网PHY内置于处理器。通过2路内置以太网MAC、以太网PHY与外部网口变压器组成双千兆以太网接口单元。该单元的结构如图6所示。
此外，处理器还可以通过UART串口2与外部RS-232转换芯片连接组成串口通信接口单元，满足串行数据收发需求。
其他实现中，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置还可以包括：加密单元，包括加密卡，所述加密卡与所述处理器单元的SD接口连接，用于对业务数据进行加密。
本发明装置应用于电力系统无线接入网场景中，必须满足电力系统对安全加密的要求，因此需要设置加密单元。加密单元提供安全区域，支持国密算法SM1/SM2/SM3/SM4，建立VPN(Virtual Private Network，虚拟专用网络)通道，实现数据加密，保证数据安全。加密单元可以但不限于包括加密卡和SD接口。该单元的结构如图7所示。
其他实现中，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置还可以包括：温度检测单元，包括温度传感器，所述温度传感器与所述处理器单元的I2C接口连接，用于采集温度数据。
电力系统对接入网设备运行温度变化较为敏感，因此本发明装置可以设计宽温范围的高精度检测单元，实现对装置温度的实时监控。针对电力现场对温度及位置的敏感性需求，设置温度检测单元，检测范围为可以但不限于-55～125℃，检测精度为±2℃。温度检测单元包括温度传感器和I2C接口。该单元的结构如图8所示。
其他实现中，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置还可以包括：定位单元，包括定位模块，所述定位模块与所述处理器单元的UART串口连接，用于对所述以太网转3GPP 5G的无线接入网装置进行定位。
具体的，电力系统中对移动应用场景下的无线接入网设备有高精度定位的要求，本发明装置可以设置支持RTK(Real-time kinematic，实时动态)功能的高精度定位，实现厘米级的实时定位。如定位模块可以是GNSS(the Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)。GNSS模组支持RTK功能的厘米级高精度定位，包括定位模组、串行通信接口、天线。该单元的结构如图9所示，其中ZED-F9P为GNSS模组。
通过设置定位单元，可以将位置信息随业务数据上传至主站系统，用于故障位置上报及区域命令下发。
其他实现中，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置还可以包括：指示灯单元，包括发光二极管，所述发光二极管通过所述处理器单元的GPIO端口与所述处理器单元连接。
其他实现中，以太网转3GPP 5G的无线接入网装置还可以包括存储单元，包括存储芯片，所述存储芯片用于存储所述处理器单元的处理数据。一个示例中，存储单元可以包括128Mb SPI Flash(串行闪存)和2Gb DDR3(一种计算机内存规格)。
结合上述内容，图10为本发明实施例公开的另一个以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的架构组成示意图，图10所示内容比较完整的示出了整个以太网转3GPP 5G的无线接入网装置的架构组成，可结合图10理解前述相关内容。
本发明实施例为电力系统业务场景提供一种将本地数据由标准千兆以太网IEEE802.3协议转换为3GPP 5G协议的无线接入网通信装置，该装置不仅具备数据转换功能，实现千兆以太网转3GPP 5G，还可以内置以太网MAC、以太网PHY，进一步提升集成度，同时还具备安全加密、温度检测、高精度定位的功能，满足不同场景应用需求。总体而言，本申请方案使用高集成度的单芯电源解决方案，集成度高、总耗能低，且功能丰富，适用于多种接入网场景。
本申请中，处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序模块。内核可以设置一个或多个，通过调整内核参数来实现回访数据的处理。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，包括处理器单元以及分别与所述处理器单元连接的电源单元、以太网单元、串行通信接口单元和5G通信单元，其中：
所述处理器单元用于对业务数据进行处理，并控制各单元的工作；
所述电源单元采用集中式单芯片供电，用于为所述处理器单元提供不同电压的多路电源输入；
所述以太网单元用于连接本地业务终端，并将获得的业务数据传送给所述处理器单元；
所述串行通信接口用于实现串行数据的收发；
所述5G通信单元用于将从所述处理器单元接收的业务数据进行协议转换后发出。
2.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，所述电源单元具体用于：
基于设定的时序需求向所述处理器单元输出多路不同电压的电源。
3.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，所述以太网单元包括以太网MAC、以太网PHY、网口变压器和RJ45接口，其中，所述以太网MAC和所述以太网PHY内置于所述处理器单元物理结构内部。
4.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，还包括：
加密单元，包括加密卡，所述加密卡与所述处理器单元的SD接口连接，用于对业务数据进行加密。
5.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，还包括：
温度检测单元，包括温度传感器，所述温度传感器与所述处理器单元的I2C接口连接，用于采集温度数据。
6.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，还包括：
定位单元，包括定位模块，所述定位模块与所述处理器单元的UART串口连接，用于对所述以太网转3GPP 5G的无线接入网装置进行定位。
7.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，所述5G通信单元通过所述处理器单元的USB接口实现与所述处理器单元的通信。
8.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，还包括：
指示灯单元，包括发光二极管，所述发光二极管通过所述处理器单元的GPIO端口与所述处理器单元连接。
9.根据权利要求1所述的以太网转3GPP 5G的无线接入网装置，其特征在于，还包括：
存储单元，包括存储芯片，所述存储芯片用于存储所述处理器单元的处理数据。
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