CN117335826A - 5G RedCap终端设备及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种5G RedCap终端设备及系统，包括主控模块和5G RedCap模组，所述主控模块通过USB接口与所述5G RedCap模组连接；其中，所述主控模块用于实现路由协议处理，为物联网设备提供上网业务；所述5G RedCap模组用于接入基站，将4G或5G无线信号转为IP数据，所述5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元；通过将5G RedCap模组与主控模块进行配合，利用主控模块实现各物联网设备的路由协议处理，利用5G RedCap模组接入4G/5G无线基站，实现4G/5G无线信号转IP数据，使得成本和功耗同时降低，有利于物联网场景规模化使用并满足节能要求。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种5G RedCap终端设备及系统。
背景技术
随着5G高速发展，5G产品不断普及，应用场景日益增多，在当前的实际应用中，5G技术的高性能同时带来了高成本问题，影响了其商业规模上量、应用覆盖，发展前景受到了一定的约束。其中在物联网行业，物联网所呈现出的是高度碎片化特征。物联网应用场景复杂、多样、各行各业甚至个别客户的诉求也具有差异化，这导致实际用户对网络的指标要求并不一样。比如在高度自动化的智慧园区、智慧工厂里，虽然5G的增强移动宽带(EnhancedMobile Broadband，eMBB)和低时延高可靠通信(Ultra Reliable Low LatencyCommunication，URLLC)特性能够满足园区自动化设备、产线工业机器人精准控制的需求，但园区和工厂中往往还有更大一部分设备的业务是用不到eMBB的高速率的，像数据回传、视频传输、工业传感设备等，上行和下行速率只需要几十Mbps，有些甚至小于10Mbps，但这些设备往往又需要比4G网络更低时延的连接支持。
鉴于上述情况，第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，3GPP)冻结了R17标准，其中，定义了5G降低性能(Reduced Capability，RedCap)终端，5GRedCap即“降低能力”版本的5G系统，是一个相对的概念。RedCap主要通过对5G速率、功耗等能力进行精简，以便精准适配中低速物联场景，提高设备和网络的性价比，从而可以加快5G物联网的扩展应用，实现5G的规模化发展。
但当前物联网行业中，采用的现有终端设备都是标准5G版本终端，现有标准版本5G终端产品使用成本偏高，制约其在物联网行业商业上量应用，并且目前标准版本5G终端产品的整机功耗偏高，不利于物联网场景大规模应用的节能要求。
发明内容
本申请提供一种5G RedCap终端设备及系统，用以解决现有标准版本5G终端产品使用成品偏高，整机功耗偏高，不利于物联网场景大规模应用的节能要求的问题。
第一方面，本申请提供一种5G RedCap终端设备，包括：
主控模块和5G RedCap模组，所述主控模块通过USB接口与所述5G RedCap模组连接；
其中，所述主控模块用于实现路由协议处理，将所述5G RedCap模组的网际互连协议IP数据转化为局域网的信号，为物联网设备提供上网业务；
所述5G RedCap模组用于接入4G或5G无线基站，实现将4G或5G无线信号转为IP数据，所述5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元，所述时钟单元用于产生基带处理单元和射频处理单元所需的时钟信号，所述基带处理单元用于完成上下行基带处理功能，所述射频处理单元通过基带射频接口与基带处理单元通信，完成基带信号与射频信号的转换。
可选地，如上所述的终端设备，所述主控模块包括主控系统和若干个功能接口；
所述主控系统包括中央处理器和多个存储器，所述主控系统用于维持所述终端设备运行；
所述功能接口包括对外接口和对内接口，所述对外接口用于连接各物联网设备，所述对内接口用于连接所述5G RedCap模组和集成电路总线。
可选地，如上所述的终端设备，所述主控系统包括第一存储器、第二存储器和第三存储器，
其中，所述第一存储器用于提供所述中央处理器运行的空间；
所述第二存储器用于存放所述中央处理器的系统引导文件；
所述第三存储器用于存放各产品软件版本和各应用程序。
可选地，如上所述的终端设备，所述对外接口包括千兆以太网有线网口、USB接口、近距离数据传输通信协议接口、远程通信协议接口、数字信号输入接口、数字信号输出接口和无线保真天线接口。
可选地，如上所述的终端设备，所述基带处理单元包括主控子模块、基带处理子模块和第一传输子模块；
其中所述主控子模块用于实现控制管理、信令处理、数据交换等功能，并提供对外部用户的用户识别卡接口；
所述基带处理子模块用于完成信号编码调制、资源调度、数据封装等基带协议处理；
所述第一传输子模块用于提供与所述主控模块之间的业务数据和控制信号接口，以及提供与所述射频处理单元之间的数据和控制接口。
可选地，如上所述的终端设备，射频处理单元主要包括第二传输子模块、信号处理子模块、功放子模块、低噪放子模块和双工器子模块，所述信号处理子模块包括上行信号处理子模块和下行信号处理子模块；
其中，所述第二传输子模块用于提供所述射频处理单元与所述基带处理单元之间的前传接口，实现接收和发送基带信号；
所述上行信号处理子模块用于实现信号滤波、混频、模数转换、下变频功能；
所述下行信号处理子模块用于实现信号上变频、数模转换、射频调制的信号处理功能；
所述功放子模块用于对下行信号进行放大；
所述低噪放子模块用于对下行及上行信号进行放大；
所述双工器子模块用于支持收发信号复用并对收发信号进行滤波。
可选地，如上所述的终端设备，所述时钟单元产生的时钟信号的频率包括32KHz、19.2MHz、38.4MHz。
可选地，如上所述的终端设备，所述5G RedCap模组还包括电源管理单元，所述电源管理单元用于将外部输入的直流电源转换为所述时钟单元、所述基带处理单元和所述射频处理单元需要的电源电压。
可选地，如上所述的终端设备，所述基带处理单元通过全双工同步串行SPI总线管理所述电源管理单元、时钟单元和所述射频处理单元。
第二方面，本申请提供一种5G RedCap系统，包括：包括物联网设备和第一方面中任一项所述的终端设备，所述物联网设备和所述终端设备通过有线以太网络或无线网络相连。
本申请提供的一种5G RedCap终端设备及系统，包括主控模块和5G RedCap模组，所述主控模块通过USB接口与所述5G RedCap模组连接；其中，所述主控模块用于实现路由协议处理，将所述5G RedCap模组的网际互连协议IP数据转化为局域网的信号，为物联网设备提供上网业务；所述5G RedCap模组用于接入4G或5G无线基站，实现将4G或5G无线信号转为IP数据，所述5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元，所述时钟单元用于产生基带处理单元和射频处理单元所需的时钟信号，所述基带处理单元用于完成上下行基带处理功能，所述射频处理单元通过基带射频接口与基带处理单元通信，完成基带信号与射频信号的转换；通过将5G RedCap模组与主控模块进行配合，利用主控模块实现各物联网设备的路由协议处理，利用5G RedCap模组接入4G/5G无线基站，实现4G/5G无线信号转IP数据，使得成本和功耗同时降低，有利于物联网场景规模化使用并满足节能要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种5G RedCap系统的示意图。
图2为本申请实施例提供的一种5G RedCap终端设备示意图。
图3为本申请实施例提供的主控模块的示意图。
图4为本申请实施例提供的5G RedCap模组的示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在相关技术中，比如在高度自动化的智慧园区、智慧工厂里，虽然5G的增强移动宽带(Enhanced Mobile Broadband，eMBB)和低时延高可靠通信(Ultra Reliable LowLatency CommunicationURLLC)特性能够满足园区自动化设备、产线工业机器人精准控制的需求，但园区和工厂中往往还有更大一部分设备的业务是用不到eMBB的高速率的，像数据回传、视频传输、工业传感设备等，上行和下行速率只需要几十Mbps，有些甚至小于10Mbps，但这些设备往往又需要比4G网络更低时延的连接支持。但当前物联网行业中，采用的现有终端设备都是标准5G版本终端，现有标准版本5G终端产品使用成本偏高，制约其在物联网行业商业上量应用，并且目前标准版本5G终端产品的整机功耗偏高，不利于物联网场景大规模应用的节能要求。
针对上述技术问题，本申请实施例旨在提出一种5G RedCap终端设备及系统，本申请的核心构思为：通过将5G RedCap模组与主控模块进行配合，利用主控模块实现各物联网设备的路由协议处理，利用5G RedCap模组接入4G/5G无线基站，实现4G/5G无线信号转IP数据，使得成本和功耗同时降低，有利于物联网场景规模化使用并满足节能要求。
为了更好地理解本申请实施例的方案，下面先对本申请实施例所涉及的一种应用场景进行介绍。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种5G RedCap系统的示意图，如图1所示，包括物联网设备100和5G RedCap终端设备200。其中，物联网设备100可以通过各协议与5GRedCap终端设备200进行通信连接，物联网设备100可以包括智能生产设备如智能打印机、智能扫描仪等，本申请对此不做限定。5G RedCap终端设备200主要由主控模块和5G RedCap模组组成，其中主控模块负责进行路由协议处理，将公网转为内部局域网，扩展用户接入；支持以太网有线网口、USB、RS232、RS485、DI/DO、5G RedCap模组、WIFI天线等接口，提供用户或者设备有线上网，并提供WIFI接入功能。5G RedCap模组主要负责接入4G/5G基站，完成4G/5G信号转IP数据并提供SIM接口。主控CPU通过USB接口与5G RedCap模组连接。
下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图2为本申请实施例提供的一种5G RedCap终端设备示意图。如图2所示，本实施例提供的终端设备，包括：主控模块和5G RedCap模组，所述主控模块通过USB接口与所述5GRedCap模组连接；
其中，所述主控模块用于实现路由协议处理，将所述5G RedCap模组的网际互连协议IP数据转化为局域网的信号，为物联网设备提供上网业务；
所述5G RedCap模组用于接入4G或5G无线基站，实现将4G或5G无线信号转为IP数据，所述5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元，所述时钟单元用于产生基带处理单元和射频处理单元所需的时钟信号，所述基带处理单元用于完成上下行基带处理功能，所述射频处理单元通过基带射频接口与基带处理单元通信，完成基带信号与射频信号的转换。
可以理解的是，上述USB接口可以为USB3.0或USB3.1等接口。其中，USB3.1接口具有比USB3.0传输速度更快，带宽消耗率更低的特点，考虑到成本，也可以优选采用USB3.0接口。
本实施例提供的5G RedCap终端设备，通过将5G RedCap模组与主控模块进行配合，利用主控模块实现各物联网设备的路由协议处理，利用5G RedCap模组接入4G/5G无线基站，实现4G/5G无线信号转IP数据，使得成本和功耗同时降低，有利于物联网场景规模化使用并满足节能要求。
下面对上述5G RedCap终端设备的技术方案进行详细介绍。
在一种可能的设计中，如图3所示，图3为本申请实施例提供的主控模块的示意图，本实施例提供的5G RedCap终端设备中，主控模块包括主控系统和若干个功能接口。
具体地，所述主控系统包括中央处理器和多个存储器，所述主控系统用于维持所述终端设备运行；所述功能接口包括对外接口和对内接口，所述对外接口用于连接各物联网设备，所述对内接口用于连接所述5G RedCap模组和集成电路总线。
进一步地，主控系统包括第一存储器、第二存储器和第三存储器，其中，所述第一存储器用于提供所述中央处理器运行的空间，示例性的，第一存储器可以为DDR3内存、DDR3L内存、DDR4内存或DDR4L内存等。所述第二存储器用于存放所述中央处理器的系统引导文件；所述第三存储器用于存放各产品软件版本和各应用程序。
第三存储器包括但不限于带动储存型快闪记忆体Nand Flash、嵌入式多媒体卡(embedded Multi Media Card，eMMC)、SD卡、TF卡等，本实施例对此不做限定。
进一步地，对外接口可以包括千兆以太网有线网口、USB接口、近距离数据传输通信协议接口、远程通信协议接口、数字信号输入接口、数字信号输出接口和无线保真天线接口。也就是说，对外接口提供用户或物联网设备以太网有线上网接口、物联网设备协议/控制接口等，实现路由协议处理，提供上网服务。
具体地，千兆以太网有线网口可以有4路，其接口类型包括但不限于RJ45；USB接口可以有1路，其接口类型包括但不限于Type-A或Type-C；近距离数据传输通信协议接口也即RS232接口，可以有1路，其接口类型包括但不限于5pin 3.5mm间距接线端子；远程通信协议接口也即RS485接口，可以有1路，其接口类型包括但不限于5pin 3.5mm间距接线端子；数字信号输入/输出接口也即DI/DO接口，其接口类型包括但不限于5pin3.5mm间距接线端子，无线保真天线接口也即WIFI天线接口，其包括但不限于SMA接口。
进一步地，对内接口可以包括与5G RedCap模组连接的USB3.0接口和若干互连集成电路I2C接口。也就是，对内接口提供5G RedCap模组的IP数据传输接口和控制接口，还包括温度传感器的I2C控制接口等。
主控模块作为5G RedCap终端设备的核心控制模块，主要实现路由协议处理，完成有线以太网络与无线网络(例如4G、5G、WIFI)转换，将5G RedCap模组的IP数据转化为本地的以太网、WIFI信号或者其他信号，给最终用户或物联网设备提供上网业务，并且，支持多种工业协议转换，包括Modbus远程终端单元(Remote Terminal Unit，RTU)、Modbus传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)、以太网协议Profinet、开放性生产控制和统一架构OPC UA等。
在一种可能的设计中，如图4所示，图4为本申请实施例提供的5G RedCap模组的示意图，本实施例提供的5G RedCap终端设备中，5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元，还可以包括电源管理单元。
其中，基带处理单元是5G RedCap模组的主要控制模块，集中控制与管理5GRedCap模组，完成上下行基带处理功能，提供对内对外传输接口等。
具体地，基带处理单元包括主控子模块、基带处理子模块和第一传输子模块；其中所述主控子模块用于实现控制管理、信令处理、数据交换等功能，并提供对外部用户的用户识别卡接口；所述基带处理子模块用于完成信号编码调制、资源调度、数据封装等基带协议处理；所述第一传输子模块用于提供与所述主控模块之间的业务数据和控制信号接口，以及提供与所述射频处理单元之间的数据和控制接口。
进一步地，基带处理单元可以通过全双工同步串行SPI总线管理其他的单元，例如电源管理单元、时钟单元和射频处理单元。
其中，射频处理单元通过基带射频接口与基带处理单元通信，完成基带信号与射频信号的转换。可以理解的是，射频处理单元连接有6GHz频段转换器。6GHz频段指的是5925-7125MHz(5.925-7.125GHz)，带宽频谱资源是1200MHz，有兼容低频段和高频的优点，能用较低的成本来促使5G的发展。
具体地，射频处理单元主要包括第二传输子模块、信号处理子模块、功放子模块、低噪放子模块和双工器子模块，所述信号处理子模块包括上行信号处理子模块和下行信号处理子模块；其中，所述第二传输子模块用于提供所述射频处理单元与所述基带处理单元之间的前传接口，实现接收和发送基带信号；所述上行信号处理子模块用于实现信号滤波、混频、模数转换、下变频功能；所述下行信号处理子模块用于实现信号上变频、数模转换、射频调制的信号处理功能；所述功放子模块用于对下行信号进行放大；所述低噪放子模块用于对下行及上行信号进行放大；所述双工器子模块用于支持收发信号复用并对收发信号进行滤波。
其中，时钟单元是5G RedCap模组的时钟生成单元，产生基带处理单元和射频处理单元所需的时钟信号，时钟单元产生的时钟信号的频率包括但不限于32KHz、19.2MHz、38.4MHz。
进一步地，电源管理单元主要是用于将外部输入的直流电源转换为所述时钟单元、所述基带处理单元和所述射频处理单元需要的电源电压。
本实施例中，通过设计5G RedCap模组的架构，在现有标准版本5G终端产品的基础上，能够使得5G RedCap终端设备的成本降低30％-40％，功耗降低20％-30％，从而实现降低成本和功耗，有利于物联网场景规模化使用并满足节能要求。
应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本申请的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。
另外，若无特别说明，在本申请各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上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。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (10)
1.一种5G RedCap终端设备，其特征在于，包括：主控模块和5G RedCap模组，所述主控模块通过USB接口与所述5G RedCap模组连接；
其中，所述主控模块用于实现路由协议处理，将所述5G RedCap模组的网际互连协议IP数据转化为局域网的信号，为物联网设备提供上网业务；
所述5G RedCap模组用于接入4G或5G无线基站，实现将4G或5G无线信号转为IP数据，所述5G RedCap模组包括时钟单元、基带处理单元和射频处理单元，所述时钟单元用于产生基带处理单元和射频处理单元所需的时钟信号，所述基带处理单元用于完成上下行基带处理功能，所述射频处理单元通过基带射频接口与基带处理单元通信，完成基带信号与射频信号的转换。
2.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述主控模块包括主控系统和若干个功能接口；
所述主控系统包括中央处理器和多个存储器，所述主控系统用于维持所述终端设备运行；
所述功能接口包括对外接口和对内接口，所述对外接口用于连接各物联网设备，所述对内接口用于连接所述5G RedCap模组和集成电路总线。
3.根据权利要求2所述的终端设备，其特征在于，所述主控系统包括第一存储器、第二存储器和第三存储器，
其中，所述第一存储器用于提供所述中央处理器运行的空间；
所述第二存储器用于存放所述中央处理器的系统引导文件；
所述第三存储器用于存放各产品软件版本和各应用程序。
4.根据权利要求2所述的终端设备，其特征在于，所述对外接口包括千兆以太网有线网口、USB接口、近距离数据传输通信协议接口、远程通信协议接口、数字信号输入接口、数字信号输出接口和无线保真天线接口。
5.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述基带处理单元包括主控子模块、基带处理子模块和第一传输子模块；
其中所述主控子模块用于实现控制管理、信令处理、数据交换等功能，并提供对外部用户的用户识别卡接口；
所述基带处理子模块用于完成信号编码调制、资源调度、数据封装等基带协议处理；
所述第一传输子模块用于提供与所述主控模块之间的业务数据和控制信号接口，以及提供与所述射频处理单元之间的数据和控制接口。
6.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，射频处理单元主要包括第二传输子模块、信号处理子模块、功放子模块、低噪放子模块和双工器子模块，所述信号处理子模块包括上行信号处理子模块和下行信号处理子模块；
其中，所述第二传输子模块用于提供所述射频处理单元与所述基带处理单元之间的前传接口，实现接收和发送基带信号；
所述上行信号处理子模块用于实现信号滤波、混频、模数转换、下变频功能；
所述下行信号处理子模块用于实现信号上变频、数模转换、射频调制的信号处理功能；
所述功放子模块用于对下行信号进行放大；
所述低噪放子模块用于对下行及上行信号进行放大；
所述双工器子模块用于支持收发信号复用并对收发信号进行滤波。
7.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述时钟单元产生的时钟信号的频率包括32KHz、19.2MHz、38.4MHz。
8.根据权利要求1所述的终端设备，其特征在于，所述5G RedCap模组还包括电源管理单元，所述电源管理单元用于将外部输入的直流电源转换为所述时钟单元、所述基带处理单元和所述射频处理单元需要的电源电压。
9.根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，所述基带处理单元通过全双工同步串行SPI总线管理所述电源管理单元、时钟单元和所述射频处理单元。
10.一种5G RedCap系统，其特征在于，包括物联网设备和如权利要求1-9任一项所述的终端设备，所述物联网设备和所述终端设备通过有线以太网络或无线网络相连。
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| CN117335826A true CN117335826A (zh) | 2024-01-02 |
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|---|---|---|---|
| CN202311525442.3A Pending CN117335826A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 5G RedCap终端设备及系统 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117335826A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118394021A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 微网优联科技(成都)有限公司 | 基于5G RedCap技术的工业生产控制方法 |
-
2023
- 2023-11-15 CN CN202311525442.3A patent/CN117335826A/zh active Pending
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| CN118394021A (zh) * | 2024-06-28 | 2024-07-26 | 微网优联科技(成都)有限公司 | 基于5G RedCap技术的工业生产控制方法 |
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