实现5GSigfox物联通信的系统的制作方法

实现5g sigfox物联通信的系统
技术领域
1.本实用新型涉及物联网领域，尤其涉及sigfox技术领域，具体是指一种实现5g sigfox 物联通信的系统。


背景技术：

2.sigfox是一种低成本，可靠，低功耗的解决方案，用于连接传感器和设备。通过专用的低功耗广域网络，致力于连接千千万万的物理设备，并使物联网真正发生。
3.sigfox协议的特点有：
4.·
低功耗：极低的能耗，可延长电池寿命，典型的电池供电设备工作可达10年；
5.·
简单易用：基站和设备间没有配置流程，连接请求或信令。设备在几分钟内启动并运行；
6.·
低成本：从设备中使用的sigfox射频模块到sigfox网络，sigfox会优化每个步骤，使其尽可能具有成本效益；
7.·
小消息：用户设备只允许发送很小的数据包：最多12个字节；
8.·
互补性：由于其低成本和易于可发使用，客户还可以使用sigfox作为任何其他类型网络的辅助解决方案，例如：wi-fi、蓝牙、gprs等。
9.智慧城市中的自动抄表系统、人员、物品、宠物等定位需求十分普遍。sigfox技术可以很好的解决物联网问题。
10.传统的sigfox技术的发展中，sigfox自建基站，实现sigfox无线网络的覆盖，通过向接入该网络的用户收费方式实现盈利。然而sigfox基站的建设并不被所有区域接受，更多的用户希望可以自建sigfox无线网络实现应用，因此传统方式极大限制了sigfox的应用。


技术实现要素：

11.本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足部署成本低、覆盖范围广、适用范围较为广泛的实现5g sigfox物联通信的系统。
12.为了实现上述目的，本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统如下：
13.该实现5g sigfox物联通信的系统，其主要特点是，所述的系统包括5g基站和sigfox基站，所述的5g基站和sigfox基站通过spi接口和uart接口互联，所述的5g基站通过天线无线连接至5g通信设备，所述的sigfox基站通过天线无线连接至sigfox用户设备，所述的5g基站和sigfox基站结合实现sigfox网络的覆盖。
14.较佳地，所述的sigfox基站包括sigfox控制器、n对射频模块、tcxo时钟，每对所述的射频模块包括射频匹配滤波电路和phy射频前端控制器，所述的sigfox控制器与phy射频前端控制器间通过spi接口控制phy射频前端控制器的运行频率及速率等，且通过iq接口传输iq信息，所述的phy射频前端控制器通过射频匹配滤波电路与天线之间进行射频阻抗匹配，所述的tcxo时钟与sigfox控制器、射频匹配滤波电路和phy射频前端控制器均相连接，
并为sigfox控制器、射频匹配滤波电路和phy射频前端控制器提供时钟信号，所述的sigfox控制器通过spi接口与5g基站相连并传输控制信息和数据信息，所述的sigfox 控制器还与gps模块相连，并接收gps模块输出的tod信号和1pps信号。
15.较佳地，所述的5g基站包括npu处理单元、5g基站单元、射频单元、gps模块和sigfox 基站，所述的npu处理单元与sigfox基站通过spi接口相连，所述的gps模块与npu处理单元相连，所述的5g基站单元与所述的npu处理单元相连，所述的射频单元与所述的5g 基站单元相连。
16.较佳地，所述的gps模块包括gps芯片和信号分级芯片，所述的gps芯片传输tod信号和1pps信号至信号分级芯片，所述的信号分级芯片将tod信号分别传输至5g基站和 sigfox基站，所述的信号分级芯片将1pps信号分别传输至5g基站和sigfox基站。
17.较佳地，所述的npu处理单元包括npu处理器、时钟缓冲器、时钟发生器和恒温晶体振荡器，所述的npu处理器与所述的sigfox基站和5g基站单元相连，所述的时钟缓冲器和时钟发生器均与所述的npu处理器相连接，所述的时钟缓冲器与时钟发生器相连，所述的恒温晶体振荡器与所述的时钟发生器相连，还与所述的5g基站单元相连，所述的时钟缓冲器还与外部的led相连。
18.较佳地，所述的5g基站单元包括电源管理芯片射频前端处理器、基带处理器和fpga 单元，所述的电源管理芯片与恒温晶体振荡器相连接，所述的射频前端处理器与所述的电源管理芯片和射频单元相连接，所述的射频前端处理器还与所述的基带处理器通过qlink接口通信，所述的基带处理器与所述的电源管理芯片和npu处理器相连接，所述的fpga单元与所述的基带处理器和npu处理器相连接，所述的射频前端处理器还与两个所述的射频单元相连。
19.较佳地，所述的5g基站还包括nor flash芯片，与所述的npu处理器的qspi接口相连。
20.较佳地，所述的5g基站还包括emmc flash芯片，与所述的npu处理器的sdhc接口相连。
21.较佳地，所述的5g基站还包括phy芯片，npu处理器的serdes接口通过sgmii信号连接所述的phy芯片，进行1g网口通信。
22.采用了本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统，通过sigfox实现定位、物联、自动抄表等应用，使得应用更加灵活，可以满足室内、室外等各种场景的应用需求。本系统的覆盖范围更大，通信距离可以达到30公里，能实现低成本的sigfox和5g网络同时覆盖。本系统的sigfox基站与5g基站结合，共用同一个控制器、gps模块以及部署安装，成本更低，减少部署成本，实现各种场景的自动抄表、物联、定位要求。
附图说明
23.图1为本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统的结构示意图。
24.图2为本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统的5g基站结构示意图。
25.图3为本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统的gps模块的示意图。
26.图4为本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统的sigfox基站的示意图。
具体实施方式
27.为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
28.如图1所示，本实用新型的该实现5g sigfox物联通信的系统，其中包括5g基站和sigfox 基站，所述的5g基站和sigfox基站通过spi接口和uart接口互联，所述的5g基站通过天线无线连接至5g通信设备，所述的sigfox基站通过天线无线连接至sigfox用户设备，所述的5g基站和sigfox基站结合实现sigfox网络的覆盖。
29.如图4所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述的sigfox基站包括sigfox控制器、 n对射频模块、tcxo时钟，每对所述的射频模块包括射频匹配滤波电路和phy射频前端控制器，所述的sigfox控制器与phy射频前端控制器间通过spi接口控制phy射频前端控制器的运行频率及速率等，且通过iq接口传输iq信息，所述的phy射频前端控制器通过射频匹配滤波电路与天线之间进行射频阻抗匹配，所述的tcxo时钟与sigfox控制器、射频匹配滤波电路和phy射频前端控制器均相连接，并为sigfox控制器、射频匹配滤波电路和phy 射频前端控制器提供时钟信号，所述的sigfox控制器通过spi接口与5g基站相连并传输控制信息和数据信息，所述的sigfox控制器还与gps模块相连，并接收gps模块输出的tod 信号和1pps信号。
30.如图2所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述的5g基站包括npu处理单元、5g 基站单元、射频单元、gps模块和sigfox基站，所述的npu处理单元与sigfox基站通过spi 接口相连，所述的gps模块与npu处理单元相连，所述的5g基站单元与所述的npu处理单元相连，所述的射频单元与所述的5g基站单元相连。
31.如图3所示，作为本实用新型的优选实施方式，所述的gps模块包括gps芯片和信号分级芯片，所述的gps芯片传输tod信号和1pps信号至信号分级芯片，所述的信号分级芯片将tod信号分别传输至5g基站和sigfox基站，用于获取时间信息和坐标信息，所述的信号分级芯片将1pps信号分别传输至5g基站和sigfox基站，用于作为同步信号。
32.作为本实用新型的优选实施方式，所述的npu处理单元包括npu处理器、时钟缓冲器、时钟发生器和恒温晶体振荡器，所述的npu处理器与所述的sigfox基站和5g基站单元相连，所述的时钟缓冲器和时钟发生器均与所述的npu处理器相连接，所述的时钟缓冲器与时钟发生器相连，所述的恒温晶体振荡器与所述的时钟发生器相连，还与所述的5g基站单元相连，所述的时钟缓冲器还与外部的led相连。
33.作为本实用新型的优选实施方式，所述的5g基站单元包括电源管理芯片射频前端处理器、基带处理器和fpga单元，所述的电源管理芯片与恒温晶体振荡器相连接，所述的射频前端处理器与所述的电源管理芯片和射频单元相连接，所述的射频前端处理器还与所述的基带处理器通过qlink接口通信，所述的基带处理器与所述的电源管理芯片和npu处理器相连接，所述的fpga单元与所述的基带处理器和npu处理器相连接，所述的射频前端处理器还与两个所述的射频单元相连。
34.作为本实用新型的优选实施方式，所述的5g基站还包括nor flash芯片，与所述的npu 处理器的qspi接口相连。
35.作为本实用新型的优选实施方式，所述的5g基站还包括emmc flash芯片，与所述的npu处理器的sdhc接口相连。
36.作为本实用新型的优选实施方式，所述的5g基站还包括phy芯片，npu处理器的serdes 接口通过sgmii信号连接所述的phy芯片，进行1g网口通信。
37.本实用新型的具体实施方式中，设计一种基于5g通信和sigfox通信的设备，sigfox网关和5g基站结合，在5g信号覆盖的同时实现对sigfox信号的覆盖。
38.本系统包括5g基站和sigfox基站单元，5g基站和sigfox基站之间通过spi接口、uart 接口互联，sigfox基站通过天线无线连接到被定位的sigfox用户设备，5g基站通过天线无线连接手机等各种5g通信设备。
39.sigfox基站包括以下结构：
40.sigfox控制器，该控制器的功能多样：具有低功耗数字i/q、射频功能、多phy模式、模拟前端的功能，如sx1257等。
41.射频匹配滤波电路，包括电感、电容、滤波器、balun等器件。
42.sigfox控制器与phy射频前端控制器之间的spi通信控制phy芯片的运行频率和速率等，并通过iq接口传输iq信息。5g基站控制器ls1046与sigfox控制器之间通过spi信号互联，传输控制信息和数据信息。gps模块g1010x输出tod信号和1pps信号给sigfox 控制器。
43.tcxo晶振为sigfox控制器与phy射频前端控制器时钟。
44.phy射频前端控制器与天线之间通过射频匹配滤波电路实现射频阻抗匹配。
45.5g基站包括npu处理器ls1046，外接phy芯片ar8033实现以太网通信。phy芯片输出的mdio信号与pon处理器(en7526g)的ethernet接口互联。npu处理器与基带处理器通过pcie互联，实现对5g基带的控制。基带处理器与射频前端处理器之间采用 qlink互联，实现对射频收发的控制。
46.高通fsm100xx平台作为基带处理器。该平台包括fsm10051和fsm10056，是符合sub-6g标准(3gpp rel 15 5g nr)的物理层基带处理器，支持sub-6g tdd模式，采用10ns 工艺；集成arm cortex-a7处理器，主频800mhz；集成hexagon
tm
dsp处理器，主频866mhz；集成2gbit lpddr4x内存，速率1.33g。
47.基带处理器fsm10056支持2lanes的pcie gen3接口，基带处理器fsm10056需要通过pcie接口通过外部npu(ls1046)来引导(boot)、配置和控制，以及实现与npu(ls1046) 之间的数据通信；
48.sdr9000作为射频前端处理器。射频前端处理器是一个支持多band射频收发器，与基带处理器通过qlink接口通信；支持3gpp rel15 5g nr sub-6ghz；支持上行256qam 和下行256qam；支持2x2 mimo。
49.电源管理芯片包括pmx50和pm8005，pmx50是一个高度集成的电源管理集成电路，集成5路可编程的开关电源(dc-dc)，18路线性电源(ldo，包括vreg_rf和vreg_xo) 以及各种内部维护功能结合到一个单一的紧凑型芯片中。
50.射频单元采用skyworks sky66318系列高效率功放芯片，可以实现24dbm天线端口输出功率，保证收发距离。
51.gps模块采用g1010x单元，g1010x单元输出tod信号和1pps信号，经过 74lvc244apw芯片实现1分多。其中1pps信号分别供给5g基站和sigfox基站，作为同步信号，tod信号分别5g基站和sigfox基站，获取时间和坐标信息。本实用新型的gps 模块通过一个74lvc244apw buffer芯片实现gps信号的分级处理，减少gps模块的使用数量。
52.本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
53.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
54.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
56.采用了本实用新型的实现5g sigfox物联通信的系统，通过sigfox实现定位、物联、自动抄表等应用，使得应用更加灵活，可以满足室内、室外等各种场景的应用需求。本系统的覆盖范围更大，通信距离可以达到30公里，能实现低成本的sigfox和5g网络同时覆盖。本系统的sigfox基站与5g基站结合，共用同一个控制器、gps模块以及部署安装，成本更低，减少部署成本，实现各种场景的自动抄表、物联、定位要求。
57.在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。