一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模组
技术领域
1.本实用新型涉及车辆通讯技术领域，尤其是涉及一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模组。
背景技术：
2.近年来，随着工业迅猛发展，带动了汽车行业的发展，特别是新能源汽车的发展。这一现象致使汽车行业的生产量与出口量也在逐年增长，汽车行业逐渐成为重要的产业之一。同时，在电子信息产业的催化下，无线通讯技术已经广泛的应用到我们日常生活中的方方面面。这也让汽车不再只是出行工具，让汽车具有多元化，多功能的特点，比如自动驾驶等一些新技术的应用，对数据的传输与处理能力要求就相对较高。
3.而将无线通讯技术应用到汽车上时，也会带来信息数据安全问题。智联网汽车需要具有事件数据记录系统和自动驾驶数据记录系统。这些都需要将数据实时上传到车载终端或者汽车厂商的服务器，而数据的上传需要靠车载无线通信模组来实现。
4.汽车的应用场景有多种，现有技术中，为保证安全性，需要保证汽车不管处于任何环境中(比如，高速状态下或者跨国家地区的环境)都能够满足通信的性能需求。
技术实现要素：
5.本实用新型的目的在于提供一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模组，结构简单，能够支持4g、3g、2g三种制式，具有gnss定位功能，以太网功能，满足不同国家地域使用需求，又能满足高速行驶状态下的上下行链路数据传输需求，适应性更强。
6.本技术实施例中提供了一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模组包括：封装在pcb板上的射频天线端口、射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块；
7.所述应用处理器上集成有基带调制解调器；所述射频前端元件与所述射频收发器相连接，所述射频收发器与所述应用处理器相连接，所述应用处理器和所述flash存储器相连接；所述射频前端元件与所述射频收发器、应用处理器、flash存储器和所述对外接口组均与外接电源组件相连接；
8.其中，所述射频天线端口包括主天线端口、副天线端口和gnss天线端口，对应的所连接的天线组件包括主天线元件、副天线元件和gnss天线元件。
9.进一步的，所述射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块均与电源时钟管理模块相连接，所述电源时钟管理模块用于与外接电源相连接，所述外接电源经所述电源时钟管理模块为整个模组供电。
10.进一步的，所述对外接口模块包括：uart接口、sim接口、数字音频接口、模拟音频接口、sdio接口、usb接口、jtag接口、i2c接口、gpio接口、rmii接口、sd接口；其中，所述各接口的数量可以是一个或者多个。
11.进一步的，所述模块，还包括：射频匹配电路，用于阻抗调试。
12.进一步的，所述射频收发器与射频天线端口之间连接有双工滤波器、低通滤波器和声表面波滤波器；
13.所述通讯模块通过主天线端口、辅助接收的副天线端口和接收gnss信号的gnss天线端口接收射频信号，该射频信号经天线开关，通过双工滤波器、低通滤波器和声表面波滤波器滤波处理后送到射频收发器的低噪放大器输入口。
14.本技术实施例中提供的一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模块，集成了射频天线端口、射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块；
15.所述应用处理器上集成有基带调制解调器；所述射频前端元件与所述射频收发器相连接，所述射频收发器与所述应用处理器相连接，所述应用处理器和所述flash存储器相连接；所述射频前端元件与所述射频收发器、应用处理器、flash存储器和所述对外接口组均与外接电源组件相连接；
16.其中，所述射频天线端口包括主天线端口、副天线端口和gnss天线端口，对应的所连接的天线组件包括主天线元件、副天线元件和gnss天线元件。
17.有益效果：
18.本实用新型实施例提供了一款高可靠性的汽车级的lte cat4无线通讯模组，能适用于复杂的车载场景下，如有高速网络需求的车载远程监控终端，车载紧急呼叫终端、车载导航系统等。支持4g、3g、2g三种制式，具有gnss定位功能，以太网功能，满足全球绝大多数国家和地区使用需求。同时也适用于其它有高速网络传输需求的且距离较远的使用场景。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型一实施例提供的一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模块的整体结构示意图；
21.图2为本实用新型一实施例提供的一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模块的电路结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.当前主流的通信模组有cat nb、lte cat1以及lte cat4。对于cat nb来说，因其低速率，高时延的特点，因此它只适用于只需要传输少量的数据和对于时延没有很高要求的简单iot设备中。与cat nb相比，lte cat1带宽会更大些，上行链路数据速率和下行链路数据速率分别能达到5mbps和10mbps，时延大概能够保持在50～100毫秒以内，因此更适用于对宽带速率和时延要求较高的场景，如可穿戴设备，自动贩卖机等一些复杂的物联网设备，主要以消费类终端为主。而lte cat4相比lte cat1，更是能支持高达50mbps的上行链路数据速率和150mbps下行链路数据速率，可用于视频安防和智能电网的领域，车联网对宽带速率要求非常高，同时又对稳定性要求高。lte cat4不仅具有高速优势，同时还具备快速小区切换，还支持语音通话、定位等功能，适用现实当中复杂的车载场景。因此本技术实施例中提供了一种基于lte cat4车载无线通讯模组，以提高车辆上车载通讯模块的适应性、高安全性，并且保证通讯质量。
26.以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细介绍。
27.参照图1所示，本技术实施例提供的一种基于lte cat4通讯网络的车载无线通讯模组，包括：射频天线端口、射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块。
28.上述应用处理器上集成有基带调制解调器，该基带调制解调器用于处理lte/wcdma/gsm/gnss的基带信号；上述射频前端元件与射频收发器相连接，该射频收发器与应用处理器相连接，应用处理器和flash存储器相连接；射频前端元件与射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口组均与外接电源组件相连接。
29.其中，射频天线端口包括主天线端口、副天线端口和gnss天线端口，对应的所连接的天线组件包括主天线元件、副天线元件和gnss天线元件。
30.射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块均与电源时钟管理模块相连接，电源时钟管理模块用于与外接电源相连接，外接电源经所述电源时钟管理模块为整个模组供电。
31.在具体实现中，通讯模块通过主天线端口、辅助接收的副天线端口和接收gnss信号的gnss天线端口接收射频信号，该射频信号经天线开关，并通过双工滤波器、低通滤波器和声表面波滤波器滤波处理后送到射频收发器的低噪放大器输入口。
32.此应用于车载场景的lte cat4无线通讯模组中，上述射频天线端口、射频前端元件、射频收发器、应用处理器、flash存储器和对外接口模块均封装在pcb板上，上述的射频天线端口为50ω射频天线端口，上述应用处理器采用应用处理器asr1803e；lte cat4无线通讯模组主要是通过应用处理器asr1803e来控制射频前端部分、射频接收、发射部分、基带调制解调器。由此组成一个射频信号的收发系统。
33.在此lte cat4无线通讯模组中，50ω天线射频接口匹配主要有3路，分别是主天线端口和副天线端口以及gnss天线端口；此lte cat4无线通讯模组的射频前端的主要功能就是发射来自基带的调制射频信号与接收来自其它信号发生器发射的射频信号。射频信号发射主要是由射频收发器经功率放大器后，再通过不同频段的双工滤波器或者低通滤波器滤波后，再经天线开关从主天线端口发射出去。而射频信号接收主要有来自主天线端口，以及辅助接收的副天线端口和接收gnss信号的gnss天线端口射频信号、这些射频信号经天线开关，通过双工滤波器、低通滤波器和声表面波滤波器滤波处理后送到射频收发器的低噪放大器输入口。
34.图2为本技术一实施例提供的一种车载无线通讯模组的具体结构示意图，参照图2所示，上述对外接口模块包括：uart接口、sim接口、数字音频接口、模拟音频接口、sdio接口、usb接口、jtag接口、i2c接口、gpio接口、rmii接口、sd接口；其中，该模块中各接口的数量可以是一个或者多个。
35.具体的，在此实施例提供的lte cat4无线通信模组中，外部接口模块包括1路2线uart接口、1路sim接口、1个数字音频和1个模拟音频接口、1个sdio接口、1路usb接口、以及1个调试用的jtag接口；1个i2c接口、多个gpio接口、1个rmii接口、一个sd接口。本实施例中的flash存储器为4gbflash存储器。
36.再次参照图2所示，该车载无线通讯模块，还包括：射频匹配电路，用于阻抗调试。并且射频收发器与射频天线端口之间连接有双工滤波器、低通滤波器和声表面波滤波器。
37.此lte cat4无线通讯模组的基带调制解调器部分主要用于处理lte/wcdma/gsm/gnss的基带信号，从而实现lte cat4无线通讯模组的无线通讯功能。其具体工作流程是，射频信号通过正交变频器直接下变频至模拟基带信号，将射频前端元件传送过来的无线蜂窝信号经射频收发器的射频接收机处理后，发送到基带调制解调器的prx和drx以及gnss信号通道。模拟基带信号通过正交变频器直接上变频至射频信号，将基带调制解调器输出的模拟基带信号经功率放大器放大、滤波处理后经射频通路发送到射频前端。
38.此lte cat4无线通讯模组能够满足全球除北美、日本之外的国家和地区使用需求，其支持制式与频段如下：
39.fdd-lte band 1/2/3/4/5/7/8/20/28
40.tdd-lte band 34/38/39/40/41
41.wacdma band 1/2/4/5/8
42.gsm 850/900/1800/1900；
43.以下通过图2所示的一车载无线通讯模块的具体实现方式，对本技术的结构和工作原理进行介绍。
44.1.系统供电及系统时钟
45.本实施例中，电源时钟管理模块包括电源管理芯片asrpm802，此lte cat4无线通讯模组的供电通过对外的供电接口与外部电源连接，经电源管理芯片u9(本实施例中采用型号asrpm802)处理后，输出各路电压给应用处理器u7(本实施例中采用型号asr1803e)、射频功率放大器u6(本实施例中采用型号s5643-51)、主集天线开关u1(本实施例中采用型号tx module)和分集天线开关u2(本实施例中采用型号sp10t)。系统时钟由晶振x1提供，与应用处理器u7相连，给应用处理器提供对应频率。
46.2.系统数据存储
47.此lte cat4无线通讯模组通过对外的usb接口，通过应用处理器u7将系统软件下载到存储芯片u8(flash)中，运行数据通过应用处理器u7实时对存储芯片u8进行读写。
48.3.射频信号发射
49.此lte cat4无线通讯模组的应用处理器u7内部已经集成了基带芯片，其主要是通过mipi协议来控制射频功率放大器，以及tx module来实现射频信号的发射。主要过程是内部基带经过调制解调处理后输出对应频率的射频信号，这个信号首先会经过射频功率放大器u6，射频功率放大器u6收到来自应用处理器u7的指令后会对这个射频信号进功率放大，之后在经过双工滤波器u10或者低通滤波器u11滤波后到主集天线开关u1，主集天线开关u1收到应用处理器u7的指令后，打开对应频率射频信号的通路，经主集天线后辐射出去。
50.4.射频信号接收
51.此lte cat4无线通讯模组通过主集天线和分集天线来接收外部的射频信号，应用处理器u7通过mipi协议，传输指令给到主集天线开关u1和分集天线开关u2，对应频率射频信号从对应通路输入到双工滤波器u10和u4、低通滤波器u11以及声表面波滤波器u3进行滤波处理，从而实现主集天线和分集天线接收射频信号的功能。其中需要注意的是主集tdd频段射频信号经低通滤波器u11处理后，应用处理器u7会通过mipi协议让pa打开tdd信号通路，来自外部的射频信号会在经过pa后，再回到应用处理器u7内部的调制解调器进行处理。
52.5.gnss信号接收
53.此lte cat4无线通讯模组通过gnss天线辐射接收到gnss信号，经由gnss滤波器u5处理后输入给应用处理器u7，应用处理器u7内部的基带调制解调器将收到的信号进行处理后，从而实现gnss信号接收功能。
54.6.射频匹配器件
55.如图2所示的原理图中，电容c1～c19、电感l1～l29均为射频匹配器件，三个天线端口(主天线端口、副天线端口和gnss天线端口)采用的是t型匹配，双工器的两端使用的是π型匹配，两种类型的匹配都是用于阻抗调试，在调试过程中尽可能的将阻抗控制在50欧姆附近，以此来减小线路对射频信号的影响，让射频信号发射、接收、以及gnss信号接收性能达到最佳。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。