第五代移动通信路由模块
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种第五代移动通信路由模块。
背景技术
随着5G移动通信网络的普及电子计算机的发展，越来越多的网络终端设备需要接入5G移动通信网络,通过5G移动通信网络技术实现设备间或设备与中心间的数据交互，完成远程管理控制及业务数据交接。
然而现有带有5G基带的5G移动通信模块通常向外只提供M.2形态的接口，并在M.2的接口中提供USB或PCIE的接线来与其交互，并且还需要在网络终端内开发虚拟5G网卡的程序来实现与5G移动通信模块的数据交互，而传统的网络终端设备只有以太网口或者无线(802.11bgn、802.11a、802.11ac、802.11ax)接入能力，导致无法直接接入5G移动通信网络。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种第五代移动通信路由模块，能够有效地解决现有技术的5G移动通信模块向外只提供M.2形态的接口，导致传统的网络终端设备无法直接接入5G移动通信网络的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种第五代移动通信路由模块，包括固定在PCB板上的MCU芯片和5G移动通信模块，所述MCU芯片通过M.2接口或MINI PCI-E接口或PCB板布线与所述5G移动通信模块连接；所述PCB板对外提供以太网接线接口或无线网络接入；
进一步地，所述PCB板上设有独立的1至2个无线基带芯片或在所述的MCU芯片中集成此无线基带芯片，所述无线基带芯片采用802.11bgn、802.11a、802.11ac、802.11ax网络标准中的一种或两种结合提供无线网络接入功能；
进一步地，所述5G移动通信模块以IPEX头提供1～8个天线接口，所述无线基带芯片以IPEX头提供1～8无线网络天线接口；
进一步地，所述PCB板的设置有一个或多个所述以太网接线接口，所述以太网接线接口由4pin至8pin间1.25mm至2.0mm间间距PIN针座子、1.0mm至3.0mm间间距排针接口、1.0mm至3.0mm间间距排母接口、1.0mm至3.0mm间间距金手指接口、RJ45、FPC接头中的一个或多个组成，并对外提供所述以太网接入；
进一步地，所述以太网接线接口及MCU芯片间可增设以太网变压器，所述以太网变压器用于增加以太网传输距并使MCU芯片与外部隔离；
进一步地，还设有电源管理芯片，所述电源管理芯片与取电接口电连接，所述电源管理芯片用于为MCU芯片及5G移动通信模块及其它独立存在的芯片供电；
进一步地，所述PCB板上设有独立的内存芯片或在所述的MCU芯片中集成此内存芯片；
进一步地，所述PCB板上设有独立的存储芯片或在所述的MCU芯片中集成此存储芯片，所述PCB板还可增设与MCU芯片通信的TTL、RS485和RS232串行接口，所述PCB板还可增设有与MCU芯片通信的红外模块和蓝牙模块；
进一步地，所述5G移动通信模块连接有SIM卡槽，所述SIM卡槽固定在所述PCB板上或通过所述以太网接线相同的接口连接外部引入；
进一步地，所述MCU芯片上运行多任务操作系统，用于为5G移动通信模块与无线网络或以太网接线接口之间的提供网络数据路由及地址转换(NAT)服务。多任务操作系统上运行有5G移动通信模块管理程序，其用于管理并监控5G移动通信模块。
进一步地，所述PCB板上设有独立的无线基带芯片用于为网络终端设备提供5.8G无线网络，无线基带芯片通过PCB布线以PCIE接线与MCU芯片连接。
进一步地，所述PCB板中设有独立的存储芯片用于存储固件，存储芯片通过PCB布线以SPI接线与MCU芯片连接。
进一步地，所述PCB板中设有取电接口,通过PCB布线取电接口与电源管理芯片相连，电源管理芯片通过PCB布线连接给PCB板上的MCU芯片、5G移动通信模块、无线基带芯片、存储芯片供电。
进一步地，所述PCB板中设有SIM卡槽，所述SIM卡槽通过PCB布线以M.2接口形态与所述5G移动通信模块连接。
进一步地，所述PCB板的正、反面的边缘处以8pin的1.25mm间距PIN针座子、2.0mm间距排针接口、2.0mm间距排母接口、1.0mm间距金手指接口的形态对外提供以太网口接线接口，以上以太网口接线接口都通过PCB布线连接以太网变压器，以太网变压器则通过PCB布线与MCU芯片集成的交换机芯片相连。
进一步地，所述无线基带芯片以IPEX头提供2个5.8G天线接口；
进一步地，所述5G移动通信模块以IPEX头提供4个5G天线接口；
进一步地，所述MCU上电后将从独立的存储芯片中导入固件到其集成的内存芯片中，并运行固件中的软件系统；
进一步地，所述存储芯片中的固件包含有Linux多任务操作系统,Linux多任务操作系统自带TCP/IP协议栈、路由表及路由选路程式、地址转换(NAT)表及地址转换(NAT)程式。
进一步地，在Linux多任务操作系统上还运行有：无线基带芯片驱动程序、以太网交换机驱动程序、5G移动通信模块驱动程序等三个驱动程序。
进一步地，其中无线基带芯片驱动程序按Linux操作系统的标准接口虚拟出无线网卡，通过虚拟出的无线网卡向Linux操作系统的TCP/IP协议栈提供数据收发接口，并在虚拟的无线网卡与实际的无线基带芯片间做数据转发及协议转换。
进一步地，其中以太网交换机驱动程序按Linux操作系统的标准接口虚拟出有线网卡，通过有线网卡向Linux操作系统的TCP/IP协议栈提供数据收发接口，并在有线网卡与实际的以太网交换机间做数据转发及协议转换。
进一步地，其中5G移动通信模块驱动程序按Linux操作系统的标准接口虚拟出5G网卡，通过5G网卡向Linux操作系统的TCP/IP协议栈提供数据收发接口，并在5G网卡与实际的5G移动通信模块间做数据转发及协议转换。
进一步地，Linux多任务操作系统的TCP/IP协议栈、路由选路程式、NAT转换程式通过以上网卡数据收发接口完成向无线网络及有线以太网连入的网络终端提供5G的数据接入服务。
进一步地，Linux多任务操作系统还额外运行有5G移动通信模块管理程序，它通过5G移动通信模块提供的AT命令接口管理并监控5G移动通信模块并在5G移动通信模块出现异常时执行故障恢复流程
更进一步地，所述PCB板还可设有FPC接头的以太网接线接口和RJ45形态的以太网口。
更进一步地，所述PCB板还设有与MCU芯片通信的TTL、RS485和RS232串行接口，所述PCB板还可增设有与MCU芯片通信的红外模块和蓝牙模块。
更进一步地，所述5G移动通信模块连接有SIM卡槽，所述SIM卡槽固定在所述PCB板上或通过所述以太网接线接口连接外部引入。
更进一步地，所述MCU芯片上运行多任务操作系统，用于为5G移动通信模块与无线网络或以太网接线接口之间的提供网络数据路由及地址转换(NAT)服务。多任务操作系统上运行有5G移动通信模块管理程序，其用于管理并监控5G移动通信模块。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、网络终端设备可通过本发明的8pin的1.25mm间距PIN针座子、2.0mm间距排针接口、2.0mm间距排母接口、1.0mm间距金手指接口之一以以太网接线直接接入5G网络。
2、同时网络终端设备也通过无线(802.11ac)网络直接接入5G网络。
3、本发明通过在MCU芯片通过M.2接口与所述5G移动通信模块连接，同时在PCB板上设有独立的无线基带芯片和以太网接口，通过在MCU芯片上运行网络数据交换及路由程序，实现将MCU芯片作为虚拟的网卡设备，用于为5G移动通信模块与无线基带芯片和以太网接口之间的提供网络数据交换及路由服务，并且还运行5G模块的监控程序，用于随时监控5G模块用于异常恢复，MCU芯片起到纽带的作用；同时利用与其建立通信的多种形式的通信接口，包括无线、以太网接口，为不同通讯协议接口形式的传统的网络终端设备提供丰富的接入方式，使得众多的传统网络终端设备可以直接接入5G移动通信网络。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的路由模块正面示意图；
图2为本发明的路由模块反面示意图；
图3为本发明的路由模块的M.2接口示意图；
图4为本发明的路由模块PIN针座及接电口示意图；
图5为本发明的路由模块排针接口示意图；
图6为本发明的路由模块排母接口示意图；
图7为本发明的路由模块金手指接口示意图；
图8为本发明的Linux多任务操作系统及功能框图；
图中的标号分别代表：1-PCB板；2-5G移动通信模块；3-MCU芯片；4-M.2接口；5-无线基带芯片；6-电源管理芯片；7-PIN针座子；8-排针接口；9-排母接口；10-金手指接口；11-以太网变压器；12-SIM卡槽；13-串行接口；14-复位键；15-定位孔；16-取电接口；17-存储芯片；21-5G天线接口；51-无线天线接口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例一：
本实施例公开的一种第五代移动通信路由模块，包括固定在PCB板1上的MCU芯片3和5G移动通信模块2,MCU芯片3通过M.2接口4与5G移动通信模块2连接，PCB板1上设有独立的无线基带芯片5(802.11ac)和以太网变压器11及多形态的以太网接线接口(8pin的1.25mm间距PIN针座子7、2.0mm间距排针接口8、2.0mm间距排母接口9、1.0mm间距金手指接口10)；其中，MCU芯片3用于上运行Linux多任务操作系统，用于为5G移动通信模块2与无线基带芯片5(802.11ac)和以太网接线接口之间的提供路由及地址转换(NAT)服务。其中PCB板1上设有4个定位孔15，使用时，方便将本模块固定于网络终端内。
参照图1和2，本实施中的PCB板1优选采用PCBA模块，PCBA模块上含有MCU芯片3及M.2接口4，M.2接口4用于插入5G移动通信模块2，M.2接口4上采用USB接线与5G移动通信模块2连接。
MCU芯片3通过SPI接线连接存储芯片17，5G移动通信模块2以IPEX头提供4个5G天线接口21。其中MCU芯片3内置有集成的内存芯片，同时PCB板设有的存储芯片17，用于存储程序。本实施中优选的无线基带芯片5(802.11ac)为5.8G无线基带芯片5，无线(802.11ac)基带5以IPEX头提供2个5.8G天线接口51。
PCB板1还设有电源管理芯片6，电源管理芯片6与取电接口16电连接，电源管理芯片6用于为MCU芯片3、存储芯片17、无线基带芯片5(802.11ac)和5G移动通信模块2供电。本实施中的取电接口16为1.25mm间距PIN针座子。
在PCB板1设有SIM卡槽12，SIM卡槽12接线通过M.2接口4与5G移动通信模块2连接。在5G移动通信模块实际使用时，可通过在SIM卡槽12插入SIM卡，可以实现5G移动通信模块接入5G移动通信网络时的鉴权功能
在PCB板1的正、反面的边缘处设置有多种形态以太网接线接口，以太网接线通过8pin的1.25mm间距PIN针座子7、2.0mm间距排针接口8、2.0mm间距排母接口9、1.0mm间距金手指接口10向外提供以太网接入，并在所述以太网接线接口都与以太网变压器11连接，以太网变压器11与MCU芯片3相连，其中以太网变压器11用于增加太网传输距并使MCU芯片3与外部隔离，对MCU芯片3增加一定的保护作用。
PCB板1还设有与MCU芯片3通信的TTL、RS485和RS232串行接口13，各种协议的串行接口13的增设，方便了各种物联网设备接入5G移动网络，便于实现物联网设备5G互联。PCB板1还可增设有与MCU芯片3通信的红外模块和蓝牙模块，用于为红外及蓝牙设备提供5G移动网络数据服务，进一步地提高本模块在实际应用的功能。
图8中的Linux多任务操作系统自带TCP/IP协议栈，TCP/IP协议栈包含有路由表、选路程式、地址转换(NAT)表及地址转换(NAT)程式，其中路由表及选路程式实现在无线网卡、有线网卡、5G网卡间的IP包的路由，而地址转换(NAT)表及地址转换(NAT)程式用于将所有从5G网卡发出的IP包的源地址转换为5G网卡的地址，以实现所有接入的网络终端设备共享5G网卡的IP地址上网。同时基于Linux多任务操作系统USB驱动框架的5G网卡及AT串口完成5G移动通信模块的交互，而基于Linux多任务操作系统PCIE驱动框架、GMAC驱动框架的无线网卡及有线网卡则分别完成与无线基带芯片5(802.11ac)、以太网交换机芯片的交互。
图中5G移动通信模块管理程序为一个应用程序，为一个死循环，即循环通过AT串口使用AT指令查询5G移动通信模块的状态，在出现异常时使用AT指令控制5G移动通信模块重新连接5G移动通信网络。
工作原理：本路由模块上电后MCU芯片3将会从存储芯片17加载Linux多任务操作系统到MCU芯片内置的内存芯片中，并内存芯片中运行Linux多任务操作系统，Linux多任务操作系统下的无线基带芯片(802.11ac)驱动程序、以太网交换机芯片驱动程序、5G移动通信模块驱动程序等驱动程序会分别虚拟出无线网卡、有线网卡、5G网卡，这些虚拟网卡会向Linux多任务操作系统的TCP/IP协议栈提供数据收发接口，并且所述驱动程序会各自虚拟的网卡及实际的物理硬件间做数据转发及协议转换，Linux多任务操作系统的TCP/IP协议栈中的路由选路程式及地址转换(NAT)程式在无线网卡、有线网卡、5G网卡间实现数据交换及地址转换(NAT)，为通过以太网或无线(802.11ac)网络连接的网络设备提供接入5G移动通信网络服务
实施例二：
本实施与上述实施例一中所述不同的是，本实施中优选地5G基带芯片直接集成于本模块PCB板1中，去掉M.2接口4，将MCU芯片3的USB或PCIE接线通过PCB布线直接与5G基带芯片相接，提高集成度，节省空间，缩小路由模块体积。
同时，可去掉PCB板1上的SIM卡槽12,将M.2接口4上的SIM卡槽12连线通过向外提供的物理接口(1.25mm间距插针物理接口、2.0mm间距排针物理接口、2.0mm间距排母物理接口、1.0mm间距的金手指物理接口或FPC物理接头)转接至外部的网络终端设备,由外部的网络终端设备提供SIM卡槽12，进一步地节省空间，缩小模块体积。
为了进一步节省空间此模块的空间，本实施例去掉以太网变压器11，从MCU芯片3提供的以太网接线直接连接到向外提供的物理接口(1.25mm间距插针物理接口、2.0mm间距排针物理接口、2.0mm间距排母物理接口、1.0mm间距的金手指物理接口或FPC物理接头)。
为了减少连接器件，增加稳定性可去掉PCB板1上的取电接口16，而将电源管理芯片6供电连线通过向外提供的物理接口(1.25mm间距插针物理接口、2.0mm间距排针物理接口、2.0mm间距排母物理接口、1.0mm间距的金手指物理接口或FPC物理接头)转接至外部的网络终端设备,由外部的网络终端设备直接供电。
在本实施例中5G路由模块可提供复位按键及指示灯，利用复位按键的置位作用和指示灯提示作用，可便于应对本模块的异常状况。同时，为了提供更个性化的业务，本实施例优先地在模块上还可提供TF卡槽用于存储业务数据，便于为MCU芯片3提供丰富多样的数据。
实施例三：
本实施与上述实施例一中所述不同的是，在PCB板1中去掉M.2接口4，在M.2接口4相同的位置提供MINI PCI-E接口，将MCU芯片3的USB或PCIE接线通过MINI PCI-E接口与5G移动通信模块连接，即可支持以提供MINI PCI-E接口的5G移动通信模块上实现移动通信路由模块。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
