4G模块相关知识简介

一、什么是4G模块

4G是什么?4G是第四代移动通信技术，该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G支持 100Mbps的下行网络带宽，完全可以胜任大数据、高质量、音频、视频、图像等的传输需求。

模块是什么?模块又叫嵌入式模块，集成特定功能的半导体集成电路，模块属于半成品，通过在模块的基础上功能再开发、封装外壳等工序，才能形成最终成品。

4G模块是什么?4G模块，又叫4G传输模块、4G通信模块、4G LTE模块，是指硬件加载到指定频段，软件支持标准的LTE协议，软硬件高度集成模组化的一种产品的统称。硬件将射频、基带集成在一块PCB小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理功能；软件支持语音拨号、短信收发、拨号联网等功能。4G通信模块把频率接收器和信号增幅器等部件全都整合在一起，实现了一体化。

4G LTE 是 TD-LTE和FDD-LTE等 LTE网络制式的统称，具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点。在国内，4G模块除了支持 FDD LTE/TD-LTE两种LTE制式，还要向下兼容2G/3G，支持TD-SCDMA、WCDMA、EDGE、GPRS、GSM、CDMA1X、EVDO 等模式。在数据业务下行速率最高可以达到 100Mbps，上行速率最高可以达到 50Mbps，为客户提供高速互联网接入与无线数据连接等功能。除了提供高速数据接入以外，还提供语音(PCM)、短信、通讯簿等功能，可以广泛用于笔记本、平板、触摸屏通信装置、智能手机、视频监控、多媒体手机和车载设备等终端产品以及垂直应用。

常见术语GSM，GPRS，EDGE，UMTS，HSPA和LTE：

在移动通信中，经常出现GSM，GPRS，EDGE，UMTS，HSPA和LTE等术语。这些术语指的是不同的数据传输标准，并且对于移动电话用户而言主要以不同的数据传输速率是显而易见的。

在数字移动电话时代初期，只有GSM网络作为模拟系统的替代品。据此，GSM也被称为2G，第二代，逐渐地，开发出新的，更好的和快速的系统。GPRS和EDGE也使用GSM网络，EDGE的更高速度是技术改进的结果。

第三代是UMTS网络（3G）。同样，在3G网络上，HSPA（H）和HSPA +（H +）的改进是基于的，允许3G网络中更快的传输速率。

最后，提出了第四代LTE（4G），这再次带来了传输速率的显着提高。

LTE FDD（频分双工长期演进技术）：最早提出的LTE制式，目前该技术最成熟，全球应用最广泛，终端种类最多。峰值速率：下行150Mbps，上行40Mbps。 

LTE TDD（时分双工长期演进技术）：又称TD-LTE，是LTE的另一个分支。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通信、中国移动、高通、ST-Ericsson等业者共同开发。

二、4G模块的类别

按照工作频段分类：

4G专网模块：是指工作在特定频段(1.4GHz或1.8GHz)的4G模块，主要应用在电力、政务、公共安全、社会管理、应急通信等特定应用。

4G公网模块：简单的讲是工作在非专网频段的4G模块，主要包含两种:全网通4G模块和其他频段4G模块。全网通4G模块国内一般是指不考虑海外和专网频段的三网通，即支持国内三大运营商全部2G/3G/4G频段的模块。其他频段4G模块一把指只支持几种特定频段的模块。全网通模块通用性强，但是成本却高，如果考虑成本或只绑定一家运营商，也可以选择其他频段4G模块。

按照芯片方案分类：

国内常见的方案：中兴4G模块、华为4G模块、高通4G模块。

4G模块五模跟七模区别：

七模的全网通，4G/3G/2G三大运营商的网络都支持。五模的4G三大运营商都可以用，往下3G/2G只能兼容一个运营商。即：五模全网通4G模块是支持GSM、TD-SCDMA、WCDMA、TD-LTE、FDD-LTE的网通通信，七模全网通则是增加了电信2G、3G网络(CDMA、EVDO)。

如何选择4G模块，需要根据项目的实际需求选购。不能在不了解项目需求时，买个普通标准版4G通讯模块。如果标准版的4G通讯模块不符合项目需求，那么您将陷入不知如何选购符合要求的4G通讯模块的问题中。在选择4G模块时，可按照硬件和软件两方面，分别看是否满足项目需求。

硬件方面分为外观和功能：

外观：从外观角度讲，放在项目中是否匹配主要看尺寸大小和封装形式。尺寸大小不多说，根据需求选择即可，那么我们来说说封装形式。从大分类来看，封装形式主要分为贴片式和插针式。插针式模块方便后期更换、兼容性高，但成本高于贴片式模块。贴片式的封装更稳定，成本更低，但后期想切换其他模块的话，就比较麻烦了。

功能：通常使用模块进行传输，有透传模块、AT指令模块、协议模块等。

（1）AT指令模块则是指通过传统的AT指令进行控制模块收发数据，初次之外再无任务其他功能;

（2）有透传功能的传输模块，这种模块可直接当DTU使用，进行双向透传;

（3）协议模块又可根据传输的协议分成多种协议模块，比如MQTT协议模块是通过MQTT协议连接云端，TCP/IP协议模块可连接以太网等。

软件方面分为已有软件功能和是否支持二次开发软件功能。这个就非常好理解了，看模块已有的软件功能是否符合项目需求，比如是否支持软件看门狗、是否支持网络链路功能、是否支持套子分发协议以及短信、远程升级等功能。如果已有软件功能符合项目需求，则不用考虑是否带二次开发包。如果需要按照项目进行二次开发，则该选用带有LUA和SDK脚本二次开发包的4G通讯模块。

三、4G模块特点 

4G模块拥有高速传输、性能稳定、通信数据量大、网络频谱宽、通信灵活等传输特点。

1、兼容性好

4G模块除了支持FDD LTE/TD-LTE两种LTE制式，还要向下兼容2G/3G,支持TD-SCDMA/WCDMA/ EDGE/GPRS/GSM/CDMA1X/EVDO等模式。

2、通信数据量大

4G模块下行速率最高可以达到 100Mbps,上行速率最高可以达到 50Mbps,为客户提供高速互联网接入与无线数据连接等功能，适合大数据量传输的应用，如:远程视频监控。

3、通信速度快

4G模块较2G/3G模块有更低的ping值，模块发送数据包到收到服务器应答的时间更短，适合对响应速度要求高的应用，如:远程报警。

四、4G模块的用途 

4G模块是连接物与物的重要载体，是终端设备接入物联网的核心部件之一。4G模块通过高速联网，将所有终端业务数据及设备运行状态实时传输到业务中心，通过管理监控平台，实时监测终端设备运行状态，并可及时排查设备故障；在运营成本、运营规模、服务时效等多方面大大提升了效率。

4G模块应用领域：

1、自助终端服务：广告机、自动售货机、排队机、车票打印机等；

2、电动汽车充电桩；

3、车联网：OBD、智能后视镜、智能车机、行车记录仪、车内WiFi热点等；

4、手持POS应用：POS支付；

5、视频监控。

4G模块的广泛应用：

1、自助终端设备需要大数据量网络传输，通过4G模块高速联网，将所有终端业务数据及设备运行状态实时传输到业务中心，降低了业务中心运营成本，管理运营规模化。

2、使用4G模块，实时采集快递柜业务数据和监控快递柜安全，24小时不间断实时稳定传输，降低快递企业运营成本，提高服务效率。

3、针对城市公共自行车分布分散，维修安全等问题，采用4G模块实现租赁点实时联网，对自行车桩位状态和存/取车信息实时传输，提升了自行车租赁点规模与时效管理，提高服务质量。

4、以某矿井安全监控为例，矿井监测传感器设备与DTU连接，同时，4G模块与联网设备连接，将采集到的数据实时传输到管理监控平台，从而迅速进行故障排查，保障安全施工，避免操作人员的违规操控。

5、充电桩与4G模块相连实现联网，将大量实时数据与实时监控信息快速传输到业务中心与用户，更优化管理充电桩分散状况，节约人力物力，降低成本。

6、利用4G模块联网使公交车完全智能化，让乘客轻松实现wifi联网，随时查询公交出行到站信息，节约乘客时间，方便出行，更好的提升城市形象。

7、除此之外，4G模块已经广泛应用于车载视频监控、手持执法终端、行业平板电脑、工业路由器等领域，实现M2M领域的高速联网通讯。

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