淺談TD-LTE無線基站中電源的智能化管理

許晟 張赟 戴順倫

摘要：為進一步提升TD-LTE無線基站的電源管理水平，引入IPMI標準協議，開發設計電源智能管理系統，借助該系統對TD-LTE無線基站電源進行智能化管理和控制。經過驗證，本次設計的系統，能夠控制TD-LTE無線基站電源啟停、自動上電，為基站安全、穩定運行提供保障。

關鍵詞：TD-LTE基站;電源;智能管理

圖分類號：TN929? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1007-9416（2020）10-0000-00

近年來，TD-LTE基站小型化已經成為必然趨勢，在這一背景下，想要使基站始終保持穩定的運行狀態，就需要對基站電源進行智能化管理。在開發電源智能管理模塊時，可以引入IPMI標準。下面重點對TD-LTE無線基站中電源的智能化管理展開分析探討。

1 TD-LTE無線基站中電源智能化管理方案

英特爾公司聯合美國的hP（惠普）、德國的Dell（戴爾）等公司，發布了IPMI標準，該標準主要是為服務器管理而設計，能夠實現如下功能：運行環境監控、故障告警等等。SDR（傳感器數據記錄）倉庫能夠從硬件層面上實現對電源及風扇的監控。IPMI標準可以免費使用，并且絕大部分服務器均支持該標準。鑒于此，在對TD-LTE無線基站電源進行智能化管理時，可以對IPMI標準進行引入，使電源控制模塊具備以下管理功能：FRU（現場可更換單元）信息、SDR倉庫以及事件實時告警等。在本次設計中，采用IPMI標準協議，用戶可直接從互聯網上下載相關的管理工具，這些工具完全免費，據此可對電源進行監控與管理。

2 TD-LTE無線基站電源智能管理系統設計

2.1系統總體方案

本次設計的TD-LTE基站共有11個槽位，由6個單位組合而成，其中的電源單元負責為基站供電，能為基站內其它單元提供12V電源，并且還能提供3.3V的管理電源。智能管理模塊可以安裝在電源單元上，該模塊除了能夠對12V和3.3V兩個電源的供給進行智能控制外，還可對基站內其它單元的用能信號進行控制，并對槽位上板卡的在位信號進行檢查[1]。本次設計的電源智能管理系統的技術支撐為IPMI標準，冗余、故障切換等功能的加入，使基站的功能獲得大幅度增強，運行過程更加穩定。電源智能管理模塊在TD-LTE基站中的位置如圖1所示。

本次設計的電源管理模塊可對外提供如下控制功能：IPMI通信、SDR記錄、運行環境監視、FRU信息以及供電控制等等[2]。為使監視與控制目標得以順利實現，按管理模塊的作用，將其設計方案分為以下三個部分：處理器模塊、監視模塊、控制模塊。

2.1.1處理器模塊

在對該模塊進行設計時，選用MCU（通用控制器），利用SPI（串行外設）接口與控制模塊進行連接，并通過I2C接口與監視模塊相連接，使用該接口與IPMB進行通信。本次設計采用外擴存儲器EEPROM，處理器模塊的結構如圖2。

2.1.2監視模塊

監視模塊能夠對12V和3.3V電源進行實時監視，看是否正常，同時還能對電源內部發熱量最大區域的溫度進行監視。TD-LTE基站中的電源通道比較多，若是通過MCU自帶的GPIO管腳進行檢測，則可能引起管腳不足的問題。故此，在可編程邏輯控制器件內完成串行數據轉換后，由MCU以定時的方式，對檢測結果進行讀取[3]。監視模塊的結構如圖3所示。

2.1.3控制模塊

控制模塊是基站電源智能化管理系統的核心部分，該模塊可以在較短的時間內完成主電源失效檢查，這個功能在設計中借助可編程邏輯器件FPGA來完成。控制模塊的結構如圖4所示。

2.2系統軟硬件設計

2.2.1硬件設計

根據上文中的系統設計方案，對硬件進行設計，下面重點對硬件中關鍵電路的設計過程進行分析。

（1）處理器電路。在系統硬件中，處理器模塊是核心部分，為滿足相關的功能需要，經過比較之后，最終決定選用LPC2468。在處理器模塊電路上，設計多個接口，如SPI接口、GPIO接口以及JTAG接口等等[4]。

（2）控制電路。控制模塊需要與基站背板進行連接，詳情如圖5所示。

為確保電源在MCU故障時可以繼續供電，采用MCU+FPGA相聯合的方案，FPGA負責大部分信號的控制，少部分由MCU控制。

（3）檢測電路。該電路主要負責對溫度和電壓檢測，為確保檢測電路的有效性，需要對被測電源的分壓電阻值進行正確配置。溫度檢測是利用溫度傳感芯片來完成，選用的型號為TPM75。

2.2.2軟件設計

本系統中軟件設計的重點為MCU，這是因為基站電源智能管理模塊中的核心程序需要在MCU中運行，故此應當實現如下功能：硬件配置、軟件初始化、IPMB接口通信等等。在對MCU軟件程序進行設計開發的過程中，選用當前較為成熟的C語言，開發環境為KEIL，具體的開發過程如下：

（1）硬件配置與軟件初始化。在本系統中，硬件配置主要包括以下內容：配置時鐘、配置中斷向量、配置外圍接口等。軟件初始化是對各個變量進行初始化操作，如輸入/輸出指針、管理模塊軟硬件信息等。

（2）建立通信通道。本次系統設計中引入IPMI標準，在該標準中有以下兩個通信接口，一個是IPMB，另一個是ICMB，其中前者在管理模塊通信中的應用較為廣泛。IPMI歸屬于請求-應答方式的范疇，這是一種非常典型的通信方式，消息中帶有順序號，被請求者收到命令后，需要發送應答消息，同時將收到的順序號返回給請求者。

（3）自主上電。在本系統中，電源單元在實現自主上電時，需要經歷競爭、早期供電以及正常供電等過程。當競爭成功后，電源單元便會成為基站的初始供電單元，在主控單元尚未啟動前，完成早期供電。當主控單元啟動后，移交管理權，由主控單元進行正常供電[5]。

2.3系統功能測試

為檢驗本次設計的電源智能管理系統是否能夠保持穩定的運行狀態，相關的功能是否正常，在完成調試后，以TD-LTE基站作為平臺，對系統進行如下測試：電源啟停、自主上電等。

2.3.1電源啟停測試

在對電源的啟停進行測試時，可以采用如下方法：主控單元經IPMI向電源單元發出控制指令，對某個或是全部通道的負載電源啟停進行控制。由邏輯分析儀負責完成測試，看是否達到預期要求。12V電源開關控制信號抓取情況。由測試結果可知，本次設計開發的智能管理系統能夠對基站中單個通道或是全部通道的電源啟停進行控制。

2.3.2自主上電測試

為對自動上電功能進行驗證，在基站內分別安裝如下單元：電源單元（2塊）、主控單元（1塊）、基帶單元（1塊）、冷卻單元（1塊）。隨后將程序設定為調試模式，對基站內各個單元的上電情況進行觀察。測試結果顯示，電源單元向基站內的其它單元提供電源，上電成功。

3結論

綜上所述，為保證TD-LTE無線基站的安全、穩定運行，設計開發電源智能化管理系統，并在設計中引入IPMI協議。經過測試，本次設計的系統能夠對TD-LTE基站電源進行智能控制，可以確保基站內其它單元的供電可靠性。由此可見，該系統具有良好的推廣使用價值。

參考文獻

[1]王云棣，王興濤，吳慶，等.TD-LTE電力無線專網遠程通信終端研制與應用[J].供用電，2020（7）：121-123.

[2]韓玉聽.基于物聯網技術的基站電源監控系統研究與設計[J].通信電源技術，2020（5）：65-67.

[3]黨隨愿.移動通信基站電源配置設計方案[J].中國新通信，2018（11）：162-164.

收稿日期：2020-08-07

作者簡介：許晟（1977—），男，廣東東莞人，本科，中級工程師，研究方向：通信電源及其監控。

Intelligent Management of Power Supply in TD-LTE Wireless Base Station

XU Sheng1，ZHANG Yun2，DAI Shun-lun2

（1.China Unicom Guangzhou Branch，Dongguan? Guangdong? 523009;

2.Shenzhen Feishang Zhongcheng Technology Co.， Ltd.，Shenzhen Guangdong? 518000）

Abstract：In order to further improve the power management level of TD-LTE wireless base station， the IPMI standard protocol is introduced to develop and design the intelligent power management system. With the help of this system， the power supply of TD-LTE wireless base station is intelligently managed and controlled. After verification， the design of the system， can control TD-LTE wireless base station power on and off， automatic power on， for the safe and stable operation of the base station.

Key words： TD-LTE base station; power supply; intelligent management