浅谈TD-LTE无线基站中电源的智能化管理

许晟 张赟 戴顺伦

摘要：为进一步提升TD-LTE无线基站的电源管理水平，引入IPMI标准协议，开发设计电源智能管理系统，借助该系统对TD-LTE无线基站电源进行智能化管理和控制。经过验证，本次设计的系统，能够控制TD-LTE无线基站电源启停、自动上电，为基站安全、稳定运行提供保障。

关键词：TD-LTE基站;电源;智能管理

图分类号：TN929    文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00

近年来，TD-LTE基站小型化已经成为必然趋势，在这一背景下，想要使基站始终保持稳定的运行状态，就需要对基站电源进行智能化管理。在开发电源智能管理模块时，可以引入IPMI标准。下面重点对TD-LTE无线基站中电源的智能化管理展开分析探讨。

1 TD-LTE无线基站中电源智能化管理方案

英特尔公司联合美国的hP（惠普）、德国的Dell（戴尔）等公司，发布了IPMI标准，该标准主要是为服务器管理而设计，能够实现如下功能：运行环境监控、故障告警等等。SDR（传感器数据记录）仓库能够从硬件层面上实现对电源及风扇的监控。IPMI标准可以免费使用，并且绝大部分服务器均支持该标准。鉴于此，在对TD-LTE无线基站电源进行智能化管理时，可以对IPMI标准进行引入，使電源控制模块具备以下管理功能：FRU（现场可更换单元）信息、SDR仓库以及事件实时告警等。在本次设计中，采用IPMI标准协议，用户可直接从互联网上下载相关的管理工具，这些工具完全免费，据此可对电源进行监控与管理。

2 TD-LTE无线基站电源智能管理系统设计

2.1系统总体方案

本次设计的TD-LTE基站共有11个槽位，由6个单位组合而成，其中的电源单元负责为基站供电，能为基站内其它单元提供12V电源，并且还能提供3.3V的管理电源。智能管理模块可以安装在电源单元上，该模块除了能够对12V和3.3V两个电源的供给进行智能控制外，还可对基站内其它单元的用能信号进行控制，并对槽位上板卡的在位信号进行检查[1]。本次设计的电源智能管理系统的技术支撑为IPMI标准，冗余、故障切换等功能的加入，使基站的功能获得大幅度增强，运行过程更加稳定。电源智能管理模块在TD-LTE基站中的位置如图1所示。

本次设计的电源管理模块可对外提供如下控制功能：IPMI通信、SDR记录、运行环境监视、FRU信息以及供电控制等等[2]。为使监视与控制目标得以顺利实现，按管理模块的作用，将其设计方案分为以下三个部分：处理器模块、监视模块、控制模块。

2.1.1处理器模块

在对该模块进行设计时，选用MCU（通用控制器），利用SPI（串行外设）接口与控制模块进行连接，并通过I2C接口与监视模块相连接，使用该接口与IPMB进行通信。本次设计采用外扩存储器EEPROM，处理器模块的结构如图2。

2.1.2监视模块

监视模块能够对12V和3.3V电源进行实时监视，看是否正常，同时还能对电源内部发热量最大区域的温度进行监视。TD-LTE基站中的电源通道比较多，若是通过MCU自带的GPIO管脚进行检测，则可能引起管脚不足的问题。故此，在可编程逻辑控制器件内完成串行数据转换后，由MCU以定时的方式，对检测结果进行读取[3]。监视模块的结构如图3所示。

2.1.3控制模块

控制模块是基站电源智能化管理系统的核心部分，该模块可以在较短的时间内完成主电源失效检查，这个功能在设计中借助可编程逻辑器件FPGA来完成。控制模块的结构如图4所示。

2.2系统软硬件设计

2.2.1硬件设计

根据上文中的系统设计方案，对硬件进行设计，下面重点对硬件中关键电路的设计过程进行分析。

（1）处理器电路。在系统硬件中，处理器模块是核心部分，为满足相关的功能需要，经过比较之后，最终决定选用LPC2468。在处理器模块电路上，设计多个接口，如SPI接口、GPIO接口以及JTAG接口等等[4]。

（2）控制电路。控制模块需要与基站背板进行连接，详情如图5所示。

为确保电源在MCU故障时可以继续供电，采用MCU+FPGA相联合的方案，FPGA负责大部分信号的控制，少部分由MCU控制。

（3）检测电路。该电路主要负责对温度和电压检测，为确保检测电路的有效性，需要对被测电源的分压电阻值进行正确配置。温度检测是利用温度传感芯片来完成，选用的型号为TPM75。

2.2.2软件设计

本系统中软件设计的重点为MCU，这是因为基站电源智能管理模块中的核心程序需要在MCU中运行，故此应当实现如下功能：硬件配置、软件初始化、IPMB接口通信等等。在对MCU软件程序进行设计开发的过程中，选用当前较为成熟的C语言，开发环境为KEIL，具体的开发过程如下：

（1）硬件配置与软件初始化。在本系统中，硬件配置主要包括以下内容：配置时钟、配置中断向量、配置外围接口等。软件初始化是对各个变量进行初始化操作，如输入/输出指针、管理模块软硬件信息等。

（2）建立通信通道。本次系统设计中引入IPMI标准，在该标准中有以下两个通信接口，一个是IPMB，另一个是ICMB，其中前者在管理模块通信中的应用较为广泛。IPMI归属于请求-应答方式的范畴，这是一种非常典型的通信方式，消息中带有顺序号，被请求者收到命令后，需要发送应答消息，同时将收到的顺序号返回给请求者。

（3）自主上电。在本系统中，电源单元在实现自主上电时，需要经历竞争、早期供电以及正常供电等过程。当竞争成功后，电源单元便会成为基站的初始供电单元，在主控单元尚未启动前，完成早期供电。当主控单元启动后，移交管理权，由主控单元进行正常供电[5]。

2.3系统功能测试

为检验本次设计的电源智能管理系统是否能够保持稳定的运行状态，相关的功能是否正常，在完成调试后，以TD-LTE基站作为平台，对系统进行如下测试：电源启停、自主上电等。

2.3.1电源启停测试

在对电源的启停进行测试时，可以采用如下方法：主控单元经IPMI向电源单元发出控制指令，对某个或是全部通道的负载电源启停进行控制。由逻辑分析仪负责完成测试，看是否达到预期要求。12V电源开关控制信号抓取情况。由测试结果可知，本次设计开发的智能管理系统能够对基站中单个通道或是全部通道的电源启停进行控制。

2.3.2自主上电测试

为对自动上电功能进行验证，在基站内分别安装如下单元：电源单元（2块）、主控单元（1块）、基带单元（1块）、冷却单元（1块）。随后将程序设定为调试模式，对基站内各个单元的上电情况进行观察。测试结果显示，电源单元向基站內的其它单元提供电源，上电成功。

3结论

综上所述，为保证TD-LTE无线基站的安全、稳定运行，设计开发电源智能化管理系统，并在设计中引入IPMI协议。经过测试，本次设计的系统能够对TD-LTE基站电源进行智能控制，可以确保基站内其它单元的供电可靠性。由此可见，该系统具有良好的推广使用价值。

参考文献

[1]王云棣，王兴涛，吴庆，等.TD-LTE电力无线专网远程通信终端研制与应用[J].供用电，2020（7）：121-123.

[2]韩玉听.基于物联网技术的基站电源监控系统研究与设计[J].通信电源技术，2020（5）：65-67.

[3]党随愿.移动通信基站电源配置设计方案[J].中国新通信，2018（11）：162-164.

收稿日期：2020-08-07

作者简介：许晟（1977—），男，广东东莞人，本科，中级工程师，研究方向：通信电源及其监控。

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