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(jìn)一步提升TD-LTE無線基站的電源管理水平，引入IPMI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，開發(fā)設(shè)計電源智能管理系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)對TD-LTE無線基站電源進(jìn)行智能化管理和控制。經(jīng)過驗證，本次設(shè)計的系統(tǒng)，能夠控制TD-LTE無線基站電源啟停、自動上電，為基站安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：TD-LTE基站;電源;智能管理

圖分類號：TN929? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)成為必然趨勢，在這一背景下，想要使基站始終保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，就需要對基站電源進(jìn)行智能化管理。在開發(fā)電源智能管理模塊時，可以引入IPMI標(biāo)準(zhǔn)。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(lián)合美國的hP（惠普）、德國的Dell（戴爾）等公司，發(fā)布了IPMI標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要是為服務(wù)器管理而設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控、故障告警等等。SDR（傳感器數(shù)據(jù)記錄）倉庫能夠從硬件層面上實現(xiàn)對電源及風(fēng)扇的監(jiān)控。IPMI標(biāo)準(zhǔn)可以免費(fèi)使用，并且絕大部分服務(wù)器均支持該標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，在對TD-LTE無線基站電源進(jìn)行智能化管理時，可以對IPMI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行引入，使電源控制模塊具備以下管理功能：FRU（現(xiàn)場可更換單元）信息、SDR倉庫以及事件實時告警等。在本次設(shè)計中，采用IPMI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用戶可直接從互聯(lián)網(wǎng)上下載相關(guān)的管理工具，這些工具完全免費(fèi)，據(jù)此可對電源進(jìn)行監(jiān)控與管理。

2 TD-LTE無線基站電源智能管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體方案

本次設(shè)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(fù)責(zé)為基站供電，能為基站內(nèi)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?qū)?2V和3.3V兩個電源的供給進(jìn)行智能控制外，還可對基站內(nèi)其它單元的用能信號進(jìn)行控制，并對槽位上板卡的在位信號進(jìn)行檢查[1]。本次設(shè)計的電源智能管理系統(tǒng)的技術(shù)支撐為IPMI標(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)，運(yùn)行過程更加穩(wěn)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(shè)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(yùn)行環(huán)境監(jiān)視、FRU信息以及供電控制等等[2]。為使監(jiān)視與控制目標(biāo)得以順利實現(xiàn)，按管理模塊的作用，將其設(shè)計方案分為以下三個部分：處理器模塊、監(jiān)視模塊、控制模塊。

2.1.1處理器模塊

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

2.1.2監(jiān)視模塊

監(jiān)視模塊能夠?qū)?2V和3.3V電源進(jìn)行實時監(jiān)視，看是否正常，同時還能對電源內(nèi)部發(fā)熱量最大區(qū)域的溫度進(jìn)行監(jiān)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(jìn)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(nèi)完成串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，由MCU以定時的方式，對檢測結(jié)果進(jìn)行讀取[3]。監(jiān)視模塊的結(jié)構(gòu)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(tǒng)的核心部分，該模塊可以在較短的時間內(nèi)完成主電源失效檢查，這個功能在設(shè)計中借助可編程邏輯器件FPGA來完成?？刂颇K的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

2.2.1硬件設(shè)計

根據(jù)上文中的系統(tǒng)設(shè)計方案，對硬件進(jìn)行設(shè)計，下面重點對硬件中關(guān)鍵電路的設(shè)計過程進(jìn)行分析。

（1）處理器電路。在系統(tǒng)硬件中，處理器模塊是核心部分，為滿足相關(guān)的功能需要，經(jīng)過比較之后，最終決定選用LPC2468。在處理器模塊電路上，設(shè)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?？刂颇K需要與基站背板進(jìn)行連接，詳情如圖5所示。

為確保電源在MCU故障時可以繼續(xù)供電，采用MCU+FPGA相聯(lián)合的方案，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)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(jìn)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(shè)計

本系統(tǒng)中軟件設(shè)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(yùn)行，故此應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)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(jìn)行設(shè)計開發(fā)的過程中，選用當(dāng)前較為成熟的C語言，開發(fā)環(huán)境為KEIL，具體的開發(fā)過程如下：

（1）硬件配置與軟件初始化。在本系統(tǒng)中，硬件配置主要包括以下內(nèi)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(jìn)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(tǒng)設(shè)計中引入IPMI標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用較為廣泛。IPMI歸屬于請求-應(yīng)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(fā)送應(yīng)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(tǒng)中，電源單元在實現(xiàn)自主上電時，需要經(jīng)歷競爭、早期供電以及正常供電等過程。當(dāng)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(dāng)主控單元啟動后，移交管理權(quán)，由主控單元進(jìn)行正常供電[5]。

2.3系統(tǒng)功能測試

為檢驗本次設(shè)計的電源智能管理系統(tǒng)是否能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)的功能是否正常，在完成調(diào)試后，以TD-LTE基站作為平臺，對系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行測試時，可以采用如下方法：主控單元經(jīng)IPMI向電源單元發(fā)出控制指令，對某個或是全部通道的負(fù)載電源啟停進(jìn)行控制。由邏輯分析儀負(fù)責(zé)完成測試，看是否達(dá)到預(yù)期要求。12V電源開關(guān)控制信號抓取情況。由測試結(jié)果可知，本次設(shè)計開發(fā)的智能管理系統(tǒng)能夠?qū)局袉蝹€通道或是全部通道的電源啟停進(jìn)行控制。

2.3.2自主上電測試

為對自動上電功能進(jìn)行驗證，在基站內(nèi)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(shè)定為調(diào)試模式，對基站內(nèi)各個單元的上電情況進(jìn)行觀察。測試結(jié)果顯示，電源單元向基站內(nèi)的其它單元提供電源，上電成功。

3結(jié)論

綜上所述，為保證TD-LTE無線基站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計開發(fā)電源智能化管理系統(tǒng)，并在設(shè)計中引入IPMI協(xié)議。經(jīng)過測試，本次設(shè)計的系統(tǒng)能夠?qū)D-LTE基站電源進(jìn)行智能控制，可以確?；緝?nèi)其它單元的供電可靠性。由此可見，該系統(tǒng)具有良好的推廣使用價值。

參考文獻(xiàn)

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

[2]韓玉聽.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基站電源監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].通信電源技術(shù)，2020（5）：65-67.

[3]黨隨愿.移動通信基站電源配置設(shè)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(jiān)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