5 G時(shí)代重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)方案研究

曾慶博

（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，鄭州 450000）

1 引言

5G擁有的高帶寬、高速率、高可靠、低時(shí)延、低功耗、大連接等移動(dòng)互聯(lián)及物聯(lián)網(wǎng)相交織的新型互聯(lián)跨界業(yè)務(wù)發(fā)展前景，將產(chǎn)生移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)和海量設(shè)備連接需求。5G無(wú)線網(wǎng)由AAU、DU和CU組成，三部分獨(dú)立建設(shè)，AAU數(shù)量增加，DU池化大量應(yīng)用，5G采用的高頻段使得基站數(shù)量大幅增加，接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、復(fù)雜性越來(lái)越大，對(duì)傳輸?shù)膸拵?lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

重點(diǎn)機(jī)房是終端業(yè)務(wù)接入的門(mén)戶，需要給5G用戶提供上網(wǎng)快、速度穩(wěn)、低延時(shí)和各種智能業(yè)務(wù)的用戶感知。5G核心網(wǎng)采用云平臺(tái)設(shè)計(jì)，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等新型業(yè)務(wù)。一部分業(yè)務(wù)從核心網(wǎng)轉(zhuǎn)移到重點(diǎn)機(jī)房的NFVI（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施解決方案）基礎(chǔ)設(shè)施。

未來(lái)5G的頻段更高，覆蓋范圍更小，考慮微站，室分，宏站及綜合業(yè)務(wù)多平臺(tái)接入需求，重點(diǎn)機(jī)房應(yīng)結(jié)合城市規(guī)劃用地性質(zhì)，選擇長(zhǎng)久穩(wěn)定的地點(diǎn)，綜合考慮未來(lái)3-5年內(nèi)運(yùn)營(yíng)商接入機(jī)房、區(qū)域中心機(jī)房需求。明確重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)目標(biāo)、選址及建設(shè)原則，通過(guò)土建承重、電源配置、空調(diào)配置的建設(shè)方案研究，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)機(jī)房的落地建設(shè)。

2 重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)目標(biāo)

5G時(shí)代的重點(diǎn)機(jī)房，必然是一個(gè)智能化的固移融合機(jī)房，滿足極速、易維、靈活、智能、可靠的技術(shù)要求。重點(diǎn)機(jī)房在保留原有電源系統(tǒng)（含備電）、空調(diào)散熱系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和走線通道的情況下，原有內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)分成以下四大功能，如圖1所示：

圖1 重點(diǎn)機(jī)房的邏輯架構(gòu)圖

連接功能：就是重點(diǎn)機(jī)房的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元的連接，參考分布式的葉脊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，保證了重點(diǎn)機(jī)房?jī)?nèi)的無(wú)線DU、有線OLT和NFVI基礎(chǔ)設(shè)施之間的連接傳輸。連接功能為重點(diǎn)機(jī)房?jī)?nèi)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元提供建立高帶寬、高速率、高可靠、低時(shí)延。

接入網(wǎng)絡(luò)：無(wú)線DU為4G RRU和5G RRU等無(wú)線接入提供處理功能，有線OLT為一體化小基站和固網(wǎng)、固移融合終端等有線接入提供處理功能。

NFVI基礎(chǔ)設(shè)施：NFVI基礎(chǔ)設(shè)施其實(shí)是云數(shù)據(jù)中心，5G時(shí)代重點(diǎn)機(jī)房的重要組成部分，給用戶提供上網(wǎng)快、速度穩(wěn)和各種智能業(yè)務(wù)的用戶感知。

傳輸功能：基站側(cè)與網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的接口，統(tǒng)一承載數(shù)據(jù)流量和控制信令，具體的傳輸設(shè)備有：OTN、PTN、IPRAN、SPN等。

3 重點(diǎn)機(jī)房的選址及建設(shè)原則

3.1 選址原則

（1）從區(qū)域性網(wǎng)格化出發(fā)，促進(jìn)“多業(yè)務(wù)、廣覆蓋、集中組網(wǎng)、就近接入”實(shí)施。

（2）依據(jù)“適用、安全、經(jīng)濟(jì)、合理”的原則布置。

（3）統(tǒng)籌規(guī)劃，充分認(rèn)證、合理布局，確保建設(shè)目標(biāo)與業(yè)務(wù)開(kāi)展一致。

（4）先保穩(wěn)定性后兼顧經(jīng)濟(jì)性，選取地面存量機(jī)房或新建機(jī)房，并積極獲取政策性選址支持。

（5）根據(jù)預(yù)計(jì)服務(wù)管轄能力、業(yè)務(wù)發(fā)展?jié)摿皩?zhuān)業(yè)協(xié)同需求，在區(qū)域核心進(jìn)行選取，利于實(shí)現(xiàn)集中管理。

3.2 建設(shè)原則

在現(xiàn)實(shí)情況下，重點(diǎn)機(jī)房的硬件條件、建設(shè)環(huán)境也存在較大差異，機(jī)房設(shè)備一次性改造安裝復(fù)雜、投資成本高。在具體實(shí)施中，需要逐步演進(jìn)、分步實(shí)施。

可擴(kuò)展性原則：重點(diǎn)機(jī)房的市電引入、機(jī)房建設(shè)面積、散熱系統(tǒng)等硬件條件差異大。根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備選型，配置重點(diǎn)機(jī)房的連接、NFVI、傳輸設(shè)備和接入等。

開(kāi)放性原則：重點(diǎn)機(jī)房的四個(gè)功能模塊都支持對(duì)外開(kāi)放接口。重點(diǎn)機(jī)房中的所有業(yè)務(wù)和用戶可以共享NFVI基礎(chǔ)設(shè)備。

靈活性原則：重點(diǎn)機(jī)房網(wǎng)絡(luò)改造應(yīng)在保障現(xiàn)有業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的前提下，按照機(jī)房條件靈活選擇相關(guān)功能部署，支持基于現(xiàn)有機(jī)房架構(gòu)的平滑演進(jìn)。

4 重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)方案

4.1 土建承重方案

（1）地面土建機(jī)房室內(nèi)地面施工方案：素土夯實(shí)；300厚3：7灰土夯實(shí)；100厚C15混凝土隨搗隨抹平；1.2厚聚氨脂防水涂料（刷三遍），撒砂一層粘牢。20厚1：2干水泥砂漿找平壓光；800*800白色地磚。

（2）租用機(jī)房的槽鋼支架選用熱軋普通鋼（GB707-88）16號(hào)槽鋼焊接，采用雙面圍焊，焊縫高度5mm。施工前務(wù)必核對(duì)準(zhǔn)確承重梁（墻）位置，誤差不得超過(guò)10mm。施工完后請(qǐng)按原屋面做法做好相關(guān)部分的屋面防水層及保溫層。

（3）照明、插座、空調(diào)配電采用不同回路供電。照明回路出線采用ZRBV-3*2.5平方毫米，插座回路出線采用ZRBV-3*4平方毫米，空調(diào)回路出線采用ZRBV-5*6平方毫米，所有回路穿JDG管明敷。插座回路設(shè)剩余電流斷路器保護(hù)，其切斷故障回路的時(shí)間不應(yīng)大于0.1S。預(yù)留插座避開(kāi)設(shè)備，此插座僅用于設(shè)備維修使用，不得接入運(yùn)營(yíng)設(shè)備。所有燈具采用1類(lèi)燈具，燈具外露可導(dǎo)電部分應(yīng)可靠接地。

（4）接地網(wǎng)由基礎(chǔ)接地網(wǎng)和室外人工接地裝置聯(lián)合組成。基礎(chǔ)接地網(wǎng)由機(jī)房構(gòu)造柱、地圈梁中兩根通長(zhǎng)主筋焊接、綁扎形成。接地測(cè)試端子由室外人工接地裝置引出，距室內(nèi)地坪0.5m。新建機(jī)房將工作地、保護(hù)地和防雷地組成一個(gè)聯(lián)合接地網(wǎng)。采用總等電位聯(lián)結(jié)，總等電位板利用基礎(chǔ)地梁，應(yīng)將建筑物內(nèi)保護(hù)干線、設(shè)備進(jìn)線總管、建筑物金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié)，等電位聯(lián)結(jié)線采用-40*4熱鍍鋅扁鋼。

租賃機(jī)房防雷接地應(yīng)形成一個(gè)環(huán)路，與樓內(nèi)原有接地網(wǎng)連接，若樓體沒(méi)有接地網(wǎng)或者原有接地網(wǎng)達(dá)不到要求時(shí)，需在樓下地面新建防雷接地網(wǎng)。

4.2 電源配置方案

4.2.1 開(kāi)關(guān)電源配置方案

開(kāi)關(guān)電源就是提供重點(diǎn)機(jī)房的直流設(shè)備供電的設(shè)備，模塊電源是將基站的交流電逆變?yōu)橹绷麟姷恼髂K。為了優(yōu)化機(jī)房的電源穩(wěn)定、可靠，重點(diǎn)機(jī)房開(kāi)關(guān)電源的整流模塊容量采用n+1（n≥2）冗余方案配置。開(kāi)關(guān)電源提供服務(wù)的主要模塊：無(wú)線DU、有線OLT、NFVI基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控系統(tǒng)、后備電源系統(tǒng)。

開(kāi)關(guān)電源容量配置簡(jiǎn)易計(jì)算方法：R=（P/43.2+Q/10）/η

R—開(kāi)關(guān)電源容量（A）；P—機(jī)房直流設(shè)備工作實(shí)際功率（w）；Q—后備電源組總?cè)萘浚ˋh）；

η—容量系數(shù)，取0.95。

目前開(kāi)關(guān)電源廠家生產(chǎn)的主要型號(hào)有120A、150A、200A、300A、600A、1000A高效系統(tǒng)等：5G時(shí)代基站密度大幅增加，重點(diǎn)機(jī)房類(lèi)型多、數(shù)量多。我們根據(jù)重點(diǎn)機(jī)房服務(wù)區(qū)域的設(shè)備總功耗，結(jié)合計(jì)算公式，選擇合適的開(kāi)關(guān)電源配置方案。

4.2.2 后備電源配置方案

前期，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的后備電源采用的是鉛酸蓄電池。由于鉛酸蓄電池比能量偏低，生產(chǎn)過(guò)程有毒，污染環(huán)境等不利因素，一定程度上影響了其使用范圍。鐵塔公司成立后，響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保的號(hào)召，目前塔類(lèi)建設(shè)已經(jīng)全量使用鐵鋰梯次電池。

鐵鋰梯次電池更加穩(wěn)定可靠，循環(huán)壽命長(zhǎng)，同等容量質(zhì)量輕，體積小、快速充電能力強(qiáng)且無(wú)記憶效應(yīng)，為后續(xù)機(jī)房（柜）設(shè)計(jì)優(yōu)化及多業(yè)務(wù)開(kāi)展有力支撐。不同廠家、不同類(lèi)型、不同時(shí)期的梯次電池共用，鉛酸電池和梯次電池共用時(shí)，都可通過(guò)電池共用管理器實(shí)現(xiàn)。梯次電池諸多優(yōu)勢(shì)，在5G時(shí)代的基站機(jī)房和重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)中，會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。

梯次電池容量計(jì)算方法：

Q=K×a×（P1×T1+P2×T2+（P1+P2）× T3）/51.2

Q：電池容量（Ah）；K：安全系數(shù)，取1.25；P1：一次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；P2：二次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；T1：一次下電側(cè)設(shè)備備電總時(shí)長(zhǎng)（h）；T2：二次下電側(cè)設(shè)備備電總時(shí)長(zhǎng)（h）；T3：削峰填谷時(shí)長(zhǎng)（h）a：溫度調(diào)整系數(shù)，寒冷、寒溫I、寒溫II地區(qū)取1.25；其余地區(qū)取1.0。

梯次電池模組按照標(biāo)稱(chēng)容量可分為15、25、30、50、100、130、150、200Ah七種容量系列。我們根據(jù)重點(diǎn)機(jī)房服務(wù)區(qū)域的設(shè)備總功耗，結(jié)合計(jì)算公式，選擇合適的梯次電池配置方案。重點(diǎn)機(jī)房?jī)?nèi)梯次電池的按照可以采用：19英寸嵌入式梯次電池入柜安裝方式、落地架式安裝、落地箱式安裝。

4.2.3 交流配電箱配置方案

交流配電箱是機(jī)房市電引入的接口，一方面可以直接給空調(diào)系統(tǒng)、照明等交流設(shè)備供電，另一方面可以通過(guò)開(kāi)關(guān)電源整合成直流電，為直流設(shè)備供電。交流配電箱配置需考慮的因素：空調(diào)、照明、無(wú)線DU、有線OLT、NFVI基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)控系統(tǒng)、后備電源系統(tǒng)等。

交流配電箱容量按遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮，輸入開(kāi)關(guān)容量建議與外電引入容量匹配，交流配電箱輸入開(kāi)關(guān)容量不小于外市電引入容量。交流配電箱容量的主要型號(hào)有25A、40A、50A、63A、100A、125A、160A等：

新建機(jī)房的交流配電箱輸出開(kāi)關(guān)應(yīng)配置微型斷路器，用于開(kāi)關(guān)電源、空調(diào)、機(jī)房墻面插座、照明等設(shè)備的接入。未配置固定發(fā)電機(jī)組的新建基站交流配電箱（屏）應(yīng)配置市電/發(fā)電機(jī)組切換開(kāi)關(guān)和移動(dòng)發(fā)電機(jī)組應(yīng)急接口。保護(hù)交流配電箱輸入總開(kāi)關(guān)前端配置浪涌保護(hù)器（SPD）模塊及相應(yīng)的保護(hù)開(kāi)關(guān)，浪涌保護(hù)器（SPD）集成在交流配電箱內(nèi)部。

4.3 空調(diào)配置方案

重點(diǎn)機(jī)房的直流和交流設(shè)備功耗比較大，發(fā)熱量大引起機(jī)房溫度升高，導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)通信設(shè)備正常運(yùn)行。空調(diào)散熱系統(tǒng)可以調(diào)控機(jī)房的溫度，保證設(shè)備的正常工作。重點(diǎn)機(jī)房空調(diào)的主要型號(hào)有1P、1.5P、2P單冷單相，3P、5P單冷三相等。

重點(diǎn)機(jī)房選型應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)荷、機(jī)房結(jié)構(gòu)、區(qū)域（溫度帶）等因素確定空調(diào)冷量，根據(jù)基站冷量需求選擇適合的空調(diào)規(guī)格，負(fù)荷計(jì)算原則：Q（W）=[（P×860+S×90）×1.4]×1.16

其中P為設(shè)備功耗，單位為kW；S為機(jī)房面積，單位為m2。

空調(diào)設(shè)置原則：室內(nèi)溫度范圍為室溫≤30℃（在此溫度范圍內(nèi)空調(diào)不工作），濕度范圍為20%～85%；夏季空調(diào)室內(nèi)降溫啟動(dòng)溫度為30℃，室溫降至26℃時(shí)停止工作。我們根據(jù)重點(diǎn)機(jī)房服務(wù)區(qū)域的設(shè)備總功耗、機(jī)房面積，結(jié)合計(jì)算公式，選擇合適的空調(diào)配置方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)目標(biāo)、選址及建設(shè)原則，研究重點(diǎn)機(jī)房的土建承重、電源配置、空調(diào)配置建設(shè)方案，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)機(jī)房的有效落地實(shí)施，實(shí)現(xiàn)5G時(shí)代區(qū)域內(nèi)設(shè)備的集中管控，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性。未來(lái)5G時(shí)代移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，覆蓋區(qū)域內(nèi)宏基站、微基站、室分密度大幅增加，大量的無(wú)線DU、有線OLT、NFVI基礎(chǔ)設(shè)施需要安裝空間，重點(diǎn)機(jī)房將在5G時(shí)代中占據(jù)重要地位。