現(xiàn)網(wǎng)機房階梯改造為5G接入機房策略分析

朱惠斌，溫 亮（.中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，廣東深圳 58038；.福建省郵電規(guī)劃設計院有限公司，福建福州 350003）

0 前言

與新選址機房建設相比，利用現(xiàn)網(wǎng)機房進行改造具有成本低和投產(chǎn)快的特點，得到運營商的充分重視。參照運營商建設規(guī)范“根據(jù)機房定位，優(yōu)先選擇條件較好的自有物業(yè)、基站機房（含室分）或租用機房進行改造”，基于此建設方案，運營商在5G建設方案評審過程中，會優(yōu)先選擇利舊機房并制定相應前傳方案。在確定光纜聯(lián)通性并保障機房具備開通條件后，啟動機房階梯改造并建設投產(chǎn)。

運營商現(xiàn)網(wǎng)綜合接入機房或基站根據(jù)實際使用功能分為普通綜合接入機房、室分機房、宏站機房等類型，匯聚機房包括重要匯聚機房、普通匯聚機房、業(yè)務匯聚機房等類型。經(jīng)比對現(xiàn)網(wǎng)機房類型與5G機房類型，可得知原普通綜合接入機房與5G接入機房在面積、設備等層面具有較顯著的相關性。選擇原普通綜合接入機房作為5G機房改造原型，屬運營商較好的選擇。

1 相關研究綜述

1.1 5G傳輸關鍵技術

1.1.1 C-RAN

隨著移動網(wǎng)絡的普及，4G技術漸漸難以滿足不斷增長的用戶和網(wǎng)絡需求，提高系統(tǒng)容量、提高成本效益的網(wǎng)絡架構成為新的需求。C-RAN架構通過高帶寬低時延的光傳輸網(wǎng)絡將分布式的遠端無線射頻單元（RRH）和基帶處理單元（BBU）有效連接。RRH和天線共同構建高容量廣覆蓋的無線網(wǎng)絡。為提高處理效率，基帶處理單元可集中化。

采用這種模式，由于多個基站的基帶處理集中在BBU池進行，所需的基帶處理能力預計將低于單基站能力的綜合，可提高頻譜利用率和網(wǎng)絡容量，有效提高總體利用率，減少BBU數(shù)量。低使用流量時段可關閉BBU，不影響整體網(wǎng)絡覆蓋，減少電量消耗。

1.1.2 設備到設備通信（D2D）

由于設備到設備通信具有減輕網(wǎng)絡壓力，提升系統(tǒng)網(wǎng)絡性能，便捷實現(xiàn)不借助于其他設備直接連接終端的作用，通過藍牙、Wi-Fi等網(wǎng)絡通信技術，有效運用于車載通信、智能終端等領域，提供短距離、高可靠的通信模式，有效提高頻譜資源使用效率。目前這類探索多存在于固定側，研究正向移動模式轉化。設備到設備通信技術為5G網(wǎng)絡覆蓋提供了較好的補充。

1.2 5G技術的典型業(yè)務場景

1.2.1 應用場景

我國IMT-2020（5G）推進組在國際電信聯(lián)盟的基礎上提出5G技術的四大應用場景（廣域大覆蓋、熱點高速、大規(guī)模機器通信和高可靠低時延通信）。與實際業(yè)務相結合，新拓展的場景包括移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能。

1.2.2 典型業(yè)務場景

5G典型業(yè)務場景包括增強型移動寬帶（eMBB）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）和高可靠低時延通信（uRLLC）。萬物互聯(lián)的要求將引導網(wǎng)絡轉型，無線和有線將逐步融合業(yè)務。因無線網(wǎng)絡頻率越高，覆蓋范圍越小，則基站需求密度越大。接入機房因其連接網(wǎng)絡與用戶的節(jié)點位置，對5G典型業(yè)務場景實施具有重要的作用。

1.3 5G接入機房的作用與改造面對的挑戰(zhàn)

1.3.1 作用

5G接入網(wǎng)高頻基站以及機房密度增大對前傳網(wǎng)絡的復雜度和光纖等資源造成影響。5G接入機房在網(wǎng)絡中的地位得到顯著提升，滿足接入、傳輸和連接等功能，除傳輸設備外，5G接入機房還需配置外電引入、空調動力等前期配套以及電源備電、動力監(jiān)控等傳輸配套系統(tǒng)，并通過主配、接入光纜與5G站點連接。

1.3.2 面對的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡功耗增加對電源配套系統(tǒng)產(chǎn)生新的要求，可能形成的2G、3G、4G和5G共站對機房承重和空間產(chǎn)生新的要求，多制式共存對天面空間帶來新的挑戰(zhàn)。參照近年的建設規(guī)范和標準，目前2019年匯聚機房在空調動力、電力容量和機房凈高等層面都有更嚴格的要求。從配套差異而言，目前運營商原普通綜合接入機房具有改造的先天優(yōu)勢。但目前因配套條件差異等原因會導致機房改造“落地難”的情況出現(xiàn)。

表1示出的是配套差異。

2 5G接入機房階梯改造的影響因素

2.1 可行性：機房業(yè)主對于外電擴容的意愿

運營商與機房業(yè)主原簽訂租賃合同已對外電容量有明確的規(guī)定，在租賃期未完成前業(yè)主并無調整合同內(nèi)部細節(jié)的驅動力。參照過往機房改造經(jīng)驗，機房外電擴容存在市電擴容和業(yè)主在建筑內(nèi)重新分配電力2種模式。

若采取市電擴容模式，機房業(yè)主需向供電主管部門申請用電報裝，審批流程多、審批周期長，因電量申請額度普遍按照耗電量峰值考慮，導致市電擴容成本較高。此種模式需較高的操作成本。

若采取建筑內(nèi)重新分配電力模式，因外電擴容會對業(yè)主電力分配有一定的影響，若業(yè)主用電未能予以保障，電力超載可能會造成業(yè)主建筑電路短路等情況，嚴重的甚至會引發(fā)火災。

無論采取哪種模式，機房業(yè)主需對建筑用電進行重新計算和分配，且與運營商簽訂合同補充協(xié)議或業(yè)主同意改造承諾書，以滿足雙方需求。

表1 配套差異

2.2 技術性：機房內(nèi)部承載設備的物理空間

傳統(tǒng)機房因承載大量傳輸設備，開關電源容量普遍接近飽和。新建開關電源系統(tǒng)若采取傳統(tǒng)方案建設會造成機房空間不足和承重不足等問題。機房內(nèi)部承載設備的物理空間是階梯改造設計的基礎，需通過勘察確定機房內(nèi)部空間，優(yōu)化配置并計算設備安裝所需物理空間并預估設備數(shù)量作為BBU設備部署的基礎。

傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池等類型因電池面積和承重要求較高，已不適用于現(xiàn)有5G接入機房。通過采用重量輕、部署快的鐵鋰電池組等新型電池模式，可有效解決機房空間和承載限制問題。新建電源系統(tǒng)與原電源系統(tǒng)互不影響，便于接入機房內(nèi)多種網(wǎng)絡業(yè)務類型的工作開展。

2.3 操作性：電表計費周期調整的交割方式

因電表量程差距，外電擴容普遍需更換電表，但更換電表面臨選擇施工時間的問題，需待完整計費周期結束并完成交割后方可實施。實際施工中，運營商需與業(yè)主協(xié)調實際施工時間，將前一段電表的讀數(shù)和計費結算清楚后才可施工。因電表更換工程量較小，但協(xié)調難度大，普遍成為制約改造進度的重要影響因素。

2.4 標準性：改造的階梯標準

根據(jù)機房內(nèi)各專業(yè)的設備及配套需求，運營商將5G接入機房改造設置20～35 kW等4檔、自有現(xiàn)網(wǎng)機房設置25～35 kW等3檔標準。電池后備時長按照無線2 h、傳輸5 h計算，形成成熟的改造標準。

表2示出的是階梯改造標準。

表2 階梯改造標準

2.5 結構性：上下聯(lián)聯(lián)通性

5G接入機房屬于傳輸重要節(jié)點，需保障上下聯(lián)聯(lián)通性。若面對聯(lián)通性不達要求的情況，則需攻堅聯(lián)通或更換機房。因此結構性是制約5G接入機房效率的重要影響因素。

圖1示出的是5G接入機房結構。

圖1 5G接入機房結構

3 現(xiàn)網(wǎng)機房改造為5G機房案例

本文以龍城龍西機房為例，從前傳方案、機房物理空間、機房外電容量、動力配套等多維度闡述現(xiàn)網(wǎng)機房階梯改造為5G接入機房的策略。

3.1 評審小組確定機房

5G前傳組網(wǎng)總體原則：面向5G在C-RAN模式下的前傳組網(wǎng)方案，需優(yōu)先通過一張光纜網(wǎng)配線環(huán)接入。前傳評審小組根據(jù)以下基本原則確定機房是否可作為5G主設備的收斂機房。

3.1.1 業(yè)務接入點選擇

a）優(yōu)先選擇紅線內(nèi)具備通達一張光纜網(wǎng)能力的光交作為接入點。

b）次選紅線外的二級及以上的可用光交，剩余端子數(shù)量至少空余48芯以上。

c）若附近無適合的光交接入，采用基站作為接入點。

3.1.2 定位目標歸屬的業(yè)務匯聚機房

a）業(yè)務匯聚機房是5G主設備的主要收斂機房，包含目前現(xiàn)網(wǎng)的普通業(yè)務匯聚機房、綜合接入機房及運營商自有基站機房。

b）業(yè)務匯聚機房接入原則：優(yōu)選普通業(yè)務匯聚機房，次選綜合接入機房，再者運營商自有基站機房；不允許接入普通匯聚機房和重要匯聚機房；考慮傳輸?shù)膮^(qū)域管理，業(yè)務點與目標業(yè)務匯聚機房需歸屬在同一綜合業(yè)務區(qū)中。

c）業(yè)務匯聚機房收斂點限制：普通業(yè)務匯聚機房原則上可收斂7個5G業(yè)務節(jié)點，移動自有基站機房原則上可作為2個業(yè)務點的收斂（需考慮自身5G站點需求）。

3.1.3 業(yè)務點與目標歸屬站點間的光纜路由選擇

a）若接入點為基站，在使用基站光纜保障業(yè)務開通時，優(yōu)先聯(lián)通至已建成的業(yè)務匯聚機房，次選原有綜合接入機房，再者移動自有基站機房，跳纖點控制在3跳以內(nèi)。當基站光纜纖芯大于6芯且小于12芯時，需在方案中備注“需要前傳設備介入”，可根據(jù)實際業(yè)務需求開通最緊急站點。

b）若接入點為光交，通過配線光纜優(yōu)先聯(lián)通至已建成的業(yè)務匯聚機房，次選原有綜合接入機房，再者移動自有基站機房，跳纖點控制在3跳以內(nèi)。

3.1.4 其他相關原則

a）優(yōu)先選擇一張光纜網(wǎng)中配線光纜環(huán)接入，次選基站間光纜，原則上不允許使用主干光纜。

b）新建光纜僅在現(xiàn)網(wǎng)光纜資源無法通達的情況下開展，接入光纜堅持“一張光纜網(wǎng)”思路。

c）光纜建設原則上需優(yōu)先考慮光纜的效益，盡可能實現(xiàn)新建一段光纜可以同時收斂多個業(yè)務點。

d）業(yè)務點的末梢接入光纜不允許直接建設至業(yè)務匯聚機房的局前光交。

e）整個跳纖路由光功率損耗需控制在6 dB以下，一個光跳纖點按照1 dB損耗計算，每公里光纜按照0.4 dB損耗計算（僅用于方案設計原則）。

3.2 勘察及物理空間核定

現(xiàn)網(wǎng)機房是否有足夠新增設備安裝空間是機房改造的前提條件之一。機房有空間可直接在地面安裝綜合機柜，機房若無空間，允許掛墻場景安裝。優(yōu)先推薦新增落地機柜，如不能，考慮4G/ 5G共BBU，需改槽位、改配置，要中斷業(yè)務，影響大。

3.3 征求業(yè)主對改造意見

現(xiàn)網(wǎng)機房階梯改造，主要涉及機房內(nèi)與機房外2個部分。機房內(nèi)的改造（更換開關電源、加整流模塊、更換蓄電池組等）與業(yè)主無直接關系，機房外的改造（外電容量改造、空調外機擴容）則和業(yè)主密切相關。對于采用轉供電的機房，需向業(yè)主表明擴容的電力容量，征求業(yè)主的同意后再進行相應改造或直接使用（原電力容量符合改造需求，業(yè)主同意則可直接使用）。同時，由于新增設備，機房內(nèi)原有制冷量不足而需要新增空調的，室外機的安裝位置也需與業(yè)主協(xié)商。

3.4 外電擴容的技術內(nèi)容

外電擴容改造是制約現(xiàn)網(wǎng)機房升級為5G機房的關鍵瓶頸之一。外電引入需滿足：外電引入功率＞機房功耗=無線設備功耗+傳輸設備功耗+電池充電功耗+空調功耗+其他設備功耗（照明、插座、監(jiān)控等）。

傳統(tǒng)普通綜合接入機房電力容量為15 kW左右，對機房進行階梯升級改造，改造目標電力容量為20、25、30、35 kW等4檔，根據(jù)三相電流計算公式：I=P/Ucosφ可知，計算電流范圍在38～66 A（cosφ取0.8）。經(jīng)查詢載流量表、壓降計算后，選擇符合規(guī)范要求的電力電纜。

部分機房外電容量滿足擴容需求的，在征得業(yè)主同意后可直接使用。若無法滿足外電接入要求的機房，需進行電力擴容改造，將原機房內(nèi)的負載割接至新增市電中。外電擴容改造涉及改變外市電容量及交流電纜線徑更換、電能表更換等內(nèi)容。

外電擴容改造的基本要求如下：

a）提高供電可靠性：優(yōu)先采用直供電的改造形式。

b）增大導線橫截面積：導線橫截面積應滿足負荷需求，兼顧線路壓降、導線發(fā)熱量及機械強度等因素綜合考慮，對不符合要求的電纜進行替換。

c）更換較大的前端進線開關：進線開關應按1.2倍計算電流的大小進行選擇；電纜載流量＞上級開關整定電流＞負載正常工作電流。

d）選取較大量程電能表：根據(jù)負荷電流和電壓數(shù)值來選定合適的電能表。

e）更換老化電纜，提高供電安全性：原有老化電纜存在很大安全隱患，對明顯有老化現(xiàn)象的電纜應禁止使用。

f）擴建或改造交流配電箱：當交流配電箱容量無法滿足需求時，更換配電箱；當交流配電箱容量滿足需求，但供電分路無法滿足時，如交流配電箱空間足夠，則通過加裝供電分路解決；如空間不足，則更換交流配電箱。

3.5 動力配套的改造方式

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)機房配置現(xiàn)狀和機房設備負荷統(tǒng)計，核算原有開關電源容量、直流端子、現(xiàn)有模塊、蓄電池容量、空調制冷是否滿足新增5G設備的負荷需求，若不滿足，需按照配置改造原則進行擴容或新建。

3.5.1 現(xiàn)網(wǎng)機房設備采用-48 V電源設備的改造原則

a）5G設備宜與原有機房設備采用同一套直流系統(tǒng)供電。

b）如現(xiàn)有電源機架容量能滿足5G和原有設備需要，則只需增加整流模塊對原開關電源進行擴容。

c）如現(xiàn)有電源機架容量不能滿足需要或模塊無法采購，則采用更換或新建開關電源的辦法解決。

d）對于現(xiàn)有開關電源機架總容量小于300 A（含300 A）的現(xiàn)網(wǎng)機房，應更換為機架總容量為600 A的開關電源。

e）5G設備供電要求2路100 A以上端子的直流分路。

f）開關電源的直流配電端子根據(jù)各機房的現(xiàn)有情況和需要進行改造。

g）如現(xiàn)有直流配電端子不能滿足5G設備的需求，或更換配電開關，或增加直流配電箱，直流配電箱的電源應從開關電源架母線排引接。

3.5.2 現(xiàn)網(wǎng)機房設備采用＋24 V電源設備的改造

a）在基站機房面積、樓面荷載及市電容量等許可的條件下，盡量為5G設備獨立配置一套-48 V直流電源系統(tǒng)。

b）在機房條件不允許為5G設備獨立配置一套-48 V直流電源系統(tǒng)時，宜更換原有+24 V開關電源系統(tǒng)，并原位新增一套-48 V直流電源系統(tǒng)。

c）原有+24 V基站設備配置-48 V/+24 V直流變換器為原有+24 V基站設備供電。

d）-48 V/+24 V直流變換器機架輸出容量要求不小于100 A，變換器模塊容量按當期負荷配置，變換器模塊數(shù)按n+1冗余方式配置。

3.5.3 蓄電池組改造原則

應結合現(xiàn)有機房重要性、市電可靠性、運維能力、機房條件等因素，配置后備時間為1～3 h的電池組。不同廠家、不同型號、不同容量、不同時期的蓄電池組嚴禁直接并聯(lián)使用。

現(xiàn)有機房蓄電池組容量無法滿足需求，而機房空間滿足時，綜合考慮5G接入機房的終期需求和機房承重等因素，酌情新增蓄電池組或體積小、重量輕的鐵鋰電池方式。

現(xiàn)有機房蓄電池組容量無法滿足需求，而機房面積及承重可以滿足共用電源系統(tǒng)和大容量蓄電池組安裝要求時，可考慮新建共用電源系統(tǒng)和大容量蓄電池組。

3.5.4 空調設備改造原則

核查機房空調設備的投入使用日期，并根據(jù)設備負荷及機房維護結構冷負荷情況核算空調容量配置是否滿足新增設備后的制冷量需求。

若原有空調配置不能滿足新增設備后的制冷量需求且機房空間允許的情況下則考慮空調擴容。機房條件不允許的情況下考慮更換為較大制冷量規(guī)格的空調。若空調設備已超過服役年限，故障頻繁已不具備維修價值的，則進行替換更新。

4 結束語

目前機房租金及能耗已成為運營商成本的重要影響因素。5G網(wǎng)絡建設對機房規(guī)劃選址及定位提出了更高的要求。為加快5G網(wǎng)絡建設速度，運營商啟動了現(xiàn)網(wǎng)機房改造5G接入機房的設想并付諸實施。但在實際操作中，改造模式看似“見效快、成本低”，卻面臨“落地難”的問題。本文整合了現(xiàn)網(wǎng)機房改造為5G接入機房的影響因素，為其他現(xiàn)網(wǎng)機房改造為5G機房提供了參考。