5G時(shí)代重點(diǎn)機(jī)房規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

敖艷 王海猛

【摘要】? ? 隨著建設(shè)和業(yè)務(wù)發(fā)展的深入，5G時(shí)代組網(wǎng)方式將發(fā)生根本性變化，如何提前做好相關(guān)研究，主動(dòng)適應(yīng)5G發(fā)展需求至關(guān)重要。本文對(duì)5G時(shí)代最終形成的組網(wǎng)出發(fā)，對(duì)重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)的需求以及存在的問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析和闡述。通過(guò)“三步法”合理規(guī)劃重點(diǎn)機(jī)房的位置，從而保證重點(diǎn)機(jī)房有效落地，并對(duì)重點(diǎn)機(jī)房設(shè)計(jì)方法提出的相關(guān)研究，從集中控制、成本節(jié)約、電源組網(wǎng)出發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)以重點(diǎn)機(jī)房為紐帶的配套保障網(wǎng)絡(luò)。

【關(guān)鍵詞】? ? 重點(diǎn)機(jī)房? ? 5G新基建? ? C-RAN? ? 微電網(wǎng)

引言：

作為“新基建”之首，5G在“新基建”中處于最根本的通信基礎(chǔ)設(shè)施。然而，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的大潮中，基站建設(shè)也面臨著諸多痛點(diǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)與4G相比，上網(wǎng)速率更快，低時(shí)延，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多連接，但是由于頻譜比較高， 5G需要部署更多的基站，站點(diǎn)也更密集。密集部署基站對(duì)于選址是個(gè)很大難題，所以需要采用DU/CU集中部署的方式，既可以降低機(jī)房投入，也能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署，但5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用DU/CU集中和AAU拉遠(yuǎn)的建設(shè)模式，對(duì)匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入等重點(diǎn)機(jī)房提出更高要求，很容易出現(xiàn)“三高”機(jī)房，即機(jī)房集成高、局部熱密度高、能耗高。因此，如何進(jìn)行重點(diǎn)機(jī)房規(guī)劃，保證機(jī)房電源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保、能耗優(yōu)化并能夠快速部署、系統(tǒng)運(yùn)行更智能化，這些是5G基站建設(shè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

一、需求及問(wèn)題分析

1.1需求分析

1.1.1容量

5G的容量是4G的1000倍，峰值速率10Gbps-20Gbps，根據(jù)容量=帶寬×頻譜效率×小區(qū)數(shù)量，要提升容量無(wú)非三種辦法：提升頻譜帶寬、提高頻譜效率和增加小區(qū)數(shù)量。根據(jù)公式，通過(guò)提升頻譜效率的方式來(lái)提升容量，因采用校驗(yàn)糾錯(cuò)、編碼方式等辦法都接近了香農(nóng)極限，所以最有效的辦法就是多天線技術(shù)了。但最有效辦法，提高小區(qū)數(shù)量，不過(guò)這意味著建設(shè)更多基站，成本較高，同時(shí)更多的小區(qū)給網(wǎng)絡(luò)也帶來(lái)的更多的復(fù)雜性。

1.1.2架構(gòu)

為了達(dá)到高速率、低時(shí)延的要求，高階MIMO和Massive MIMO這種復(fù)雜的天線系統(tǒng)以及多小區(qū)組網(wǎng)成為5G架構(gòu)必然首選。為了5G讓高頻段擴(kuò)大覆蓋范圍， C-RAN+Massive MIMO+密集小區(qū)結(jié)構(gòu)成為主流。

中國(guó)移動(dòng)4G時(shí)代C-RAN已經(jīng)在近20個(gè)城市布設(shè)。5G時(shí)代DU/CU設(shè)置會(huì)更加集中，遠(yuǎn)端與近端之間的距離也會(huì)相應(yīng)變遠(yuǎn)，從現(xiàn)有市區(qū)1公里間隔量級(jí)提升至10公里量級(jí)。5G時(shí)代，C-RAN將大范圍鋪開，BBU之間的協(xié)作更加方便、迅速，三大運(yùn)營(yíng)商C-RAN數(shù)量可能達(dá)到30萬(wàn)個(gè)。BBU還進(jìn)一步地可以通過(guò)軟件無(wú)線電、NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)靈活設(shè)置，形成更大型、計(jì)算能力更強(qiáng)的BBU，甚至通過(guò)虛擬化技術(shù)形成本地內(nèi)容、計(jì)算資源池。

D-RAN面向超密集組網(wǎng)場(chǎng)景，相應(yīng)用戶較強(qiáng)的通信需求，通過(guò)更多的小基站布放實(shí)現(xiàn)通信能力的提升，D-RAN強(qiáng)調(diào)覆蓋速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)高流量區(qū)域的集中處理。而C-RAN對(duì)于光通信網(wǎng)絡(luò)也提出了更大容量、更高速率要求，其時(shí)延性能不足，同時(shí)對(duì)光纖等的要求較高。C-RAN服務(wù)在汽車、高鐵領(lǐng)域，方便高速移動(dòng)場(chǎng)景下的站點(diǎn)切換[1]。具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.1.3成本

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入，基站密度越來(lái)越高，最終形成宏站、微站以及室內(nèi)分布相結(jié)合的立體分層網(wǎng)絡(luò)，5G接入網(wǎng)中AAU拉遠(yuǎn)和DU池化也陸續(xù)在運(yùn)營(yíng)商中推開，前傳網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜度大大增加。因此，傳統(tǒng)的“機(jī)房+塔桅”的建設(shè)模式已不適應(yīng)下一步發(fā)展要求。5G的高功率也給機(jī)房配套資源建設(shè)帶來(lái)了更高的成本要求。而C-RAN建設(shè)不但可以減少基站機(jī)房的數(shù)量，同時(shí)通過(guò)集中化管理，降低整體能耗。因此，C-RAN不僅可以降低前傳網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，同時(shí)也能降低工程建設(shè)量，節(jié)省大量物資和能源消耗。

1.2問(wèn)題分析

C-RAN建設(shè)帶來(lái)了如降本建網(wǎng)成本、資源動(dòng)態(tài)調(diào)度、節(jié)能減排、傳輸優(yōu)化以及加快建網(wǎng)速度等諸多優(yōu)勢(shì)，但不可否認(rèn)，也帶來(lái)的不小的挑戰(zhàn)[2]，具體包括以下幾個(gè)方面。

1.重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)位置需做好成分的合理規(guī)劃：合理的地理位置設(shè)置可以最大化的發(fā)揮機(jī)房的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)確保機(jī)房的安全性。

2. BBU/DU/CU集中布放需考慮足夠的安全性：重點(diǎn)機(jī)房布放的設(shè)備數(shù)量多，需通過(guò)合理的機(jī)房布局規(guī)劃及配套設(shè)施，保障設(shè)備運(yùn)行環(huán)境及安全，避免設(shè)備宕機(jī)。

3.無(wú)機(jī)房的遠(yuǎn)端的供電需做好規(guī)劃：遠(yuǎn)端不再進(jìn)行機(jī)房建設(shè)，遠(yuǎn)端直流AAU/RRU接電需做好相對(duì)應(yīng)對(duì)策略。

4.對(duì)管線資源需求大：重點(diǎn)機(jī)房至遠(yuǎn)端所需光纖及管線資源激增，需同步規(guī)劃。

二、規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

2.1規(guī)劃研究

重點(diǎn)機(jī)房規(guī)劃需結(jié)合多因數(shù)綜合考慮選址位置，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)均衡，最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)并盡可能降低其帶來(lái)的建設(shè)布網(wǎng)困難，具體需考慮的因數(shù)主要包括以下方面[3]：

1.機(jī)房應(yīng)根據(jù)城市通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)，考慮多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載要求進(jìn)行布局，結(jié)合地理位置，在業(yè)務(wù)需求多、發(fā)展快的密集市區(qū)、市區(qū)等通信需求較高的區(qū)域重點(diǎn)區(qū)域選取，并盡量位于其覆蓋范圍的中心區(qū)域，便于各類業(yè)務(wù)的接入。

2.機(jī)房宜選擇在交通較為方便的城市干道交匯區(qū)域，利于管道、電力的接入，以便于傳輸網(wǎng)絡(luò)的組織。

3.機(jī)房可采用“建、購(gòu)、租相結(jié)合”的原則進(jìn)行建設(shè)，對(duì)于新開發(fā)區(qū)域，則應(yīng)根據(jù)市政規(guī)劃用地性質(zhì)，提前預(yù)留匯聚機(jī)房用地，或者在新建商業(yè)樓宇或市政設(shè)施中預(yù)留機(jī)房位置。

4.機(jī)房應(yīng)設(shè)置在地勢(shì)較高、不易被水淹沒(méi)、不易滲水的地方;機(jī)房周邊應(yīng)有較安全的外部環(huán)境和較好的電磁環(huán)境。

5.機(jī)房選址前要考慮外電引入條件是否能滿足機(jī)房的需求，優(yōu)先選擇供電局供電。

6.點(diǎn)機(jī)房一方面考慮近期承載BBU集中部署等需求，另一方面應(yīng)提前考慮5G承載及DC部署需求。

第一步：區(qū)域化分析

從目前5G建設(shè)規(guī)模和范圍看，重點(diǎn)機(jī)房的規(guī)劃需重點(diǎn)關(guān)注幾個(gè)重點(diǎn)區(qū)域：1是運(yùn)營(yíng)商5G業(yè)務(wù)需求高發(fā)區(qū)域;2是用戶密集、資源緊缺的擴(kuò)容區(qū)域;3是新建區(qū)域。每種區(qū)域都有其建設(shè)重點(diǎn)機(jī)房的潛在需求，用戶量大但建設(shè)機(jī)房困難或者投資大，急需推動(dòng)降本增效。需要通過(guò)分析，形成歸類。

第二步：網(wǎng)格化分析

對(duì)區(qū)域的場(chǎng)景類型進(jìn)一步細(xì)化，實(shí)現(xiàn)類型規(guī)劃如CBD區(qū)、景區(qū)、商務(wù)區(qū)以及老舊城區(qū)等等，并通過(guò)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。同時(shí)控制網(wǎng)格大小?？紤]電源傳輸?shù)南拗?，一般將網(wǎng)格半徑控制在1.5km范圍內(nèi)。

第三步：協(xié)同化分析

網(wǎng)格內(nèi)需著重關(guān)注區(qū)域內(nèi)的管道資源以及電力資源（如變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、開閉所），新建區(qū)域可以與市政部門以及電力部門協(xié)同規(guī)劃、協(xié)同實(shí)施。建成區(qū)需結(jié)合城市區(qū)域改造及現(xiàn)有資源進(jìn)行布局。

2.2設(shè)計(jì)研究

重點(diǎn)機(jī)房為近端設(shè)備提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，同時(shí)為基站群供電，并為后續(xù)業(yè)務(wù)拓展留有充足的空間。其核心的設(shè)計(jì)即是機(jī)房?jī)?nèi)動(dòng)力環(huán)境設(shè)備以及為遠(yuǎn)供供電的電源容量設(shè)計(jì)。

2.2.1機(jī)房設(shè)計(jì)

5G組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下設(shè)備集中布置于重點(diǎn)機(jī)房，此類機(jī)房的重要性顯著提高，并能夠?yàn)楹罄m(xù)開展邊緣計(jì)算等業(yè)務(wù)提供配套支撐，其配套設(shè)備配置要求遠(yuǎn)高于移動(dòng)單站點(diǎn)機(jī)房，更加接近于IDC機(jī)房相關(guān)配置要求，同時(shí)機(jī)房位置需具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣M網(wǎng)。通過(guò)加強(qiáng)與政府合作，將相關(guān)規(guī)劃納入城市規(guī)劃中，獲取政策性支持，完成土地確權(quán)，從而保障機(jī)房的穩(wěn)定性。機(jī)房的設(shè)計(jì)應(yīng)該更接近于IDC機(jī)房的設(shè)計(jì)要求，要形成穩(wěn)定的氣動(dòng)循環(huán)，保證室內(nèi)設(shè)備良好的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)、設(shè)備有序，保證內(nèi)部簡(jiǎn)潔有序。對(duì)于業(yè)務(wù)量適中的區(qū)域，為了加快重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)進(jìn)度，提升重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)質(zhì)量，可以通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，以高標(biāo)準(zhǔn)固化產(chǎn)品的樣式、外觀、布局、結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)機(jī)房的建設(shè)靈活性，外觀多樣性，保證與環(huán)境高度協(xié)同，降低協(xié)調(diào)難度。

2.2.2電源設(shè)計(jì)

重點(diǎn)機(jī)房需合理規(guī)劃位置的同時(shí)需合理管控范圍，滿足電源集中供電、電源集中保障、傳輸集中配置以及空間集中管理要求。通過(guò)重點(diǎn)機(jī)房實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)部以及遠(yuǎn)端的集中供電，集中管理，從而降低電源管理的成本，實(shí)現(xiàn)電源的集中控制以及集中備電[4]，具體如圖2所示：

在此背景下，在將來(lái)通過(guò)重點(diǎn)機(jī)房間的智能連接，讓備用電池變儲(chǔ)能電池，通過(guò)對(duì)電池的動(dòng)態(tài)、智能管理，激活沉睡的電池，發(fā)揮其在市電削峰、集中供電、智能電池共用管理器和模塊化智能電源等作用，最終形式智能的、可控的及高效的微電網(wǎng)絡(luò)[5]。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析5G時(shí)代重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)的需求以及建設(shè)存在的問(wèn)題進(jìn)行了定向的分析，明確的重點(diǎn)機(jī)房規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法及研究重點(diǎn)，對(duì)于后續(xù)重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)從選址、建設(shè)模式、建設(shè)核心給出了可行的辦法，重點(diǎn)機(jī)房建設(shè)需進(jìn)行合理的區(qū)域規(guī)劃，并以小型化IDC機(jī)房的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布局和環(huán)境設(shè)計(jì)，同時(shí)從遠(yuǎn)期考慮，合理規(guī)劃電源容量及一系列后備電源設(shè)計(jì)，為后續(xù)的電源組網(wǎng)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 曹亙，李佳俊，李軼群，李福昌. 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展. 《移動(dòng)通信》.2017 ， 41 （2） ：32-37。

[2] 侯福平. C-RAN模式下5G BBU供電與散熱淺析（2）——不間斷供電[J]. 通信電源技術(shù)， 2020， v.37;No.199（07）：7-9。

[3] 王海猛. 5G超密集組網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景分析與實(shí)施方法研究[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化， 2018， 031（011）：82-86。

[4] 陳威. 在IDC機(jī)房中高壓直流供電模式的運(yùn)用研究[J]. 大科技， 2019， 000（016）：221-222。

[5] 施耐德電氣. 2019看得見的未來(lái)：數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的五大新趨勢(shì)與五大技術(shù)解決方案（上）[J]. 智慧工廠， 2019， 000（001）：18-19。