通信基站改造為業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的方案探討

溫仕永，宋創(chuàng)興

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

在全業(yè)務(wù)運(yùn)營背景下，如何建設(shè)好傳送網(wǎng)以便更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，更好地為業(yè)務(wù)發(fā)展提供安全、高速的帶寬是今后傳送網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展所應(yīng)考慮的主要內(nèi)容。目前通信運(yùn)營商城域傳送網(wǎng)已經(jīng)形成較為完善的架構(gòu)體系，基本能滿足2G、4G及5G業(yè)務(wù)初期的發(fā)展需求；但是在全業(yè)務(wù)運(yùn)營的情況下，還無法完全適應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶來的影響，需要進(jìn)行一定的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整、優(yōu)化和部署。另外，傳輸整體資源的相對(duì)不足也制約了該運(yùn)營商快速切入到固定集團(tuán)客戶等寬帶接入市場(chǎng)，因此運(yùn)營商傳送網(wǎng)面臨種種發(fā)展機(jī)遇，也同樣面對(duì)著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，需要積極進(jìn)行一系列的傳送網(wǎng)絡(luò)整合，打造傳送網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展能力，使得傳送網(wǎng)能夠成為安全可靠性高、業(yè)務(wù)承載能力強(qiáng)的寬帶化、綜合化、智能化的高水平承載平臺(tái)。

隨著不斷增長的無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，需不斷增加空中接口帶寬、基站數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)的資產(chǎn)性支出（Capital Expenditure，CAPEX）/運(yùn)營成本（Operating Expense，OPEX）逐年增高，隨之而來的無線接入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)房、無線設(shè)備、傳輸設(shè)備、后備電源、空調(diào)等設(shè)備冗余浪費(fèi)和能源消耗問題及機(jī)房租金成本日益嚴(yán)重。業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）集中部署方式減少基站機(jī)房數(shù)量，從而減少能源消耗，提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率，降低建站成本，縮短建設(shè)周期。

因此，在不斷增長的業(yè)務(wù)需求下面臨著機(jī)房空間不足，電源容量不夠，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入不便捷無法提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的問題，同時(shí)運(yùn)營商在長期發(fā)展工程建設(shè)大量無線基站，這些基站分布范圍廣，位置優(yōu)越，周邊用戶人群集中。而且早期的天線基站除少量必要的傳輸設(shè)備外，幾乎都是柜式無線設(shè)備。近年來隨著更新迭代，原有的無線網(wǎng)大機(jī)柜已被高度集約的BBU+ 遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Unit，RTU）設(shè)備取代，空出大量空間可重新規(guī)劃布置，進(jìn)行基站機(jī)房的升級(jí)改造工作，使基站機(jī)房成為全面支撐全業(yè)務(wù)下長期演進(jìn)（Long Trem Evolution，LTE）、窄帶（Narrow Band，NB）、5G、集團(tuán)客戶、家庭寬帶等各種業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房[1-3]。

1 機(jī)房改造原則

不搞“大拆大建”，既要最合理的經(jīng)濟(jì)效益開展改造，又要兼顧改造過程中降低網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)；傳輸專業(yè)設(shè)備以設(shè)置獨(dú)立直流電源系統(tǒng)和鐵鋰電池組，以達(dá)成“超強(qiáng)傳輸、超強(qiáng)保障”支撐“超強(qiáng)基站”的目的。對(duì)中遠(yuǎn)期傳輸專業(yè)需求的基礎(chǔ)上，在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)（機(jī)房中間位置）合理設(shè)置傳輸設(shè)備和動(dòng)力電源機(jī)架位。在機(jī)房四周設(shè)置無線機(jī)架，設(shè)備平面布置要求如下文所述。

（1）應(yīng)根據(jù)近、遠(yuǎn)期規(guī)劃統(tǒng)一安排，以近期為主。（2）應(yīng)使設(shè)備之間的布線路由合理，減少往返，布線距離最短。（3）應(yīng)便于維護(hù)和施工，應(yīng)照顧自然采光，有利于抗震加固。（4）設(shè)備平面布置、安裝間距的要求參照表1。（5）機(jī)房地面載荷要求。業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房（設(shè)備單列排列）的地面均布負(fù)載按規(guī)范要求稱重為6 kN/m2。如果地面稱重達(dá)不到要求，應(yīng)采取必要的加固措施。（6）經(jīng)常發(fā)生水災(zāi)地區(qū)的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，電源設(shè)備宜設(shè)在當(dāng)?shù)厮痪渚€以上的機(jī)房內(nèi)或采取其他防水災(zāi)措施。

表1 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房設(shè)備排列距離參考值

2 機(jī)房改造策略

2.1 基站機(jī)房中的傳輸專業(yè)設(shè)備中期規(guī)劃

基站機(jī)房作為傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的接入層物理點(diǎn)，主要部署為接入類傳送網(wǎng)設(shè)備，不排除數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)（Date Communication Network，DCN）設(shè)備、每英寸點(diǎn)數(shù)（Dots Per Inch，DPI）探針、北向指針等數(shù)通設(shè)備的下沉，但仍然屬于接入類設(shè)備，其均采取綜合機(jī)柜/數(shù)字機(jī)柜的方式實(shí)施安裝和部署，因此基站機(jī)房內(nèi)中期規(guī)劃設(shè)備和機(jī)架位如表2所示。

表2 機(jī)房中期規(guī)劃設(shè)備和機(jī)架位

（1）傳輸專業(yè)設(shè)備機(jī)架區(qū)規(guī)劃：存在雙開的情況，因此設(shè)備機(jī)架需部署在基站機(jī)房的中間列。

（2）傳輸接入類設(shè)備：同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、PTN等設(shè)備尺寸小，設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)綜合或數(shù)字機(jī)柜，但后續(xù)增加SPN等設(shè)備則因散熱問題，規(guī)劃設(shè)置為單獨(dú)綜合/數(shù)字機(jī)柜。

（3）傳輸數(shù)通類設(shè)備：未來發(fā)展存在智能網(wǎng)管等數(shù)通設(shè)備下沉于基站和傳輸機(jī)房，因此預(yù)留1個(gè)綜合/數(shù)字機(jī)柜位置。

（4）傳輸業(yè)務(wù)類設(shè)備：因傳輸普通、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的增加，基站共址光線路終端（Optical LineTerminal，OLT）業(yè)務(wù)將逐漸遷移至普通/業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房下帶，因此原則上不在基站機(jī)房增設(shè)千兆OLT設(shè)備，但不排除個(gè)別超強(qiáng)基站保留普通OLT設(shè)備和增設(shè)千兆OLT設(shè)備。

（5）ODF架：根據(jù)集采不同型號(hào)的光纖配線架（Optical Distrbution Frame，ODF）架尺寸不同，雙面型的ODF架則需雙開，因超強(qiáng)基站的傳輸光纜雙路由建設(shè)的可能性存在，不同路由的光纜成端在不同的ODF架，因此規(guī)劃設(shè)置2個(gè)ODF架。

（6）傳輸設(shè)備機(jī)架位發(fā)展趨勢(shì)：根據(jù)傳送網(wǎng)技術(shù)向一張網(wǎng)演進(jìn)的趨勢(shì)，同時(shí)SDH退網(wǎng)、PTN業(yè)務(wù)逐漸遷移至切片分組網(wǎng)絡(luò)（Slicing Pocket Network，SPN）、SPN的帶寬能力提升、基站OLT業(yè)務(wù)遷移至傳輸機(jī)房等發(fā)展趨勢(shì)，基站機(jī)房內(nèi)的傳輸類設(shè)備機(jī)架位將逐步減少，中期規(guī)劃超強(qiáng)基站的傳輸類設(shè)備機(jī)架位為標(biāo)準(zhǔn) 300 mm×300 mm，共 12 個(gè)。

2.2 動(dòng)力電源保障中遠(yuǎn)期規(guī)劃

（1）直流電源系統(tǒng)容量。根據(jù)上述中期傳輸類設(shè)備規(guī)劃數(shù)量，最大化（按設(shè)備滿配板卡）用電功率需求為6.9 kW，實(shí)際用電功率將大大小于最大化標(biāo)稱功率，一是傳輸設(shè)備板卡按實(shí)際需求配置；二是OLT設(shè)備下帶用戶數(shù)控制在4 000戶以內(nèi)，不可能滿足板卡的功率配置，如基站OLT設(shè)備，高頻開關(guān)電源輸出電流為15 A，用電功率為0.795 kW（含電池浮充）。

按照最大化用電功率計(jì)算如下：6.9 kW（傳輸類設(shè)備最大化用電功率）/50 V+400 Ah（后備電池容量）/20 h（均充時(shí)長）×1.05（充電系數(shù)）=159 A。

直流電源系統(tǒng)容量=154.25 A（傳輸類設(shè)備總電流需求）/0.8（容量使用率預(yù)警門限）=198.75 A。

（2）后備時(shí)長。無線專業(yè)為超強(qiáng)基站設(shè)置一體化油機(jī)為20 kW，具備自啟動(dòng)油機(jī)功能，按有固定油機(jī)的普通匯聚、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房后備時(shí)長計(jì)算如下。

具備OLT設(shè)備的超強(qiáng)基站：400 Ah（鐵鋰電池8×50 Ah）×0.75（放電系數(shù)）/138 A（傳輸類設(shè)備最大化用電功率 6.9 kW/50 V）=2.17 h。

無OLT設(shè)備的超強(qiáng)基站：200 Ah（鐵鋰電池4×50 Ah）×0.75（放電系數(shù)）/90 A（無 OLT 設(shè)備的傳輸類設(shè)備最大化用電功率 4.5 kW/50 V）=1.6 h。

因此，基站機(jī)房的傳輸類直流電源系統(tǒng)可采用嵌入式一體化高頻開關(guān)電源。現(xiàn)網(wǎng)具備OLT設(shè)備的超強(qiáng)基站傳輸類后備電池為鐵鋰電池8×50 Ah=400 Ah?，F(xiàn)網(wǎng)無OLT設(shè)備的超強(qiáng)基站傳輸類后備電池為鐵鋰電池 4×50 Ah=200 Ah。

2.3 一張光纜網(wǎng)改造

現(xiàn)網(wǎng)的基站大部分為2015年前建設(shè)的基站，機(jī)房內(nèi)接入光纜按傳統(tǒng)方式部署，具備OLT設(shè)備的基站，則設(shè)置出局的主干光纜和獨(dú)立設(shè)置ODF架，傳統(tǒng)的基站接入環(huán)（含集團(tuán)專線、光纖直放站等接入類光纜）光纜則成端在綜合機(jī)柜的加裝成端盤，或者為光配線箱，存在2張光纜網(wǎng)的問題。

改造為BBU集中部署的基站，則基站拉遠(yuǎn)光纜，存在2個(gè)走向；第1個(gè)走向?yàn)橛删C合機(jī)柜成端盤或光配線箱向環(huán)狀結(jié)構(gòu)的基站走向；第2個(gè)走向則是以O(shè)DF架的主干光纜的發(fā)射狀走向，因此將造成BBU設(shè)備需向綜合機(jī)柜、光配線箱、ODF架跳纖存在纖芯混亂的情況，無法合理分配和管理纖芯資源。

改造措施：統(tǒng)一以O(shè)DF架收納光纜，將綜合機(jī)柜、光配線箱的光纜統(tǒng)一割接至ODF架，由ODF架實(shí)現(xiàn)光纜出入局匯集和調(diào)配。

2.4 示范站改造方案

（1）基本概況。H基站為自建土建機(jī)房，位于路邊小山頭上，機(jī)房長6.8 m，寬4.1 m，空間約為28 m2，外電獨(dú)立報(bào)裝；機(jī)房內(nèi)的傳輸、無線類設(shè)備均按傳統(tǒng)的布置方式部署；其中傳輸類的綜合機(jī)柜按傳統(tǒng)的方式部置在直流電源與AC交流電源區(qū)之間，后續(xù)新增的OLT設(shè)備則部署在機(jī)房的中央列，傳輸各設(shè)備機(jī)架位的擺放方向?qū)儆趥鹘y(tǒng)的規(guī)范內(nèi)?，F(xiàn)有設(shè)備情況如表3所示。

表3 現(xiàn)有設(shè)備

（2）傳輸直流電源+后備電池組改造方案。本機(jī)房具備傳輸獨(dú)立的直流電源系統(tǒng)，為嵌入式開關(guān)電源系統(tǒng)（4×50 A=200 A），鐵鋰電池為 2×50 Ah=100 Ah， 目前只供應(yīng)1端中興 C300OLT設(shè)備（8塊業(yè)務(wù)板，共108個(gè)無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON） 口， 已使用 82個(gè) PON 口，PON口利用率79%，下帶用戶為2 046戶）的電力，綜合機(jī)柜傳輸設(shè)備（含1端 SDH、1端 PTN 6 200、1端PTN6 150）均未接入至本電源系統(tǒng)。

總體規(guī)劃需求。該綜合業(yè)務(wù)區(qū)已經(jīng)具備1座普通匯聚機(jī)房，具有1端千兆OLT設(shè)備（華為MA 5800），并且下帶主干光纜與H基站OLT下帶主干光纜已經(jīng)融合，但距離鎮(zhèn)區(qū)較遠(yuǎn)（光纜長度達(dá)到4 km），因此仍規(guī)劃和計(jì)劃在鎮(zhèn)區(qū)租賃1座業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，并規(guī)劃新增1端千兆OLT設(shè)備和部署無線集中設(shè)備，與H基站形成相互配對(duì)、冗余的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，因此H基站機(jī)房不再增加千兆OLT設(shè)備，只新增1端SPN接入層設(shè)備。

改造措施。綜合機(jī)柜的傳輸類設(shè)備的直流電源割接至嵌入式開關(guān)電源系統(tǒng)；本開關(guān)電源系統(tǒng)的一體化鐵鋰電池，暫不作擴(kuò)容，待割接后測(cè)試用電量和電流值，為下一階段的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)。

（3）傳輸機(jī)架位改造方案。本機(jī)房中央列的傳輸設(shè)備擺放方向和位置符合上述的原則與標(biāo)準(zhǔn)，但其中1個(gè)綜合機(jī)柜則阻擋住AC交流屏等位置。

改造方案和措施：CS01綜合機(jī)柜保持原位置不作任何動(dòng)作，機(jī)柜內(nèi)的光纜成端遷移至ODF架后，成端盤全部拆除，空閑位置。CS02綜合機(jī)柜的傳輸設(shè)備全部遷移至CS01綜合機(jī)柜，CS02綜合機(jī)柜搬遷至傳輸位置區(qū)（ODF架旁），如圖1所示。

（4）光纜改造方案。改造方案和措施：CS01、CS02綜合機(jī)柜的光纜全部遷移至ODF架，綜合機(jī)柜不再設(shè)置成端盤，具體實(shí)施如圖1所示。

圖1 機(jī)柜設(shè)備布置

3 結(jié) 論

現(xiàn)有基站機(jī)房空間、電源配套、傳輸光纜等配套資源整改周期長、流程煩瑣。因此運(yùn)營商開展全業(yè)務(wù)前做好基站改造為業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房的準(zhǔn)備，對(duì)候選基站資源進(jìn)行提前相關(guān)的改造和升級(jí)，可從容應(yīng)對(duì)突發(fā)業(yè)務(wù)需求，快速完成相關(guān)設(shè)備的部署，特別是各運(yùn)營商在大規(guī)模建設(shè)5G的情況。使基站機(jī)房成為全面支撐全業(yè)務(wù)下LTE、NB、5G、集團(tuán)客戶、家庭寬帶等各種業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。