5 G時代重點機房的建設方案研究

曾慶博

（中國通信建設集團設計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、低時延、低功耗、大連接等移動互聯及物聯網相交織的新型互聯跨界業務發展前景，將產生移動數據流量爆發式增長和海量設備連接需求。5G無線網由AAU、DU和CU組成，三部分獨立建設，AAU數量增加，DU池化大量應用，5G采用的高頻段使得基站數量大幅增加，接入網絡的規模、復雜性越來越大，對傳輸的帶寬帶來了前所未有的挑戰。

重點機房是終端業務接入的門戶，需要給5G用戶提供上網快、速度穩、低延時和各種智能業務的用戶感知。5G核心網采用云平臺設計，為用戶提供網絡切片、邊緣計算等新型業務。一部分業務從核心網轉移到重點機房的NFVI（網絡功能虛擬化基礎設施解決方案）基礎設施。

未來5G的頻段更高，覆蓋范圍更小，考慮微站，室分，宏站及綜合業務多平臺接入需求，重點機房應結合城市規劃用地性質，選擇長久穩定的地點，綜合考慮未來3-5年內運營商接入機房、區域中心機房需求。明確重點機房的建設目標、選址及建設原則，通過土建承重、電源配置、空調配置的建設方案研究，實現重點機房的落地建設。

2 重點機房的建設目標

5G時代的重點機房，必然是一個智能化的固移融合機房，滿足極速、易維、靈活、智能、可靠的技術要求。重點機房在保留原有電源系統（含備電）、空調散熱系統、監控系統和走線通道的情況下，原有內部網絡分成以下四大功能，如圖1所示：

圖1 重點機房的邏輯架構圖

連接功能：就是重點機房的各個網絡單元的連接，參考分布式的葉脊網絡架構，保證了重點機房內的無線DU、有線OLT和NFVI基礎設施之間的連接傳輸。連接功能為重點機房內的各個網絡單元提供建立高帶寬、高速率、高可靠、低時延。

接入網絡：無線DU為4G RRU和5G RRU等無線接入提供處理功能，有線OLT為一體化小基站和固網、固移融合終端等有線接入提供處理功能。

NFVI基礎設施：NFVI基礎設施其實是云數據中心，5G時代重點機房的重要組成部分，給用戶提供上網快、速度穩和各種智能業務的用戶感知。

傳輸功能：基站側與網絡側之間的接口，統一承載數據流量和控制信令，具體的傳輸設備有：OTN、PTN、IPRAN、SPN等。

3 重點機房的選址及建設原則

3.1 選址原則

（1）從區域性網格化出發，促進“多業務、廣覆蓋、集中組網、就近接入”實施。

（2）依據“適用、安全、經濟、合理”的原則布置。

（3）統籌規劃，充分認證、合理布局，確保建設目標與業務開展一致。

（4）先保穩定性后兼顧經濟性，選取地面存量機房或新建機房，并積極獲取政策性選址支持。

（5）根據預計服務管轄能力、業務發展潛力及專業協同需求，在區域核心進行選取，利于實現集中管理。

3.2 建設原則

在現實情況下，重點機房的硬件條件、建設環境也存在較大差異，機房設備一次性改造安裝復雜、投資成本高。在具體實施中，需要逐步演進、分步實施。

可擴展性原則：重點機房的市電引入、機房建設面積、散熱系統等硬件條件差異大。根據實際業務需要進行相應的設備選型，配置重點機房的連接、NFVI、傳輸設備和接入等。

開放性原則：重點機房的四個功能模塊都支持對外開放接口。重點機房中的所有業務和用戶可以共享NFVI基礎設備。

靈活性原則：重點機房網絡改造應在保障現有業務正常運行的前提下，按照機房條件靈活選擇相關功能部署，支持基于現有機房架構的平滑演進。

4 重點機房的建設方案

4.1 土建承重方案

（1）地面土建機房室內地面施工方案：素土夯實；300厚3：7灰土夯實；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）租用機房的槽鋼支架選用熱軋普通鋼（GB707-88）16號槽鋼焊接，采用雙面圍焊，焊縫高度5mm。施工前務必核對準確承重梁（墻）位置，誤差不得超過10mm。施工完后請按原屋面做法做好相關部分的屋面防水層及保溫層。

（3）照明、插座、空調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。插座回路設剩余電流斷路器保護，其切斷故障回路的時間不應大于0.1S。預留插座避開設備，此插座僅用于設備維修使用，不得接入運營設備。所有燈具采用1類燈具，燈具外露可導電部分應可靠接地。

（4）接地網由基礎接地網和室外人工接地裝置聯合組成。基礎接地網由機房構造柱、地圈梁中兩根通長主筋焊接、綁扎形成。接地測試端子由室外人工接地裝置引出，距室內地坪0.5m。新建機房將工作地、保護地和防雷地組成一個聯合接地網。采用總等電位聯結，總等電位板利用基礎地梁，應將建筑物內保護干線、設備進線總管、建筑物金屬構件進行聯結，等電位聯結線采用-40*4熱鍍鋅扁鋼。

租賃機房防雷接地應形成一個環路，與樓內原有接地網連接，若樓體沒有接地網或者原有接地網達不到要求時，需在樓下地面新建防雷接地網。

4.2 電源配置方案

4.2.1 開關電源配置方案

開關電源就是提供重點機房的直流設備供電的設備，模塊電源是將基站的交流電逆變為直流電的整流模塊。為了優化機房的電源穩定、可靠，重點機房開關電源的整流模塊容量采用n+1（n≥2）冗余方案配置。開關電源提供服務的主要模塊：無線DU、有線OLT、NFVI基礎設施、監控系統、后備電源系統。

開關電源容量配置簡易計算方法：R=（P/43.2+Q/10）/η

R—開關電源容量（A）；P—機房直流設備工作實際功率（w）；Q—后備電源組總容量（Ah）；

η—容量系數，取0.95。

目前開關電源廠家生產的主要型號有120A、150A、200A、300A、600A、1000A高效系統等：5G時代基站密度大幅增加，重點機房類型多、數量多。我們根據重點機房服務區域的設備總功耗，結合計算公式，選擇合適的開關電源配置方案。

4.2.2 后備電源配置方案

前期，運營商網絡建設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，生產過程有毒，污染環境等不利因素，一定程度上影響了其使用范圍。鐵塔公司成立后，響應國家綠色環保的號召，目前塔類建設已經全量使用鐵鋰梯次電池。

鐵鋰梯次電池更加穩定可靠，循環壽命長，同等容量質量輕，體積小、快速充電能力強且無記憶效應，為后續機房（柜）設計優化及多業務開展有力支撐。不同廠家、不同類型、不同時期的梯次電池共用，鉛酸電池和梯次電池共用時，都可通過電池共用管理器實現。梯次電池諸多優勢，在5G時代的基站機房和重點機房建設中，會得到更廣泛的應用。

梯次電池容量計算方法：

Q=K×a×（P1×T1+P2×T2+（P1+P2）× T3）/51.2

Q：電池容量（Ah）；K：安全系數，取1.25；P1：一次下電側通信設備工作實際功率（W）；P2：二次下電側通信設備工作實際功率（W）；T1：一次下電側設備備電總時長（h）；T2：二次下電側設備備電總時長（h）；T3：削峰填谷時長（h）a：溫度調整系數，寒冷、寒溫I、寒溫II地區取1.25；其余地區取1.0。

梯次電池模組按照標稱容量可分為15、25、30、50、100、130、150、200Ah七種容量系列。我們根據重點機房服務區域的設備總功耗，結合計算公式，選擇合適的梯次電池配置方案。重點機房內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

交流配電箱是機房市電引入的接口，一方面可以直接給空調系統、照明等交流設備供電，另一方面可以通過開關電源整合成直流電，為直流設備供電。交流配電箱配置需考慮的因素：空調、照明、無線DU、有線OLT、NFVI基礎設施、監控系統、后備電源系統等。

交流配電箱容量按遠期負荷考慮，輸入開關容量建議與外電引入容量匹配，交流配電箱輸入開關容量不小于外市電引入容量。交流配電箱容量的主要型號有25A、40A、50A、63A、100A、125A、160A等：

新建機房的交流配電箱輸出開關應配置微型斷路器，用于開關電源、空調、機房墻面插座、照明等設備的接入。未配置固定發電機組的新建基站交流配電箱（屏）應配置市電/發電機組切換開關和移動發電機組應急接口。保護交流配電箱輸入總開關前端配置浪涌保護器（SPD）模塊及相應的保護開關，浪涌保護器（SPD）集成在交流配電箱內部。

4.3 空調配置方案

重點機房的直流和交流設備功耗比較大，發熱量大引起機房溫度升高，導致機房內通信設備正常運行。空調散熱系統可以調控機房的溫度，保證設備的正常工作。重點機房空調的主要型號有1P、1.5P、2P單冷單相，3P、5P單冷三相等。

重點機房選型應根據設備負荷、機房結構、區域（溫度帶）等因素確定空調冷量，根據基站冷量需求選擇適合的空調規格，負荷計算原則：Q（W）=[（P×860+S×90）×1.4]×1.16

其中P為設備功耗，單位為kW；S為機房面積，單位為m2。

空調設置原則：室內溫度范圍為室溫≤30℃（在此溫度范圍內空調不工作），濕度范圍為20%～85%；夏季空調室內降溫啟動溫度為30℃，室溫降至26℃時停止工作。我們根據重點機房服務區域的設備總功耗、機房面積，結合計算公式，選擇合適的空調配置方案。

5 結束語

通過分析重點機房的建設目標、選址及建設原則，研究重點機房的土建承重、電源配置、空調配置建設方案，實現重點機房的有效落地實施，實現5G時代區域內設備的集中管控，提升網絡可靠性。未來5G時代移動數據業務飛速發展，覆蓋區域內宏基站、微基站、室分密度大幅增加，大量的無線DU、有線OLT、NFVI基礎設施需要安裝空間，重點機房將在5G時代中占據重要地位。