室外一體化機柜在國內外通信建設中的應用研究

王冰心

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

近年來，國內各大運營商建設了大量室外一體化基站。室外建站和維護的方式與傳統基站機房有較大區別。因不同地區經受氣候條件差異很大，對于安裝在機柜內部的無線、傳輸設備及電池組來說，需要一個相對可控的氣溫、濕度、粉塵顆粒等條件。這對機柜本身的結構、性能、材料提出了苛刻要求。

本文對近年來各運營商室外一體化機柜應用進行了經驗總結，從建設和維護角度深入分析室外站和傳統基站機房的優劣，并由此衍生至海外通信項目特殊場景中室外一體化機柜的應用，最后展望應用前景。

1 室外一體化機柜與傳統基站優劣對比

1.1 室外一體化機柜優勢

室外一體化機柜相比傳統基站有明顯優勢，如占地面積小、節約租金、方便選址、便于維護、施工周期短以及運營成本低等。

1.1.1 占地小

室外一體化機柜放置在室外，國內運營商一般每個基站配置1～3 個水泥平臺，每個水泥平臺部署一架室外一體化機柜（常見尺寸659 mm×650 mm×2 200 mm）。按照平均2 個水泥平臺及冗余100%場地操作空間計算，除去無線塔基部分的征地面積，室外一體化機柜總共占地2 m2；傳統基站一般租用一間至少20 m2民用房。根據國內建筑建設情況來看，20 m2小面積房屋較為稀缺，往往只能租用40 m2甚至更大的房屋。傳統基站實際租用/購買面積為室外基站的10 倍以上。

1.1.2 租金低

因基站機房占地面積為室外站10 倍以上，整體租金也隨之攀高。近幾年，隨著房價的不斷高漲，房屋租金也跟著上揚。室外一體化機柜的廣泛應用，可以為運營商節省租金成本。

1.1.3 易選址

在密集城市區，不管是綠地站還是樓面站，都相對容易尋址房屋建設傳統基站，或者利用屋頂平臺加固部署室外一體化機柜。在人口及房屋相對稀疏的農村或者公路沿線，根據無線仿真結果可能很難在合適的區域范圍尋址到房屋供租用作為傳統基站。這時室外一體化機柜建設方案具有獨特的優勢，僅需2 m2的平面就能滿足建設需求。

1.1.4 便維護

傳統基站若為獨門獨戶，不受業主整體房屋布局和物業限制，維護人員上站搶維或開通業務不成問題。但是，根據經驗，總有相當一部分站點租用在居民樓、大院等有公共區門禁的場所，半夜搶修時會發生無法進站、聯系不到業主的情況。室外一體化基站一般設置在空曠場所或具有公共天臺的地方，受業主本身的制約較小，有利于第一時間開通業務，恢復網絡運行。

1.1.5 工期短

傳統基站機房需按照國標通信機房相關標準及工藝要求進行機房裝修，還需安裝專業的柜式空調、排布鉛蓄電池等大型配套設備。室外一體化機柜內部集成了空調、電池等配套功能，僅需在部署前進行水泥基礎平臺建設，且水泥平臺可以設置在路邊、戶外平地、屋頂天臺等各種場景，大大縮短了工期，在應對緊急場景時十分有效。譬如，在2020年1月武漢新型冠狀病毒引起的肺炎疫情爆發期，為控制疫情搭建的“火神山”醫院的通信建站方案就是采用室外一體化機柜，從設計到站點開通僅耗時3 天。

1.1.6 低運營成本

傳統基站機房空間大，需要大型空調保持機房溫度，且制冷/熱效率會因空間大而有一定損耗。室外一體化機柜在650 mm×650 mm×2 200 mm 的空間內集成了開關電源、空調、通信設備、電池（鉛蓄電池/鋰電池），其中空調一般采用熱交換、小型直流空調方案。據相關產品資料顯示，按照現階段設備模型配置的無線、傳輸設備綜合功耗計算得到的散熱功耗，只需配置1 500 W 的空調即可滿足整個機柜在室外50 ℃下正常工作的要求。相比傳統基站機房動輒10 kW 以上的大型空調，可節約大量電費，節省運營成本。

1.2 室外一體化機柜的劣勢及相應彌補措施

室外一體化機柜也有一些不足，如安全性相對較差、機房環境惡劣等，但這些不足可以通過一些措施進行彌補。

1.2.1 安全性相對較差

這里所描述的安全性，是指設備的防盜、防險性和應對自然災害的能力。室外一體化機柜一般部署在路邊、空曠場地、樓面平臺等。路邊和空曠場地的機柜容易被撬開造成設備遺失，路邊機柜有被發生交通意外的汽車撞損而導致通信阻斷和設備損壞的風險。

彌補措施：在室外一體化機柜外部加裝防護金屬圍欄，并在圍欄處設置進站門、門禁系統、監控攝像頭和報警系統。一方面圍欄可以抵擋一定的意外撞擊，另一方面有非法闖入時啟用自動報警，并可以利用監控攝像頭錄制基站周圍的異常行為。其中，監控、報警系統可通過站點本身的傳輸系統回傳至網管中心。

1.2.2 機房環境惡劣

在北方，室外一體化機柜要經受-30 ℃的低溫及冰雪覆蓋；在南方，室外一體化機柜則要接受30～40 ℃的烈日暴曬；在地勢低洼地區，室外一體化機柜則可能存在被水淹的風險；室外的粉塵、水氣若不受到很好的控制，則容易對柜內通信設備造成永久性損壞，導致通信中斷。

彌補措施如下。

（1）采取有效的防塵防水措施，需要一體化機柜外殼采用滿足GBT4208-2017 中IP 防護等級較高的規格，建議采用IP 5 5 以上。IP 防護等級見圖1。

（2）建設室外基站前，盡可能多調研當地氣候情況，根據氣候條件，因地制宜，其中常年降雨、多發暴雨、多風沙地帶采取更高等級的IP 防護措施；

（3）了解基站所在地市水文、地勢，在低洼、易發洪澇區，根據實際情況建設更高的水泥地基和操作平臺，預防設備被水浸泡；

（4）根據往年氣溫和柜內設備合理配置熱交換和空調，保證機柜內部溫度在適宜設備正常運行的范圍內。

由圖9分解結構圖所示，并按照小波分解式(1)、式(2)，采用MATLAB小波工具箱對數據進行小波分解，采用雙正交小波db3[14]作為母小波，對拱頂位移序列進行三尺度小波分解，可以得到低頻序列a3，以及高頻序列d1、d2、d3，如圖10所示。

圖1 IP 防護等級圖

2 室外一體化機柜在海外特殊場景的應用

室外一體化機柜在海外應用非常廣泛，國內也有多家公司室外一體化機柜已遠銷海外運營商。在中國引領5G 發展的時代，國內運營商也已開始在東南亞、南非各地開展項目，成立海外分支機構。目前，“一帶一路”沿線區域信息通信領域正迎來快速發展的窗口期。

2.1 在海外通信普通場景的應用

一般海外通信建設與國內相比具有明顯特點：土地私有化嚴重，站址資源獲取手續冗長，涉及建筑改造的BP（Building Permit，建設許可）申請繁瑣，需從社區、市、省政府多個部門逐級上報審批。傳統基站租房不好尋址、基站機房改造費時等因素，都會拖累工期。此時，室外一體化機柜是一種很好的選擇。有平臺就能滿足要求，不用改造房屋，達到縮短工期的目的。

2.2 在沿海、島嶼國家的應用

在沿海、島嶼國家，譬如菲律賓，共有3 個大島、7 000 多個小島。在這樣的區域建室外一體化機柜，不單單需要考慮氣溫，還要考慮濕度、熱帶雨季、暴風等因素，適當提高IP 防護等級。此外，要考慮空氣中的含鹽度。一般室外機柜使用年限為40年，但在鹽度較高的空氣中機柜使用年限會下降至15～20年。為避免鹽對機柜、設備造成腐蝕，需要在機柜、設備表面進行涂覆處理。

2.3 在海外干線傳輸場景的應用

國內機房、基站資源容易獲取，但在海外，部分區域在建設干線傳輸系統的時候，發現有些干線段落人口稀疏，沒有合適的機房供租賃或購置，不得不在中途設置OTN 系統光放站（OLA）。這種情況可以借鑒無線基站的做法，靈活使用室外一體化機柜來部署OLA 設備。究其原因，如下：

（1）室外一體化機柜的空間滿足OA 裝機要求，主流設備廠商單OA 設備機框高度在10U 以內，機柜內除了可以放置OA 外，還能配置相應微型開關電源、空調、光纜成端用ODF 框、鋰電池倉；

（2）OA 設備功耗較低，主流設備廠商滿配功耗在800 W 以內，40 ℃最大熱耗值約2 400 BTU/Hr，基于熱交換+空調的散熱系統足夠保障設備正常運行；

（4）在后備時間10 h 都無法滿足搶修需求的區域可額外配置油機，保證重要干線業務正常通信。

此外，鑒于安全性要求，可在機柜外圈設置圍墻和防盜門。典型OA 室外機柜站點方案平面布置圖如圖2 所示。

3 結 論

室外一體化機柜在國內外通信發展中都起著至關重要的作用，具有占地小、便選址、建設快、低成本、低能耗等優勢。雖然它本身存在一些不足，但已在實踐過程中逐步彌補。更重要的是，在類似海外基站改造耗時、OA 節點尋址困難的場景中，室外一體化機柜可以大大加快網絡的規模部署，把不可能變為可能。

圖2 典型OA 室外機柜站點方案平面布置圖