5G時代重點機房規劃設計研究

敖艷 王海猛

【摘要】? ? 隨著建設和業務發展的深入，5G時代組網方式將發生根本性變化，如何提前做好相關研究，主動適應5G發展需求至關重要。本文對5G時代最終形成的組網出發，對重點機房建設的需求以及存在的問題進行了相關分析和闡述。通過“三步法”合理規劃重點機房的位置，從而保證重點機房有效落地，并對重點機房設計方法提出的相關研究，從集中控制、成本節約、電源組網出發，最終實現以重點機房為紐帶的配套保障網絡。

【關鍵詞】? ? 重點機房? ? 5G新基建? ? C-RAN? ? 微電網

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設施。然而，在5G網絡建設的大潮中，基站建設也面臨著諸多痛點。5G網絡與4G相比，上網速率更快，低時延，同時可以實現多連接，但是由于頻譜比較高， 5G需要部署更多的基站，站點也更密集。密集部署基站對于選址是個很大難題，所以需要采用DU/CU集中部署的方式，既可以降低機房投入，也能夠實現快速部署，但5G無線網絡采用DU/CU集中和AAU拉遠的建設模式，對匯聚機房、綜合業務接入等重點機房提出更高要求，很容易出現“三高”機房，即機房集成高、局部熱密度高、能耗高。因此，如何進行重點機房規劃，保證機房電源系統的安全穩定、節能環保、能耗優化并能夠快速部署、系統運行更智能化，這些是5G基站建設需要重點考慮的問題。

一、需求及問題分析

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，根據容量=帶寬×頻譜效率×小區數量，要提升容量無非三種辦法：提升頻譜帶寬、提高頻譜效率和增加小區數量。根據公式，通過提升頻譜效率的方式來提升容量，因采用校驗糾錯、編碼方式等辦法都接近了香農極限，所以最有效的辦法就是多天線技術了。但最有效辦法，提高小區數量，不過這意味著建設更多基站，成本較高，同時更多的小區給網絡也帶來的更多的復雜性。

1.1.2架構

為了達到高速率、低時延的要求，高階MIMO和Massive MIMO這種復雜的天線系統以及多小區組網成為5G架構必然首選。為了5G讓高頻段擴大覆蓋范圍， C-RAN+Massive MIMO+密集小區結構成為主流。

中國移動4G時代C-RAN已經在近20個城市布設。5G時代DU/CU設置會更加集中，遠端與近端之間的距離也會相應變遠，從現有市區1公里間隔量級提升至10公里量級。5G時代，C-RAN將大范圍鋪開，BBU之間的協作更加方便、迅速，三大運營商C-RAN數量可能達到30萬個。BBU還進一步地可以通過軟件無線電、NFV技術實現靈活設置，形成更大型、計算能力更強的BBU，甚至通過虛擬化技術形成本地內容、計算資源池。

D-RAN面向超密集組網場景，相應用戶較強的通信需求，通過更多的小基站布放實現通信能力的提升，D-RAN強調覆蓋速率，實現對高流量區域的集中處理。而C-RAN對于光通信網絡也提出了更大容量、更高速率要求，其時延性能不足，同時對光纖等的要求較高。C-RAN服務在汽車、高鐵領域，方便高速移動場景下的站點切換[1]。具體組網結構如圖1所示：

1.1.3成本

隨著5G網絡建設的深入，基站密度越來越高，最終形成宏站、微站以及室內分布相結合的立體分層網絡，5G接入網中AAU拉遠和DU池化也陸續在運營商中推開，前傳網絡的規模和復雜度大大增加。因此，傳統的“機房+塔桅”的建設模式已不適應下一步發展要求。5G的高功率也給機房配套資源建設帶來了更高的成本要求。而C-RAN建設不但可以減少基站機房的數量，同時通過集中化管理，降低整體能耗。因此，C-RAN不僅可以降低前傳網絡的復雜度，同時也能降低工程建設量，節省大量物資和能源消耗。

1.2問題分析

C-RAN建設帶來了如降本建網成本、資源動態調度、節能減排、傳輸優化以及加快建網速度等諸多優勢，但不可否認，也帶來的不小的挑戰[2]，具體包括以下幾個方面。

1.重點機房的建設位置需做好成分的合理規劃：合理的地理位置設置可以最大化的發揮機房的優勢，同時確保機房的安全性。

2. BBU/DU/CU集中布放需考慮足夠的安全性：重點機房布放的設備數量多，需通過合理的機房布局規劃及配套設施，保障設備運行環境及安全，避免設備宕機。

3.無機房的遠端的供電需做好規劃：遠端不再進行機房建設，遠端直流AAU/RRU接電需做好相對應對策略。

4.對管線資源需求大：重點機房至遠端所需光纖及管線資源激增，需同步規劃。

二、規劃設計研究

2.1規劃研究

重點機房規劃需結合多因數綜合考慮選址位置，實現優勢及劣勢均衡，最大限度發揮其優勢并盡可能降低其帶來的建設布網困難，具體需考慮的因數主要包括以下方面[3]：

1.機房應根據城市通信網絡發展目標，考慮多業務的統一承載要求進行布局，結合地理位置，在業務需求多、發展快的密集市區、市區等通信需求較高的區域重點區域選取，并盡量位于其覆蓋范圍的中心區域，便于各類業務的接入。

2.機房宜選擇在交通較為方便的城市干道交匯區域，利于管道、電力的接入，以便于傳輸網絡的組織。

3.機房可采用“建、購、租相結合”的原則進行建設，對于新開發區域，則應根據市政規劃用地性質，提前預留匯聚機房用地，或者在新建商業樓宇或市政設施中預留機房位置。

4.機房應設置在地勢較高、不易被水淹沒、不易滲水的地方;機房周邊應有較安全的外部環境和較好的電磁環境。

5.機房選址前要考慮外電引入條件是否能滿足機房的需求，優先選擇供電局供電。

6.點機房一方面考慮近期承載BBU集中部署等需求，另一方面應提前考慮5G承載及DC部署需求。

第一步：區域化分析

從目前5G建設規模和范圍看，重點機房的規劃需重點關注幾個重點區域：1是運營商5G業務需求高發區域;2是用戶密集、資源緊缺的擴容區域;3是新建區域。每種區域都有其建設重點機房的潛在需求，用戶量大但建設機房困難或者投資大，急需推動降本增效。需要通過分析，形成歸類。

第二步：網格化分析

對區域的場景類型進一步細化，實現類型規劃如CBD區、景區、商務區以及老舊城區等等，并通過網格進行細化。同時控制網格大小。考慮電源傳輸的限制，一般將網格半徑控制在1.5km范圍內。

第三步：協同化分析

網格內需著重關注區域內的管道資源以及電力資源（如變壓器、環網柜、開閉所），新建區域可以與市政部門以及電力部門協同規劃、協同實施。建成區需結合城市區域改造及現有資源進行布局。

2.2設計研究

重點機房為近端設備提供穩定的工作環境，同時為基站群供電，并為后續業務拓展留有充足的空間。其核心的設計即是機房內動力環境設備以及為遠供供電的電源容量設計。

2.2.1機房設計

5G組網結構下設備集中布置于重點機房，此類機房的重要性顯著提高，并能夠為后續開展邊緣計算等業務提供配套支撐，其配套設備配置要求遠高于移動單站點機房，更加接近于IDC機房相關配置要求，同時機房位置需具有長期穩定性，同時便于實現拓撲組網。通過加強與政府合作，將相關規劃納入城市規劃中，獲取政策性支持，完成土地確權，從而保障機房的穩定性。機房的設計應該更接近于IDC機房的設計要求，要形成穩定的氣動循環，保證室內設備良好的工作環境，實現功能分區、設備有序，保證內部簡潔有序。對于業務量適中的區域，為了加快重點機房建設進度，提升重點機房的建設質量，可以通過模塊化設計，以高標準固化產品的樣式、外觀、布局、結構等，實現重點機房的建設靈活性，外觀多樣性，保證與環境高度協同，降低協調難度。

2.2.2電源設計

重點機房需合理規劃位置的同時需合理管控范圍，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。通過重點機房實現對機房內部以及遠端的集中供電，集中管理，從而降低電源管理的成本，實現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，在將來通過重點機房間的智能連接，讓備用電池變儲能電池，通過對電池的動態、智能管理，激活沉睡的電池，發揮其在市電削峰、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絡[5]。

三、結束語

通過分析5G時代重點機房建設的需求以及建設存在的問題進行了定向的分析，明確的重點機房規劃設計的方法及研究重點，對于后續重點機房建設從選址、建設模式、建設核心給出了可行的辦法，重點機房建設需進行合理的區域規劃，并以小型化IDC機房的設計標準進行布局和環境設計，同時從遠期考慮，合理規劃電源容量及一系列后備電源設計，為后續的電源組網建設打下堅實的基礎。

參? 考? 文? 獻

[1] 曹亙，李佳俊，李軼群，李福昌. 5G網絡架構的標準研究進展. 《移動通信》.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， 2020， v.37;No.199（07）：7-9。

[3] 王海猛. 5G超密集組網應用場景分析與實施方法研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2018， 031（011）：82-86。

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

[5] 施耐德電氣. 2019看得見的未來：數據中心市場的五大新趨勢與五大技術解決方案（上）[J]. 智慧工廠， 2019， 000（001）：18-19。