5 G时代重点机房的建设方案研究

曾庆博

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，郑州 450000）

1 引言

5G拥有的高带宽、高速率、高可靠、低时延、低功耗、大连接等移动互联及物联网相交织的新型互联跨界业务发展前景，将产生移动数据流量爆发式增长和海量设备连接需求。5G无线网由AAU、DU和CU组成，三部分独立建设，AAU数量增加，DU池化大量应用，5G采用的高频段使得基站数量大幅增加，接入网络的规模、复杂性越来越大，对传输的带宽带来了前所未有的挑战。

重点机房是终端业务接入的门户，需要给5G用户提供上网快、速度稳、低延时和各种智能业务的用户感知。5G核心网采用云平台设计，为用户提供网络切片、边缘计算等新型业务。一部分业务从核心网转移到重点机房的NFVI（网络功能虚拟化基础设施解决方案）基础设施。

未来5G的频段更高，覆盖范围更小，考虑微站，室分，宏站及综合业务多平台接入需求，重点机房应结合城市规划用地性质，选择长久稳定的地点，综合考虑未来3-5年内运营商接入机房、区域中心机房需求。明确重点机房的建设目标、选址及建设原则，通过土建承重、电源配置、空调配置的建设方案研究，实现重点机房的落地建设。

2 重点机房的建设目标

5G时代的重点机房，必然是一个智能化的固移融合机房，满足极速、易维、灵活、智能、可靠的技术要求。重点机房在保留原有电源系统（含备电）、空调散热系统、监控系统和走线通道的情况下，原有内部网络分成以下四大功能，如图1所示：

图1 重点机房的逻辑架构图

连接功能：就是重点机房的各个网络单元的连接，参考分布式的叶脊网络架构，保证了重点机房内的无线DU、有线OLT和NFVI基础设施之间的连接传输。连接功能为重点机房内的各个网络单元提供建立高带宽、高速率、高可靠、低时延。

接入网络：无线DU为4G RRU和5G RRU等无线接入提供处理功能，有线OLT为一体化小基站和固网、固移融合终端等有线接入提供处理功能。

NFVI基础设施：NFVI基础设施其实是云数据中心，5G时代重点机房的重要组成部分，给用户提供上网快、速度稳和各种智能业务的用户感知。

传输功能：基站侧与网络侧之间的接口，统一承载数据流量和控制信令，具体的传输设备有：OTN、PTN、IPRAN、SPN等。

3 重点机房的选址及建设原则

3.1 选址原则

（1）从区域性网格化出发，促进“多业务、广覆盖、集中组网、就近接入”实施。

（2）依据“适用、安全、经济、合理”的原则布置。

（3）统筹规划，充分认证、合理布局，确保建设目标与业务开展一致。

（4）先保稳定性后兼顾经济性，选取地面存量机房或新建机房，并积极获取政策性选址支持。

（5）根据预计服务管辖能力、业务发展潜力及专业协同需求，在区域核心进行选取，利于实现集中管理。

3.2 建设原则

在现实情况下，重点机房的硬件条件、建设环境也存在较大差异，机房设备一次性改造安装复杂、投资成本高。在具体实施中，需要逐步演进、分步实施。

可扩展性原则：重点机房的市电引入、机房建设面积、散热系统等硬件条件差异大。根据实际业务需要进行相应的设备选型，配置重点机房的连接、NFVI、传输设备和接入等。

开放性原则：重点机房的四个功能模块都支持对外开放接口。重点机房中的所有业务和用户可以共享NFVI基础设备。

灵活性原则：重点机房网络改造应在保障现有业务正常运行的前提下，按照机房条件灵活选择相关功能部署，支持基于现有机房架构的平滑演进。

4 重点机房的建设方案

4.1 土建承重方案

（1）地面土建机房室内地面施工方案：素土夯实；300厚3：7灰土夯实；100厚C15混凝土随捣随抹平；1.2厚聚氨脂防水涂料（刷三遍），撒砂一层粘牢。20厚1：2干水泥砂浆找平压光；800*800白色地砖。

（2）租用机房的槽钢支架选用热轧普通钢（GB707-88）16号槽钢焊接，采用双面围焊，焊缝高度5mm。施工前务必核对准确承重梁（墙）位置，误差不得超过10mm。施工完后请按原屋面做法做好相关部分的屋面防水层及保温层。

（3）照明、插座、空调配电采用不同回路供电。照明回路出线采用ZRBV-3*2.5平方毫米，插座回路出线采用ZRBV-3*4平方毫米，空调回路出线采用ZRBV-5*6平方毫米，所有回路穿JDG管明敷。插座回路设剩余电流断路器保护，其切断故障回路的时间不应大于0.1S。预留插座避开设备，此插座仅用于设备维修使用，不得接入运营设备。所有灯具采用1类灯具，灯具外露可导电部分应可靠接地。

（4）接地网由基础接地网和室外人工接地装置联合组成。基础接地网由机房构造柱、地圈梁中两根通长主筋焊接、绑扎形成。接地测试端子由室外人工接地装置引出，距室内地坪0.5m。新建机房将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。采用总等电位联结，总等电位板利用基础地梁，应将建筑物内保护干线、设备进线总管、建筑物金属构件进行联结，等电位联结线采用-40*4热镀锌扁钢。

租赁机房防雷接地应形成一个环路，与楼内原有接地网连接，若楼体没有接地网或者原有接地网达不到要求时，需在楼下地面新建防雷接地网。

4.2 电源配置方案

4.2.1 开关电源配置方案

开关电源就是提供重点机房的直流设备供电的设备，模块电源是将基站的交流电逆变为直流电的整流模块。为了优化机房的电源稳定、可靠，重点机房开关电源的整流模块容量采用n+1（n≥2）冗余方案配置。开关电源提供服务的主要模块：无线DU、有线OLT、NFVI基础设施、监控系统、后备电源系统。

开关电源容量配置简易计算方法：R=（P/43.2+Q/10）/η

R—开关电源容量（A）；P—机房直流设备工作实际功率（w）；Q—后备电源组总容量（Ah）；

η—容量系数，取0.95。

目前开关电源厂家生产的主要型号有120A、150A、200A、300A、600A、1000A高效系统等：5G时代基站密度大幅增加，重点机房类型多、数量多。我们根据重点机房服务区域的设备总功耗，结合计算公式，选择合适的开关电源配置方案。

4.2.2 后备电源配置方案

前期，运营商网络建设的后备电源采用的是铅酸蓄电池。由于铅酸蓄电池比能量偏低，生产过程有毒，污染环境等不利因素，一定程度上影响了其使用范围。铁塔公司成立后，响应国家绿色环保的号召，目前塔类建设已经全量使用铁锂梯次电池。

铁锂梯次电池更加稳定可靠，循环寿命长，同等容量质量轻，体积小、快速充电能力强且无记忆效应，为后续机房（柜）设计优化及多业务开展有力支撑。不同厂家、不同类型、不同时期的梯次电池共用，铅酸电池和梯次电池共用时，都可通过电池共用管理器实现。梯次电池诸多优势，在5G时代的基站机房和重点机房建设中，会得到更广泛的应用。

梯次电池容量计算方法：

Q=K×a×（P1×T1+P2×T2+（P1+P2）× T3）/51.2

Q：电池容量（Ah）；K：安全系数，取1.25；P1：一次下电侧通信设备工作实际功率（W）；P2：二次下电侧通信设备工作实际功率（W）；T1：一次下电侧设备备电总时长（h）；T2：二次下电侧设备备电总时长（h）；T3：削峰填谷时长（h）a：温度调整系数，寒冷、寒温I、寒温II地区取1.25；其余地区取1.0。

梯次电池模组按照标称容量可分为15、25、30、50、100、130、150、200Ah七种容量系列。我们根据重点机房服务区域的设备总功耗，结合计算公式，选择合适的梯次电池配置方案。重点机房内梯次电池的按照可以采用：19英寸嵌入式梯次电池入柜安装方式、落地架式安装、落地箱式安装。

4.2.3 交流配电箱配置方案

交流配电箱是机房市电引入的接口，一方面可以直接给空调系统、照明等交流设备供电，另一方面可以通过开关电源整合成直流电，为直流设备供电。交流配电箱配置需考虑的因素：空调、照明、无线DU、有线OLT、NFVI基础设施、监控系统、后备电源系统等。

交流配电箱容量按远期负荷考虑，输入开关容量建议与外电引入容量匹配，交流配电箱输入开关容量不小于外市电引入容量。交流配电箱容量的主要型号有25A、40A、50A、63A、100A、125A、160A等：

新建机房的交流配电箱输出开关应配置微型断路器，用于开关电源、空调、机房墙面插座、照明等设备的接入。未配置固定发电机组的新建基站交流配电箱（屏）应配置市电/发电机组切换开关和移动发电机组应急接口。保护交流配电箱输入总开关前端配置浪涌保护器（SPD）模块及相应的保护开关，浪涌保护器（SPD）集成在交流配电箱内部。

4.3 空调配置方案

重点机房的直流和交流设备功耗比较大，发热量大引起机房温度升高，导致机房内通信设备正常运行。空调散热系统可以调控机房的温度，保证设备的正常工作。重点机房空调的主要型号有1P、1.5P、2P单冷单相，3P、5P单冷三相等。

重点机房选型应根据设备负荷、机房结构、区域（温度带）等因素确定空调冷量，根据基站冷量需求选择适合的空调规格，负荷计算原则：Q（W）=[（P×860+S×90）×1.4]×1.16

其中P为设备功耗，单位为kW；S为机房面积，单位为m2。

空调设置原则：室内温度范围为室温≤30℃（在此温度范围内空调不工作），湿度范围为20%～85%；夏季空调室内降温启动温度为30℃，室温降至26℃时停止工作。我们根据重点机房服务区域的设备总功耗、机房面积，结合计算公式，选择合适的空调配置方案。

5 结束语

通过分析重点机房的建设目标、选址及建设原则，研究重点机房的土建承重、电源配置、空调配置建设方案，实现重点机房的有效落地实施，实现5G时代区域内设备的集中管控，提升网络可靠性。未来5G时代移动数据业务飞速发展，覆盖区域内宏基站、微基站、室分密度大幅增加，大量的无线DU、有线OLT、NFVI基础设施需要安装空间，重点机房将在5G时代中占据重要地位。