5G时代重点机房规划设计研究

敖艳 王海猛

【摘要】    隨着建设和业务发展的深入，5G时代组网方式将发生根本性变化，如何提前做好相关研究，主动适应5G发展需求至关重要。本文对5G时代最终形成的组网出发，对重点机房建设的需求以及存在的问题进行了相关分析和阐述。通过“三步法”合理规划重点机房的位置，从而保证重点机房有效落地，并对重点机房设计方法提出的相关研究，从集中控制、成本节约、电源组网出发，最终实现以重点机房为纽带的配套保障网络。

【关键词】    重点机房    5G新基建    C-RAN    微电网

引言：

作为“新基建”之首，5G在“新基建”中处于最根本的通信基础设施。然而，在5G网络建设的大潮中，基站建设也面临着诸多痛点。5G网络与4G相比，上网速率更快，低时延，同时可以实现多连接，但是由于频谱比较高， 5G需要部署更多的基站，站点也更密集。密集部署基站对于选址是个很大难题，所以需要采用DU/CU集中部署的方式，既可以降低机房投入，也能够实现快速部署，但5G无线网络采用DU/CU集中和AAU拉远的建设模式，对汇聚机房、综合业务接入等重点机房提出更高要求，很容易出现“三高”机房，即机房集成高、局部热密度高、能耗高。因此，如何进行重点机房规划，保证机房电源系统的安全稳定、节能环保、能耗优化并能够快速部署、系统运行更智能化，这些是5G基站建设需要重点考虑的问题。

一、需求及问题分析

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，根据容量=带宽×频谱效率×小区数量，要提升容量无非三种办法：提升频谱带宽、提高频谱效率和增加小区数量。根据公式，通过提升频谱效率的方式来提升容量，因采用校验纠错、编码方式等办法都接近了香农极限，所以最有效的办法就是多天线技术了。但最有效办法，提高小区数量，不过这意味着建设更多基站，成本较高，同时更多的小区给网络也带来的更多的复杂性。

1.1.2架构

为了达到高速率、低时延的要求，高阶MIMO和Massive MIMO这种复杂的天线系统以及多小区组网成为5G架构必然首选。为了5G让高频段扩大覆盖范围， C-RAN+Massive MIMO+密集小区结构成为主流。

中国移动4G时代C-RAN已经在近20个城市布设。5G时代DU/CU设置会更加集中，远端与近端之间的距离也会相应变远，从现有市区1公里间隔量级提升至10公里量级。5G时代，C-RAN将大范围铺开，BBU之间的协作更加方便、迅速，三大运营商C-RAN数量可能达到30万个。BBU还进一步地可以通过软件无线电、NFV技术实现灵活设置，形成更大型、计算能力更强的BBU，甚至通过虚拟化技术形成本地内容、计算资源池。

D-RAN面向超密集组网场景，相应用户较强的通信需求，通过更多的小基站布放实现通信能力的提升，D-RAN强调覆盖速率，实现对高流量区域的集中处理。而C-RAN对于光通信网络也提出了更大容量、更高速率要求，其时延性能不足，同时对光纤等的要求较高。C-RAN服务在汽车、高铁领域，方便高速移动场景下的站点切换[1]。具体组网结构如图1所示：

1.1.3成本

随着5G网络建设的深入，基站密度越来越高，最终形成宏站、微站以及室内分布相结合的立体分层网络，5G接入网中AAU拉远和DU池化也陆续在运营商中推开，前传网络的规模和复杂度大大增加。因此，传统的“机房+塔桅”的建设模式已不适应下一步发展要求。5G的高功率也给机房配套资源建设带来了更高的成本要求。而C-RAN建设不但可以减少基站机房的数量，同时通过集中化管理，降低整体能耗。因此，C-RAN不仅可以降低前传网络的复杂度，同时也能降低工程建设量，节省大量物资和能源消耗。

1.2问题分析

C-RAN建设带来了如降本建网成本、资源动态调度、节能减排、传输优化以及加快建网速度等诸多优势，但不可否认，也带来的不小的挑战[2]，具体包括以下几个方面。

1.重点机房的建设位置需做好成分的合理规划：合理的地理位置设置可以最大化的发挥机房的优势，同时确保机房的安全性。

2. BBU/DU/CU集中布放需考虑足够的安全性：重点机房布放的设备数量多，需通过合理的机房布局规划及配套设施，保障设备运行环境及安全，避免设备宕机。

3.无机房的远端的供电需做好规划：远端不再进行机房建设，远端直流AAU/RRU接电需做好相对应对策略。

4.对管线资源需求大：重点机房至远端所需光纤及管线资源激增，需同步规划。

二、规划设计研究

2.1规划研究

重点机房规划需结合多因数综合考虑选址位置，实现优势及劣势均衡，最大限度发挥其优势并尽可能降低其带来的建设布网困难，具体需考虑的因数主要包括以下方面[3]：

1.机房应根据城市通信网络发展目标，考虑多业务的统一承载要求进行布局，结合地理位置，在业务需求多、发展快的密集市区、市区等通信需求较高的区域重点区域选取，并尽量位于其覆盖范围的中心区域，便于各类业务的接入。

2.机房宜选择在交通较为方便的城市干道交汇区域，利于管道、电力的接入，以便于传输网络的组织。

3.机房可采用“建、购、租相结合”的原则进行建设，对于新开发区域，则应根据市政规划用地性质，提前预留汇聚机房用地，或者在新建商业楼宇或市政设施中预留机房位置。

4.机房应设置在地势较高、不易被水淹没、不易渗水的地方;机房周边应有较安全的外部环境和较好的电磁环境。

5.机房选址前要考虑外电引入条件是否能满足机房的需求，优先选择供电局供电。

6.点机房一方面考虑近期承载BBU集中部署等需求，另一方面应提前考虑5G承载及DC部署需求。

第一步：区域化分析

从目前5G建设规模和范围看，重点机房的规划需重点关注几个重点区域：1是运营商5G业务需求高发区域;2是用户密集、资源紧缺的扩容区域;3是新建区域。每种区域都有其建设重点机房的潜在需求，用户量大但建设机房困难或者投资大，急需推动降本增效。需要通过分析，形成归类。

第二步：网格化分析

对区域的场景类型进一步细化，实现类型规划如CBD区、景区、商务区以及老旧城区等等，并通过网格进行细化。同时控制网格大小。考虑电源传输的限制，一般将网格半径控制在1.5km范围内。

第三步：协同化分析

网格内需着重关注区域内的管道资源以及电力资源（如变压器、环网柜、开闭所），新建区域可以与市政部门以及电力部门协同规划、协同实施。建成区需结合城市区域改造及现有资源进行布局。

2.2设计研究

重点机房为近端设备提供稳定的工作环境，同时为基站群供电，并为后续业务拓展留有充足的空间。其核心的设计即是机房内动力环境设备以及为远供供电的电源容量设计。

2.2.1机房设计

5G组网结构下设备集中布置于重点机房，此类机房的重要性显著提高，并能够为后续开展边缘计算等业务提供配套支撑，其配套设备配置要求远高于移动单站点机房，更加接近于IDC机房相关配置要求，同時机房位置需具有长期稳定性，同时便于实现拓扑组网。通过加强与政府合作，将相关规划纳入城市规划中，获取政策性支持，完成土地确权，从而保障机房的稳定性。机房的设计应该更接近于IDC机房的设计要求，要形成稳定的气动循环，保证室内设备良好的工作环境，实现功能分区、设备有序，保证内部简洁有序。对于业务量适中的区域，为了加快重点机房建设进度，提升重点机房的建设质量，可以通过模块化设计，以高标准固化产品的样式、外观、布局、结构等，实现重点机房的建设灵活性，外观多样性，保证与环境高度协同，降低协调难度。

2.2.2电源设计

重点机房需合理规划位置的同时需合理管控范围，满足电源集中供电、电源集中保障、传输集中配置以及空间集中管理要求。通过重点机房实现对机房内部以及远端的集中供电，集中管理，从而降低电源管理的成本，实现电源的集中控制以及集中备电[4]，具体如图2所示：

在此背景下，在将来通过重点机房间的智能连接，让备用电池变储能电池，通过对电池的动态、智能管理，激活沉睡的电池，发挥其在市电削峰、集中供电、智能电池共用管理器和模块化智能电源等作用，最终形式智能的、可控的及高效的微电网络[5]。

三、结束语

通过分析5G时代重点机房建设的需求以及建设存在的问题进行了定向的分析，明确的重点机房规划设计的方法及研究重点，对于后续重点机房建设从选址、建设模式、建设核心给出了可行的办法，重点机房建设需进行合理的区域规划，并以小型化IDC机房的设计标准进行布局和环境设计，同时从远期考虑，合理规划电源容量及一系列后备电源设计，为后续的电源组网建设打下坚实的基础。

参  考  文  献

[1] 曹亘，李佳俊，李轶群，李福昌. 5G网络架构的标准研究进展. 《移动通信》.2017 ， 41 （2） ：32-37。

[2] 侯福平. C-RAN模式下5G BBU供电与散热浅析（2）——不间断供电[J]. 通信电源技术， 2020， v.37;No.199（07）：7-9。

[3] 王海猛. 5G超密集组网应用场景分析与实施方法研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2018， 031（011）：82-86。

[4] 陈威. 在IDC机房中高压直流供电模式的运用研究[J]. 大科技， 2019， 000（016）：221-222。

[5] 施耐德电气. 2019看得见的未来：数据中心市场的五大新趋势与五大技术解决方案（上）[J]. 智慧工厂， 2019， 000（001）：18-19。