室外一體化機(jī)柜在國(guó)內(nèi)外通信建設(shè)中的應(yīng)用研究

王冰心

（華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

近年來，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商建設(shè)了大量室外一體化基站。室外建站和維護(hù)的方式與傳統(tǒng)基站機(jī)房有較大區(qū)別。因不同地區(qū)經(jīng)受氣候條件差異很大，對(duì)于安裝在機(jī)柜內(nèi)部的無線、傳輸設(shè)備及電池組來說，需要一個(gè)相對(duì)可控的氣溫、濕度、粉塵顆粒等條件。這對(duì)機(jī)柜本身的結(jié)構(gòu)、性能、材料提出了苛刻要求。

本文對(duì)近年來各運(yùn)營(yíng)商室外一體化機(jī)柜應(yīng)用進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，從建設(shè)和維護(hù)角度深入分析室外站和傳統(tǒng)基站機(jī)房的優(yōu)劣，并由此衍生至海外通信項(xiàng)目特殊場(chǎng)景中室外一體化機(jī)柜的應(yīng)用，最后展望應(yīng)用前景。

1 室外一體化機(jī)柜與傳統(tǒng)基站優(yōu)劣對(duì)比

1.1 室外一體化機(jī)柜優(yōu)勢(shì)

室外一體化機(jī)柜相比傳統(tǒng)基站有明顯優(yōu)勢(shì)，如占地面積小、節(jié)約租金、方便選址、便于維護(hù)、施工周期短以及運(yùn)營(yíng)成本低等。

1.1.1 占地小

室外一體化機(jī)柜放置在室外，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商一般每個(gè)基站配置1～3 個(gè)水泥平臺(tái)，每個(gè)水泥平臺(tái)部署一架室外一體化機(jī)柜（常見尺寸659 mm×650 mm×2 200 mm）。按照平均2 個(gè)水泥平臺(tái)及冗余100%場(chǎng)地操作空間計(jì)算，除去無線塔基部分的征地面積，室外一體化機(jī)柜總共占地2 m2；傳統(tǒng)基站一般租用一間至少20 m2民用房。根據(jù)國(guó)內(nèi)建筑建設(shè)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(tǒng)基站實(shí)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(jī)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?jī)r(jià)的不斷高漲，房屋租金也跟著上揚(yáng)。室外一體化機(jī)柜的廣泛應(yīng)用，可以為運(yùn)營(yíng)商節(jié)省租金成本。

1.1.3 易選址

在密集城市區(qū)，不管是綠地站還是樓面站，都相對(duì)容易尋址房屋建設(shè)傳統(tǒng)基站，或者利用屋頂平臺(tái)加固部署室外一體化機(jī)柜。在人口及房屋相對(duì)稀疏的農(nóng)村或者公路沿線，根據(jù)無線仿真結(jié)果可能很難在合適的區(qū)域范圍尋址到房屋供租用作為傳統(tǒng)基站。這時(shí)室外一體化機(jī)柜建設(shè)方案具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，僅需2 m2的平面就能滿足建設(shè)需求。

1.1.4 便維護(hù)

傳統(tǒng)基站若為獨(dú)門獨(dú)戶，不受業(yè)主整體房屋布局和物業(yè)限制，維護(hù)人員上站搶維或開通業(yè)務(wù)不成問題。但是，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總有相當(dāng)一部分站點(diǎn)租用在居民樓、大院等有公共區(qū)門禁的場(chǎng)所，半夜搶修時(shí)會(huì)發(fā)生無法進(jìn)站、聯(lián)系不到業(yè)主的情況。室外一體化基站一般設(shè)置在空曠場(chǎng)所或具有公共天臺(tái)的地方，受業(yè)主本身的制約較小，有利于第一時(shí)間開通業(yè)務(wù)，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。

1.1.5 工期短

傳統(tǒng)基站機(jī)房需按照國(guó)標(biāo)通信機(jī)房相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及工藝要求進(jìn)行機(jī)房裝修，還需安裝專業(yè)的柜式空調(diào)、排布鉛蓄電池等大型配套設(shè)備。室外一體化機(jī)柜內(nèi)部集成了空調(diào)、電池等配套功能，僅需在部署前進(jìn)行水泥基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)，且水泥平臺(tái)可以設(shè)置在路邊、戶外平地、屋頂天臺(tái)等各種場(chǎng)景，大大縮短了工期，在應(yīng)對(duì)緊急場(chǎng)景時(shí)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(fā)期，為控制疫情搭建的“火神山”醫(yī)院的通信建站方案就是采用室外一體化機(jī)柜，從設(shè)計(jì)到站點(diǎn)開通僅耗時(shí)3 天。

1.1.6 低運(yùn)營(yíng)成本

傳統(tǒng)基站機(jī)房空間大，需要大型空調(diào)保持機(jī)房溫度，且制冷/熱效率會(huì)因空間大而有一定損耗。室外一體化機(jī)柜在650 mm×650 mm×2 200 mm 的空間內(nèi)集成了開關(guān)電源、空調(diào)、通信設(shè)備、電池（鉛蓄電池/鋰電池），其中空調(diào)一般采用熱交換、小型直流空調(diào)方案。據(jù)相關(guān)產(chǎn)品資料顯示，按照現(xiàn)階段設(shè)備模型配置的無線、傳輸設(shè)備綜合功耗計(jì)算得到的散熱功耗，只需配置1 500 W 的空調(diào)即可滿足整個(gè)機(jī)柜在室外50 ℃下正常工作的要求。相比傳統(tǒng)基站機(jī)房動(dòng)輒10 kW 以上的大型空調(diào)，可節(jié)約大量電費(fèi)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

1.2 室外一體化機(jī)柜的劣勢(shì)及相應(yīng)彌補(bǔ)措施

室外一體化機(jī)柜也有一些不足，如安全性相對(duì)較差、機(jī)房環(huán)境惡劣等，但這些不足可以通過一些措施進(jìn)行彌補(bǔ)。

1.2.1 安全性相對(duì)較差

這里所描述的安全性，是指設(shè)備的防盜、防險(xiǎn)性和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力。室外一體化機(jī)柜一般部署在路邊、空曠場(chǎng)地、樓面平臺(tái)等。路邊和空曠場(chǎng)地的機(jī)柜容易被撬開造成設(shè)備遺失，路邊機(jī)柜有被發(fā)生交通意外的汽車撞損而導(dǎo)致通信阻斷和設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

彌補(bǔ)措施：在室外一體化機(jī)柜外部加裝防護(hù)金屬圍欄，并在圍欄處設(shè)置進(jìn)站門、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控?cái)z像頭和報(bào)警系統(tǒng)。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(shí)啟用自動(dòng)報(bào)警，并可以利用監(jiān)控?cái)z像頭錄制基站周圍的異常行為。其中，監(jiān)控、報(bào)警系統(tǒng)可通過站點(diǎn)本身的傳輸系統(tǒng)回傳至網(wǎng)管中心。

1.2.2 機(jī)房環(huán)境惡劣

在北方，室外一體化機(jī)柜要經(jīng)受-30 ℃的低溫及冰雪覆蓋；在南方，室外一體化機(jī)柜則要接受30～40 ℃的烈日暴曬；在地勢(shì)低洼地區(qū)，室外一體化機(jī)柜則可能存在被水淹的風(fēng)險(xiǎn)；室外的粉塵、水氣若不受到很好的控制，則容易對(duì)柜內(nèi)通信設(shè)備造成永久性損壞，導(dǎo)致通信中斷。

彌補(bǔ)措施如下。

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

（2）建設(shè)室外基站前，盡可能多調(diào)研當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r，根據(jù)氣候條件，因地制宜，其中常年降雨、多發(fā)暴雨、多風(fēng)沙地帶采取更高等級(jí)的IP 防護(hù)措施；

（3）了解基站所在地市水文、地勢(shì)，在低洼、易發(fā)洪澇區(qū)，根據(jù)實(shí)際情況建設(shè)更高的水泥地基和操作平臺(tái)，預(yù)防設(shè)備被水浸泡；

（4）根據(jù)往年氣溫和柜內(nèi)設(shè)備合理配置熱交換和空調(diào)，保證機(jī)柜內(nèi)部溫度在適宜設(shè)備正常運(yùn)行的范圍內(nèi)。

由圖9分解結(jié)構(gòu)圖所示，并按照小波分解式(1)、式(2)，采用MATLAB小波工具箱對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分解，采用雙正交小波db3[14]作為母小波，對(duì)拱頂位移序列進(jìn)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(hù)等級(jí)圖

2 室外一體化機(jī)柜在海外特殊場(chǎng)景的應(yīng)用

室外一體化機(jī)柜在海外應(yīng)用非常廣泛，國(guó)內(nèi)也有多家公司室外一體化機(jī)柜已遠(yuǎn)銷海外運(yùn)營(yíng)商。在中國(guó)引領(lǐng)5G 發(fā)展的時(shí)代，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商也已開始在東南亞、南非各地開展項(xiàng)目，成立海外分支機(jī)構(gòu)。目前，“一帶一路”沿線區(qū)域信息通信領(lǐng)域正迎來快速發(fā)展的窗口期。

2.1 在海外通信普通場(chǎng)景的應(yīng)用

一般海外通信建設(shè)與國(guó)內(nèi)相比具有明顯特點(diǎn)：土地私有化嚴(yán)重，站址資源獲取手續(xù)冗長(zhǎng)，涉及建筑改造的BP（Building Permit，建設(shè)許可）申請(qǐng)繁瑣，需從社區(qū)、市、省政府多個(gè)部門逐級(jí)上報(bào)審批。傳統(tǒng)基站租房不好尋址、基站機(jī)房改造費(fèi)時(shí)等因素，都會(huì)拖累工期。此時(shí)，室外一體化機(jī)柜是一種很好的選擇。有平臺(tái)就能滿足要求，不用改造房屋，達(dá)到縮短工期的目的。

2.2 在沿海、島嶼國(guó)家的應(yīng)用

在沿海、島嶼國(guó)家，譬如菲律賓，共有3 個(gè)大島、7 000 多個(gè)小島。在這樣的區(qū)域建室外一體化機(jī)柜，不單單需要考慮氣溫，還要考慮濕度、熱帶雨季、暴風(fēng)等因素，適當(dāng)提高IP 防護(hù)等級(jí)。此外，要考慮空氣中的含鹽度。一般室外機(jī)柜使用年限為40年，但在鹽度較高的空氣中機(jī)柜使用年限會(huì)下降至15～20年。為避免鹽對(duì)機(jī)柜、設(shè)備造成腐蝕，需要在機(jī)柜、設(shè)備表面進(jìn)行涂覆處理。

2.3 在海外干線傳輸場(chǎng)景的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)機(jī)房、基站資源容易獲取，但在海外，部分區(qū)域在建設(shè)干線傳輸系統(tǒng)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)有些干線段落人口稀疏，沒有合適的機(jī)房供租賃或購置，不得不在中途設(shè)置OTN 系統(tǒng)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(jī)柜來部署OLA 設(shè)備。究其原因，如下：

（1）室外一體化機(jī)柜的空間滿足OA 裝機(jī)要求，主流設(shè)備廠商單OA 設(shè)備機(jī)框高度在10U 以內(nèi)，機(jī)柜內(nèi)除了可以放置OA 外，還能配置相應(yīng)微型開關(guān)電源、空調(diào)、光纜成端用ODF 框、鋰電池倉；

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

（4）在后備時(shí)間10 h 都無法滿足搶修需求的區(qū)域可額外配置油機(jī)，保證重要干線業(yè)務(wù)正常通信。

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

3 結(jié) 論

室外一體化機(jī)柜在國(guó)內(nèi)外通信發(fā)展中都起著至關(guān)重要的作用，具有占地小、便選址、建設(shè)快、低成本、低能耗等優(yōu)勢(shì)。雖然它本身存在一些不足，但已在實(shí)踐過程中逐步彌補(bǔ)。更重要的是，在類似海外基站改造耗時(shí)、OA 節(jié)點(diǎn)尋址困難的場(chǎng)景中，室外一體化機(jī)柜可以大大加快網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署，把不可能變?yōu)榭赡堋?/p>

圖2 典型OA 室外機(jī)柜站點(diǎn)方案平面布置圖