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        智能機(jī)柜在5G BBU集中部署的應(yīng)用研究

        2020-08-19 03:23:12李云蛟
        通信電源技術(shù) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:智能機(jī)機(jī)房運維

        李云蛟

        (維諦技術(shù)有限公司,廣東 深圳 518055)

        0 引 言

        面對網(wǎng)絡(luò)通信的快速發(fā)展,5G正在打破傳統(tǒng)的通信方式,衍生出更加開放、融合、創(chuàng)新的通信架構(gòu)。5G的大帶寬、高速率、低延遲為下游垂直行業(yè)提供了豐富的、可實現(xiàn)的、可持續(xù)的應(yīng)用場景,為基于5G網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新應(yīng)用提供了無限可能?,F(xiàn)階段,5G已經(jīng)成為通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建設(shè)的重中之重,并逐漸向著高效、快速、精簡運維的方向快速發(fā)展,對傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)基建提出了更高的建設(shè)需求和挑戰(zhàn)。其中,C-RAN已經(jīng)成為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首要組網(wǎng)模式。

        1 5G C-RAN組網(wǎng)的優(yōu)勢

        1.1 C-RAN的定義

        C-RAN(Centralized,Cooperative,Cloud and clean RAN)的基本定義是:基于分布式拉遠(yuǎn)基站,云接入網(wǎng)C-RAN集中所有或部分的基帶處理資源形成一個基帶資源池,并對其進(jìn)行統(tǒng)一管理與動態(tài)分配,在提升資源利用率、降低能耗的同時,通過對協(xié)作化技術(shù)的有效支持提升網(wǎng)絡(luò)性能。BBU C-RAN組網(wǎng)演進(jìn),如圖1所示。

        1.2 C-RAN的主要特點

        C-RAN組網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要技術(shù)手段,其集中化、協(xié)作化、云化和綠色節(jié)能的4大特征[1],正是5G網(wǎng)絡(luò)未來多元化垂直應(yīng)用的關(guān)鍵保障。

        1.2.1 集中部署

        5G C-RAN采用BBU集中放置的概念,實現(xiàn)物理層處理的集中,對降低站址選取難度、減少機(jī)房數(shù)量、共享配套設(shè)備(如電源、電池、空調(diào))等具有顯而易見的優(yōu)勢。根據(jù)相適應(yīng)的應(yīng)用場景,它還可以有選擇地進(jìn)行小規(guī)模集中或者大規(guī)模集中。

        1.2.2 協(xié)作能力

        可引入CoMP、D-MIMO等物理層技術(shù),實現(xiàn)多小區(qū)、多數(shù)據(jù)發(fā)送節(jié)點間的聯(lián)合發(fā)送和聯(lián)合接收,提升小區(qū)邊緣頻譜效率和小區(qū)的平均吞吐量。同時,引入5G空口后,可實現(xiàn)多連接、無縫移動性管理、頻譜資源高效協(xié)調(diào)等協(xié)作化能力。

        1.2.3 無線云化

        實現(xiàn)資源與應(yīng)用的解耦,系統(tǒng)可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)負(fù)載、用戶分布、業(yè)務(wù)需求等實際情況,動態(tài)實時調(diào)整處理資源和空口資源,實現(xiàn)按需投入無線網(wǎng)絡(luò)資源,提高新業(yè)務(wù)的快速部署能力。

        1.2.4 綠色節(jié)能

        利用集中化、協(xié)作化、無線云化等能力,可以減少運營商對無線接入機(jī)房的依賴,降低配套設(shè)備和機(jī)房建設(shè)的成本和綜合能耗;可實現(xiàn)按需無線覆蓋調(diào)整和處理資源調(diào)整,在優(yōu)化無線資源利用率的條件下,提升全系統(tǒng)的整體效能比。

        圖1 BBU C-RAN組網(wǎng)演進(jìn)

        1.3 C-RAN BBU集中部署的優(yōu)勢

        首先,通過集中部署和協(xié)作化技術(shù),可以滿足5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的快速建設(shè),并在資源共享、協(xié)作能力、無線云化和綠色節(jié)能方面具有突出優(yōu)勢。其次,有利于降低基站選址難度,提高組網(wǎng)靈活性,有利于引入CoMP(協(xié)作多點)等協(xié)作化技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)性能,有利于MEC(移動邊緣計算)等技術(shù)的部署。最后,C-RAN采用BBU集中匯聚可以有效降低5G基站新建和改造成本,達(dá)到快速建站、精簡運維的目的。分布式建設(shè)和集中式(C-RAN)建設(shè)TCO對比,如圖2所示。

        圖2 分布式建設(shè)和集中式(C-RAN)建設(shè)TCO對比

        如圖3所示,BBU集中化部署通過將各個站點的BBU集中堆疊,利用高速低時延交換設(shè)備互聯(lián),BBU簇內(nèi)資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理、站間干擾協(xié)同處理,可有效降低密集小區(qū)間干擾,大幅提升小區(qū)邊緣速率,達(dá)到低干擾、高速率、大帶寬和低時延的目標(biāo)。這是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)保障,同時大幅降低了運營成本。

        圖3 BBU集中部署示意圖

        2 傳統(tǒng)通信機(jī)房建設(shè)C-RAN的挑戰(zhàn)

        5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)相比發(fā)生了巨大變化,基站數(shù)量大幅增加,對機(jī)房空間、機(jī)房能耗、環(huán)境治理、新建和改造成本帶來了巨大的資本投入壓力,如圖4所示。

        空間不夠,需要更加精細(xì)化的資產(chǎn)管理,以合理調(diào)配空間資源,明確5G核心設(shè)備BBU的部署方案??紤]5G信號覆蓋范圍,BBU集中部署為首選方案,以實現(xiàn)機(jī)房資源的共建共享。

        供電、制冷也帶來了巨大挑戰(zhàn)。對比傳統(tǒng)4G基站,5G設(shè)備功耗進(jìn)一步加大,單站功耗預(yù)計達(dá)到4G的3~4倍(如圖5所示),以往的供電容量設(shè)計已經(jīng)不滿足5G的供備電需求,固有機(jī)房的市電引入容量和電源容量、配電容量、電池容量均需要大規(guī)模改造,成本高,周期長。此外,高功耗設(shè)備還要考慮機(jī)房散熱問題,需要更加節(jié)能的機(jī)房專用精密空調(diào),以保障機(jī)房長期穩(wěn)定運行的環(huán)境需求。

        圖4 C-RAN建設(shè)的挑戰(zhàn)

        圖5 4G與5G基站設(shè)備功耗對比

        3 智能機(jī)柜應(yīng)用分析

        3.1 智能機(jī)柜概述

        智能機(jī)柜為滿足5G C-RAN組網(wǎng)BBU匯聚的安全可靠運行提供的完整的、對外隔離的、具有獨立的供電、配電、備電、環(huán)境制冷和動環(huán)管理系統(tǒng)的智能化一體式機(jī)柜系統(tǒng),演變過程如圖6所示。

        圖6 傳統(tǒng)機(jī)房向智能機(jī)柜演變

        理想的智能機(jī)柜可以滿足高功耗5G BBU的集中匯聚,可有效解決由此帶來的高密熱點引起的基站宕機(jī)問題。同時,機(jī)柜內(nèi)外應(yīng)完全隔離,為BBU等設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的運行環(huán)境,提升整個5G網(wǎng)絡(luò)接入?yún)R聚層的可靠性。機(jī)柜本身具有極簡的運維界面,是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)應(yīng)用方案。同時,可兼容更多類型機(jī)房設(shè)備,是5G及未來機(jī)房建設(shè)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)機(jī)房和智能機(jī)柜的建設(shè)、運維對比,如圖7所示。

        圖7 傳統(tǒng)機(jī)房和智能機(jī)柜的建設(shè)、運維對比

        3.2 智能機(jī)柜的特點分析

        3.2.1 高度集成

        集成供配電、空調(diào)制冷、電池備電、動環(huán)管理等,真正實現(xiàn)機(jī)柜即機(jī)房,如圖8所示。獨立的內(nèi)外隔離設(shè)計,全面支持通信設(shè)備的集中匯聚。

        圖8 智能機(jī)柜的集成設(shè)計

        3.2.2 內(nèi)置電源系統(tǒng)注重高效節(jié)能

        5G大規(guī)模的基站建設(shè)對于未來的基站節(jié)能也會提出要求,智能機(jī)柜集成的電源系統(tǒng)應(yīng)考慮采用高效電源系統(tǒng)?;谀壳暗碾娫醇夹g(shù),ECO效率要大于96%以上,并具有智能節(jié)能休眠技術(shù),同時應(yīng)考慮引入超高效率整流模塊實現(xiàn)極致節(jié)能,實現(xiàn)系統(tǒng)的超低能耗。通信電源休眠節(jié)能對比和高效節(jié)能對比,如圖9所示。

        3.2.3 注重精密定向制冷,按需制冷

        智能機(jī)柜采用全封閉內(nèi)外隔離設(shè)計,冷熱解耦。如圖10所示,內(nèi)置的精密空調(diào)可以實現(xiàn)按冷量定向制冷,同時可以實現(xiàn)按需制冷,達(dá)到空調(diào)節(jié)能的目的。就近送風(fēng)是解決BBU匯聚產(chǎn)生高密熱點的最有效的溫控方案。

        圖9 通信電源休眠節(jié)能對比和高效節(jié)能對比

        圖10 空調(diào)就近定向按需制冷

        3.2.4 供電架構(gòu)更加豐富,兼容改造和新建機(jī)房

        5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)70%以上將基于現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房升級改造,電源改造和利舊將不可避免。所以,智能機(jī)柜應(yīng)可以同時兼容多種供電解決方案,是5G機(jī)房供電方案的重點評估對象。它不限于-48 V直流供電,兼容支持HVDC、新能源、交流、儲能等多種供電方案,才能適應(yīng)機(jī)房供電對5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載需求。具體可主要歸納為以下4種供電方案:嵌入式電源一體化供電、組合式電源并柜供電、HVDC并柜供電和HVDC全鏈路高壓直流供電,分別如圖11~圖14所示。

        圖11 嵌入式電源一體化供電

        圖12 組合式電源并柜供電

        圖13 HVD并柜供電

        圖14 HVDC全鏈路高壓直流供電

        3.2.5 集成智能監(jiān)控管理系統(tǒng)

        智能機(jī)柜為一套完全獨立的模塊化機(jī)房,內(nèi)部集成智能監(jiān)控管理系統(tǒng),可以提供全方位機(jī)房環(huán)境管理和系統(tǒng)運行管理,實現(xiàn)機(jī)房無人值守,精簡運維。智能機(jī)柜監(jiān)控方案如圖15所示。

        圖15 智能機(jī)柜監(jiān)控方案

        3.2.6 機(jī)柜模塊化設(shè)計,更加節(jié)省占地資源

        5G基站數(shù)量預(yù)計將是4G基站數(shù)量的1.5倍。因此,節(jié)地、縮減基站選址成本,提升機(jī)房利用率是必然的建設(shè)措施。目前,智能機(jī)柜單柜占地為0.8 m2,雙柜占地1.6 m2(如圖16所示),可以容納5~15個基站BBU匯聚,可以大大降低5G機(jī)房的選址難度,有效降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期,提升運維管理效率。

        圖16 智能機(jī)柜占地面積

        4 結(jié) 論

        綜上所述,2020年5G建設(shè)步入快車道。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面向接入層的匯聚機(jī)房,采用C-RAN組網(wǎng)是當(dāng)下解決5G基站數(shù)量增長、功耗增加、面向垂直應(yīng)用協(xié)同資源處理最行之有效的組網(wǎng)方式。BBU集中部署需要智能機(jī)柜提供完整的一體化解決方案,滿足當(dāng)下5G組網(wǎng)的快速部署和精簡運維需求,是5G C-RAN BBU集中部署和通信機(jī)房建設(shè)的優(yōu)選方案。

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