室外一体化机柜在国内外通信建设中的应用研究

王冰心

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

近年来，国内各大运营商建设了大量室外一体化基站。室外建站和维护的方式与传统基站机房有较大区别。因不同地区经受气候条件差异很大，对于安装在机柜内部的无线、传输设备及电池组来说，需要一个相对可控的气温、湿度、粉尘颗粒等条件。这对机柜本身的结构、性能、材料提出了苛刻要求。

本文对近年来各运营商室外一体化机柜应用进行了经验总结，从建设和维护角度深入分析室外站和传统基站机房的优劣，并由此衍生至海外通信项目特殊场景中室外一体化机柜的应用，最后展望应用前景。

1 室外一体化机柜与传统基站优劣对比

1.1 室外一体化机柜优势

室外一体化机柜相比传统基站有明显优势，如占地面积小、节约租金、方便选址、便于维护、施工周期短以及运营成本低等。

1.1.1 占地小

室外一体化机柜放置在室外，国内运营商一般每个基站配置1～3 个水泥平台，每个水泥平台部署一架室外一体化机柜（常见尺寸659 mm×650 mm×2 200 mm）。按照平均2 个水泥平台及冗余100%场地操作空间计算，除去无线塔基部分的征地面积，室外一体化机柜总共占地2 m2；传统基站一般租用一间至少20 m2民用房。根据国内建筑建设情况来看，20 m2小面积房屋较为稀缺，往往只能租用40 m2甚至更大的房屋。传统基站实际租用/购买面积为室外基站的10 倍以上。

1.1.2 租金低

因基站机房占地面积为室外站10 倍以上，整体租金也随之攀高。近几年，随着房价的不断高涨，房屋租金也跟着上扬。室外一体化机柜的广泛应用，可以为运营商节省租金成本。

1.1.3 易选址

在密集城市区，不管是绿地站还是楼面站，都相对容易寻址房屋建设传统基站，或者利用屋顶平台加固部署室外一体化机柜。在人口及房屋相对稀疏的农村或者公路沿线，根据无线仿真结果可能很难在合适的区域范围寻址到房屋供租用作为传统基站。这时室外一体化机柜建设方案具有独特的优势，仅需2 m2的平面就能满足建设需求。

1.1.4 便维护

传统基站若为独门独户，不受业主整体房屋布局和物业限制，维护人员上站抢维或开通业务不成问题。但是，根据经验，总有相当一部分站点租用在居民楼、大院等有公共区门禁的场所，半夜抢修时会发生无法进站、联系不到业主的情况。室外一体化基站一般设置在空旷场所或具有公共天台的地方，受业主本身的制约较小，有利于第一时间开通业务，恢复网络运行。

1.1.5 工期短

传统基站机房需按照国标通信机房相关标准及工艺要求进行机房装修，还需安装专业的柜式空调、排布铅蓄电池等大型配套设备。室外一体化机柜内部集成了空调、电池等配套功能，仅需在部署前进行水泥基础平台建设，且水泥平台可以设置在路边、户外平地、屋顶天台等各种场景，大大缩短了工期，在应对紧急场景时十分有效。譬如，在2020年1月武汉新型冠状病毒引起的肺炎疫情爆发期，为控制疫情搭建的“火神山”医院的通信建站方案就是采用室外一体化机柜，从设计到站点开通仅耗时3 天。

1.1.6 低运营成本

传统基站机房空间大，需要大型空调保持机房温度，且制冷/热效率会因空间大而有一定损耗。室外一体化机柜在650 mm×650 mm×2 200 mm 的空间内集成了开关电源、空调、通信设备、电池（铅蓄电池/锂电池），其中空调一般采用热交换、小型直流空调方案。据相关产品资料显示，按照现阶段设备模型配置的无线、传输设备综合功耗计算得到的散热功耗，只需配置1 500 W 的空调即可满足整个机柜在室外50 ℃下正常工作的要求。相比传统基站机房动辄10 kW 以上的大型空调，可节约大量电费，节省运营成本。

1.2 室外一体化机柜的劣势及相应弥补措施

室外一体化机柜也有一些不足，如安全性相对较差、机房环境恶劣等，但这些不足可以通过一些措施进行弥补。

1.2.1 安全性相对较差

这里所描述的安全性，是指设备的防盗、防险性和应对自然灾害的能力。室外一体化机柜一般部署在路边、空旷场地、楼面平台等。路边和空旷场地的机柜容易被撬开造成设备遗失，路边机柜有被发生交通意外的汽车撞损而导致通信阻断和设备损坏的风险。

弥补措施：在室外一体化机柜外部加装防护金属围栏，并在围栏处设置进站门、门禁系统、监控摄像头和报警系统。一方面围栏可以抵挡一定的意外撞击，另一方面有非法闯入时启用自动报警，并可以利用监控摄像头录制基站周围的异常行为。其中，监控、报警系统可通过站点本身的传输系统回传至网管中心。

1.2.2 机房环境恶劣

在北方，室外一体化机柜要经受-30 ℃的低温及冰雪覆盖；在南方，室外一体化机柜则要接受30～40 ℃的烈日暴晒；在地势低洼地区，室外一体化机柜则可能存在被水淹的风险；室外的粉尘、水气若不受到很好的控制，则容易对柜内通信设备造成永久性损坏，导致通信中断。

弥补措施如下。

（1）采取有效的防尘防水措施，需要一体化机柜外壳采用满足GBT4208-2017 中IP 防护等级较高的规格，建议采用IP 5 5 以上。IP 防护等级见图1。

（2）建设室外基站前，尽可能多调研当地气候情况，根据气候条件，因地制宜，其中常年降雨、多发暴雨、多风沙地带采取更高等级的IP 防护措施；

（3）了解基站所在地市水文、地势，在低洼、易发洪涝区，根据实际情况建设更高的水泥地基和操作平台，预防设备被水浸泡；

（4）根据往年气温和柜内设备合理配置热交换和空调，保证机柜内部温度在适宜设备正常运行的范围内。

由图9分解结构图所示，并按照小波分解式(1)、式(2)，采用MATLAB小波工具箱对数据进行小波分解，采用双正交小波db3[14]作为母小波，对拱顶位移序列进行三尺度小波分解，可以得到低频序列a3，以及高频序列d1、d2、d3，如图10所示。

图1 IP 防护等级图

2 室外一体化机柜在海外特殊场景的应用

室外一体化机柜在海外应用非常广泛，国内也有多家公司室外一体化机柜已远销海外运营商。在中国引领5G 发展的时代，国内运营商也已开始在东南亚、南非各地开展项目，成立海外分支机构。目前，“一带一路”沿线区域信息通信领域正迎来快速发展的窗口期。

2.1 在海外通信普通场景的应用

一般海外通信建设与国内相比具有明显特点：土地私有化严重，站址资源获取手续冗长，涉及建筑改造的BP（Building Permit，建设许可）申请繁琐，需从社区、市、省政府多个部门逐级上报审批。传统基站租房不好寻址、基站机房改造费时等因素，都会拖累工期。此时，室外一体化机柜是一种很好的选择。有平台就能满足要求，不用改造房屋，达到缩短工期的目的。

2.2 在沿海、岛屿国家的应用

在沿海、岛屿国家，譬如菲律宾，共有3 个大岛、7 000 多个小岛。在这样的区域建室外一体化机柜，不单单需要考虑气温，还要考虑湿度、热带雨季、暴风等因素，适当提高IP 防护等级。此外，要考虑空气中的含盐度。一般室外机柜使用年限为40年，但在盐度较高的空气中机柜使用年限会下降至15～20年。为避免盐对机柜、设备造成腐蚀，需要在机柜、设备表面进行涂覆处理。

2.3 在海外干线传输场景的应用

国内机房、基站资源容易获取，但在海外，部分区域在建设干线传输系统的时候，发现有些干线段落人口稀疏，没有合适的机房供租赁或购置，不得不在中途设置OTN 系统光放站（OLA）。这种情况可以借鉴无线基站的做法，灵活使用室外一体化机柜来部署OLA 设备。究其原因，如下：

（1）室外一体化机柜的空间满足OA 装机要求，主流设备厂商单OA 设备机框高度在10U 以内，机柜内除了可以放置OA 外，还能配置相应微型开关电源、空调、光缆成端用ODF 框、锂电池仓；

（2）OA 设备功耗较低，主流设备厂商满配功耗在800 W 以内，40 ℃最大热耗值约2 400 BTU/Hr，基于热交换+空调的散热系统足够保障设备正常运行；

（4）在后备时间10 h 都无法满足抢修需求的区域可额外配置油机，保证重要干线业务正常通信。

此外，鉴于安全性要求，可在机柜外圈设置围墙和防盗门。典型OA 室外机柜站点方案平面布置图如图2 所示。

3 结 论

室外一体化机柜在国内外通信发展中都起着至关重要的作用，具有占地小、便选址、建设快、低成本、低能耗等优势。虽然它本身存在一些不足，但已在实践过程中逐步弥补。更重要的是，在类似海外基站改造耗时、OA 节点寻址困难的场景中，室外一体化机柜可以大大加快网络的规模部署，把不可能变为可能。

图2 典型OA 室外机柜站点方案平面布置图