在无人值守的基站内,基站空调设备主要为基站设备服务,几乎不需要为人服务。但是目前没有专为基站空调制定的标准,厂家及用户均依据相关“计算机或数据处理机房用单元式空气调节机”标准为依据生产或选用产品。目前民用空调机中,冷暖型空调通常室内工作温度范围为14℃~32℃,在上述环境之外,空调器在一定范围内也可以运转,但效果会有所下降。所以基站空调设备的设计一切应以面向基站设备为基础,同时兼顾节能的要求。基站空调的温度控制点及空调设备的检测或考核问都应该适合机房内较高温度的,例如最高工作环境温度可能高达50℃以上,也可能低于-40℃度等。
2.1.4 电源设备
智能高频开关电源系统和交流配电箱对环境温度的要求也不是特别高,在-5℃~+40℃都能正常工作,但开关电源系统要求室内清洁、少尘和少静电干扰,否则灰尘加上潮湿和静电干扰引起高频开关整流模块和微机监控主机工作紊乱的机率较大。
2.1.5 蓄电池
普通阀控式密闭铅酸蓄电池对温度要求较高,标准使用温度为25℃,建议温度范围15℃~30℃。若温度太低会使蓄电池容量下降,温度每下降1℃,其容量下降1%;。温度升高时,蓄电池的极板腐蚀将加剧,同时将消耗更多的水,从而使电池寿命缩短。蓄电池在25℃的环境下可获得较长的寿命,长期运行温度若升高10℃,使用寿命约降低一半。
2.2 基站机房内设备可靠性分析
MTBF值是可靠性指标的最通用表示方法,可以理解为“平均无故障工作时间”。
MTBF=1/(所有元件失效率之和)
MTBF的计算方法和依据已经成为标准,由上式可见,其主体是考虑产品中每个元器件的失效率。但是由于电子产品的结构不同,应用环境不同等,会严重影响每个元器件失效率,从而导致总体MTBF值降低。因此首先考虑的是环境因素,其次十分重要的因素是器件本身的可靠性参数。
华为技术有限公司针对此研究专门针对核心网、无线网、光传送和路由器设备进行了长期可靠性测试。这里我们重点分析基站内常用的无线网和光传送网设备测试结果。
对于基站无线设备和光传送设备可靠性测试:机房温度50℃时连续运行3个月,并在测试过程中严格监控设备运行指标。
无线设备测试结果如下。
(1)单板45℃降额合格率是100%;
(2)55℃情况下,有一个器件环形器(隔离器)有风险。其共有两家供应商,其中一家供应商由于使用不同的材质,最高温度超过100℃。因此可以通过要求供应商选择相同的材料以避免这一风险;
(3)测试中接收灵敏度分布在-111.5~-113dBm之间。射频前端第一级低噪声放大器的噪声系数是影响灵敏度指标的关键因素,受温度影响,噪声系数随温度的升高会呈现线性变差的趋势,直接导致灵敏度的波动。BTS3012基站常温下灵敏度典型值是-111.5dBm,全温(-10~55)灵敏度的典型值是-111dBm。因此认为,测试中出现的接收灵敏度降低是在规格允许范围之内的。
光传送设备测试结构如下。
(1)45℃情况下器件降额合格率100%满足要求;
(2)55℃环境温度下有两个器件MOSFET、钟振-125MHz处于临界,综合分析之后认为风险小,作为风险进行跟踪;
(3)测试过程中暂无由温度引起的问题发生。
2.3 温度对设备功耗的影响
表1无线设备不同温度下的功耗 表2传输设备不同温度下的功耗
温度(℃)
|
QTRU 功耗(W)
(100%业务量)
|
DTRU 功耗(W)
(100%业务量)
|
|
温度(℃)
|
EMS3功耗(W)
(供电电压为-48V时)
|
25
|
3686.15
|
2605.92
|
|
25
|
413.763
|
30
|
3686.15
|
2637.96
|
|
30
|
415.68
|
35
|
3707.55
|
2787.35
|
|
35
|
416.16
|
40
|
3621.95
|
2792.7
|
|
40
|
416.64
|
45
|
3771.75
|
2792.82
|
|
45
|
418.08
|
50
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3739.65
|
2835.54
|
|
50
|
418.08
|
由表1、2所示,不同温度下功率值的波动在0%~9%之,所以可以认为温度对设备功耗的影响不大。
3 适应机房温升需要采取的措施建议
3.1 加强设备系统本身的热设计
设备厂商需根据系统自身功耗、应用环境等确定适当的散热(加热)方式;合理分配系统气流,确定进出风口的位置、面积,选用风扇的数量及型号等;根据风道流场分布、风道温度分布和芯片/散热器热性能参数,保证关键单板和器件应具有较强散热的可能性;在系统散热条件下,分析通过产品构成模块的流量/流速是否满足规格要求;对于以风扇进行空气驱动的强迫风冷散热系统,需要通过分析确定:风扇单元中单风扇故障情况下关键器件的温度能否保证在长期工作条件下小于安全温度上限。同时需要评估风扇单元的维护安全性;根据散热系统的风扇数量和型号,预估系统的散热噪声,评估散热噪声是否能够满足规格要求。
3.2 适当采取保护装置
基站机房内对温度最敏感就属蓄电池了,在一定条件下,可以专门针对蓄电池加以保护,即应用冰箱或空调区域温控原理,针对室内不同区域进行温控,即维持蓄电池表面温度25℃,同时保持室内环境温度于30℃左右。
3.3 合理控制机房内温度范围
运用通风及智能温控相结合的方式,在机房温度达到30℃时启动通风设施,当室内温度继续升高达到35℃时再启动空调。通常的空调启动范围在18℃~30℃范围之间,那么如何控制空调在35℃时启动,则要安装智能温控系统,即环境监控主机。
整个系统的工作原理如图3所示。
图3 智能温控系统工作原理图