魏澎（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100079）

?

海纜分支單元設(shè)備應(yīng)用探討

魏澎
（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京 100079）

摘 要本文將介紹海纜分支單元設(shè)備工作原理和應(yīng)用場景， 并舉例說明海纜分支單元混合應(yīng)用案例，對最常用的光分插復(fù)用型海纜分支單元提出使用建議。

關(guān)鍵詞海纜；分支單元設(shè)備；分插復(fù)用

1　引言

隨著我國對外交流合作日益緊密，海纜系統(tǒng)成為當(dāng)前國際間主流通信傳送手段，海纜的建設(shè)項目和日常維護(hù)活動將越來越頻繁。海纜系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)需求點(diǎn)數(shù)量多少和地理分布的不同，其結(jié)構(gòu)可分為簡單的鏈形、環(huán)形和樹形，其中樹形結(jié)構(gòu)是最為普遍的一種結(jié)構(gòu)，也稱為魚骨形結(jié)構(gòu)。通過在路由分歧點(diǎn)設(shè)置海纜分支單元（Branch Unit，BU），可分離通信電路通達(dá)方向，減少海纜路由長度，節(jié)省了工程投資，增加了波道靈活調(diào)度的能力，因此海纜分支單元設(shè)備在海纜系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，下面將介紹海纜分支單元的分類、工作原理和工程應(yīng)用。

2　BU的分類

在光傳輸層面，BU可以按功能不同來分類。BU在光傳輸層面上的功能是分離電路通達(dá)不同方向，按照分離波道和光纖的方式不同可分為光纖分支單元（Fibers Splitter BU，F(xiàn)SBU）和光分插復(fù)用分支單元（OADM BU）兩類，其中光分插復(fù)用分支單元OADM BU還可細(xì)分為可重構(gòu)波道分插復(fù)用分支器（ROADM BU）和固定波道分插復(fù)用分支器（NROADM BU），光纖分支單元（FSBU）包括全光纖分支單元（Full Fiber Drop BU，F(xiàn)FD BU）和部分光纖分支單元（Part Fiber Drop BU，PFD BU）。

若將海纜每對光纖比做高速公路，主干段光纖連接的海纜登陸站就是高速公路起始城市，分支段海纜登陸站就是高速公路沿途開口城市，BU設(shè)備是海纜系統(tǒng)的分歧點(diǎn)，可認(rèn)為是高速公路至沿途城區(qū)的收費(fèi)站，F(xiàn)SBU就像不能直通的高速公路，必須在沿途城市中轉(zhuǎn)一下再上高速公路，OADM BU就是可直通也可下到沿途分支站的高速公路收費(fèi)站，ROADM BU就是可以根據(jù)車流大小調(diào)整直通和上下車道的智能收費(fèi)站。

3　光傳輸層面上BU工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

BU在光傳輸層面上分離電路時，有物理光纖分離和波道分離兩種方式，在海纜系統(tǒng)中均有實際應(yīng)用，其中物理光纖分離方式早在20世紀(jì)80年代和90年代就有應(yīng)用，比如SEA-ME-WE 3和中美海纜就使用了此類BU，其原理等同于陸地光纜中的三方向光纜分纖盒。波道分離方式功能類似于OTN中OADM設(shè)備，將需分插復(fù)用的上下波道分插復(fù)用下來，在20世紀(jì)90年代末和21世紀(jì)初開始應(yīng)用，經(jīng)歷了3個主要階段，即預(yù)定波長帶濾波器（PWF）的 OADM BU、波長管理單元（WMU） 的 OADM BU、SWMU型可重構(gòu)分插復(fù)用器（SWMU型 ROADM BU）， 各類 BU的工作原理和各類型OADM BU結(jié)構(gòu)如下。

3.1OADM BU的基本原理

OADM BU主要采用光柵器件，對海底光纜系統(tǒng)主干段波道進(jìn)行分插上下到分支段，具體原理詳見圖1所示。

圖1　OADM BU原理圖

OADM BU可以有效的減少系統(tǒng)中光纖的數(shù)量，提高海纜站間通達(dá)效率，降低工程總體投資。OADM BU按照發(fā)展階段和功能可分為PWF型、WMU型、SWMU型和WSS型OADM BU，其中WSS型OADM BU尚在研究中，其結(jié)構(gòu)原理和功能特點(diǎn)均有不同，具體如下。

3.1.1PWF和WMU型OADM的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

早期的PWF型和WMU型OADM BU主要采用基于固定波長和頻譜寬度的光柵器件，需要對網(wǎng)絡(luò)互連架構(gòu)做預(yù)先設(shè)定，在海纜設(shè)計生產(chǎn)時就必須明確上下波道數(shù)量并定制生產(chǎn)，工程后期不可更改上下波道數(shù)量，所以大大的限制了網(wǎng)路的靈活性。PWF型和WMU型OADM BU結(jié)構(gòu)類似，但是PWF型OADM要求上下波道必須在連續(xù)一個波段內(nèi)，而WMU型OADM BU可以最多對4對芯（即8芯）的主干光纜的波道進(jìn)行分插復(fù)用，且可以對多個波段內(nèi)不連續(xù)波道進(jìn)行分插復(fù)用，性能優(yōu)于PWF型OADM BU。

3.1.2SWMU型ROADM BU的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

雖然PWF型和WMU型OADM BU可以滿足上下的需求，但是由于工程建設(shè)完工后上下波帶是固定不可變更的，故不具備陸纜系統(tǒng)OADM的靈活性。因此通過對WMU型OADM改進(jìn)，在2013年可支持3個波道段上下的SWMU型ROADM BU正式商用，仍然使用光柵濾波器上下波道帶，但是通過發(fā)送光控制信號可以在3個預(yù)設(shè)的上下波道帶狀態(tài)間切換，其結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2　SWMU型OADM結(jié)構(gòu)圖

圖2中光開關(guān)間的3個濾波器對應(yīng)3個分插上下波道段狀態(tài)，工程項目實施后，OADM可以在3種分插上下的波道段配置間切換；波長選擇開關(guān)可靈活改變上下波長數(shù)量，但是SWMU最多可以在2對芯（即4芯）的主干光纜的波道進(jìn)行分插復(fù)用，在登陸站分支較多的越洋海纜系統(tǒng)中已大規(guī)模應(yīng)用，比如AAE、NCP和SMW5等海纜中均擬安裝和設(shè)置了SWMU型的ROADM BU。

3.1.3WSS型ROADM BU的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

SWMU型 ROADM BU仍然只是對波道帶進(jìn)行切換，不能像陸纜OTN系統(tǒng)的光交叉單元ROADM那樣對任意單波道進(jìn)行上下。光網(wǎng)絡(luò)的靈活性一直是光通信行業(yè)的一個發(fā)展方向，為具備能對任意波長和任意數(shù)量的波道信號上下的靈活性，海纜系統(tǒng)正在研究使用波長選擇開關(guān)（Wavelength Selective Switch， WSS）型器件的ROADM BU，即類似于陸地OTN傳輸系統(tǒng)光交叉單元ROADM的WSS型ROADM BU，主干東西方向的波道通過波長選擇開關(guān)將任意主干波道上下到分支方向，其結(jié)構(gòu)原理見圖3所示。

圖3　WSS型OADM結(jié)構(gòu)圖

WSS技術(shù)雖然已經(jīng)成熟，例如陸纜OTN傳輸系統(tǒng)中采用WSS技術(shù)構(gòu)建多維度、波長無關(guān)、方向無關(guān)的ROADM已經(jīng)開始商用，但是海纜系統(tǒng)均由海纜登陸站中的電源遠(yuǎn)供設(shè)備（Power Feed Equipment，PFE）通過海纜供電給海中的光放大器和ROADM等設(shè)備，由于PFE功率有限，要求海中設(shè)備功耗和體積越小越好，現(xiàn)有陸纜的WSS型ROADM還需在功耗和體積上做改進(jìn)，以便于海纜系統(tǒng)使用。

（4） OADM BU的比較。幾種OADM BU均是將主干方向波道上下到分支方向，但是其功能和特點(diǎn)仍有較大差異，詳見表1所示。

按照表1幾種OADM BU的比較可知PWF型和WMU型OADM BU可以滿足分支方向上下固定波道的需求，但發(fā)生故障時沒有切換上下波道的功能；SWMU型ROADM BU可滿足一般分支方向靈活上下波道的需求；任意波道均可靈活選擇上下的WSS型ROADM將是未來OADM BU的發(fā)展方向。

3.2FSBU的基本原理

FSBU就是把主干方向光纖物理分纖到分支方向的BU設(shè)備，沒有通過任何光設(shè)備上下波道，按照光纖是否全部上下可以分為FFD BU和PFD BU。FFD BU可認(rèn)為是2個主干方向光纜的合纜接頭盒，并將所有光纖引接至分支站；PFD BU是將部分主干方向光纖上下到分支方向，另外部分主干光纖直通BU，故PFD BU可認(rèn)為是主干光纜的三方向分纖盒。

4　在工程中BU混合應(yīng)用案例及使用建議

BU設(shè)備的設(shè)置和選型均根據(jù)各站間業(yè)務(wù)需求矩陣表統(tǒng)籌考慮，主干段站間的業(yè)務(wù)應(yīng)盡量不在沿途分支站上下，采用直通方式直達(dá)，以保證最小的時延；站間有業(yè)務(wù)需求可考慮設(shè)置BU設(shè)備，當(dāng)業(yè)務(wù)需求量較大且分支段長度較短時可優(yōu)先考慮使用FSBU，否則考慮設(shè)置OADM型BU，為便于靈活調(diào)度，應(yīng)優(yōu)先考慮使用ROADM BU設(shè)備。實際工程中，根據(jù)需求可能會多種BU混合使用，即BU設(shè)備內(nèi)不同光纖對還可能具有不同的BU功能，例如第一對纖芯采用直通方式，第二對纖芯采用光纖上下到分支站，第三對纖芯采用OADM器件上下波道，圖4是在建的亞非歐一號海纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，該海纜系統(tǒng)主干設(shè)計容量達(dá)到32 Tbit/s（4對芯×80波×100 Gbit/s），該工程采用了FSBU、ROADM BU和不同纖芯對混合型BU的方式，圖4中各站用字母表示。

該海纜中BU3A、BU3B和BU1F就是部分光纖上下分支站的FSBU設(shè)備，其他BU均為ROADM BU設(shè)備，ROADM BU具有可調(diào)的波道上下功能，可以滿足多種場景應(yīng)用需要，其應(yīng)用日益廣泛，但OADM BU設(shè)備在工程應(yīng)用時還須注意以下兩點(diǎn)：

表1　OADM BU的對比

圖4　亞非歐一號海纜工程使用FSBU與ROADM BU混合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

歐美部分海纜系統(tǒng)集成商（比如ASN），其SWMU型ROADM設(shè)備是與BU分離設(shè)置的，即BU 和ROAMD在海中是兩個相距幾公里的不同設(shè)備，若是ROADM與BU間發(fā)生光纜故障將會造成主干和分支電路全阻斷，中國和日本的海纜系統(tǒng)集成商均將ROADM集成在BU內(nèi)，避免了此隱患，在工程設(shè)計時應(yīng)督促歐美海纜系統(tǒng)集成商改正其設(shè)計隱患。

現(xiàn)有OADM BU設(shè)備均是通過濾波器選擇上下波道，由于濾波器的上升和下降沿并不是理想中零帶寬，而是具有一定斜度地上升和下降，因此在主干直傳波道與分支上下波道帶間均設(shè)有警戒過渡帶（Guard Band）用于濾波器上升沿和下降沿過渡，警戒過渡帶帶寬約占4個波長間隔，即約1.6 nm（200 GHz）的間隔，過多分支的上下波道帶將使系統(tǒng)波道可用效率降低。例如，若主干方向間有4個OADM BU均占用不同的波道帶，則主干波道帶和分支波道帶共有4個警戒過渡帶，即共約16個波長帶寬不能傳輸信號。按80波帶寬系統(tǒng)計算，則工作波道只有64個，警戒過渡帶波道16個，系統(tǒng)帶寬可用效率只有64÷80=80%，因此在系統(tǒng)設(shè)計時一對光纖對上原則上建議不超過4個OADM BU。

海纜分支單元是海纜系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的設(shè)備之一，合理地設(shè)計和配置海纜分支單元可以簡化系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化海纜路由、增大海纜系統(tǒng)的可用性、減少海纜系統(tǒng)投資、增加靈活調(diào)度波道電路的能力、增強(qiáng)海纜網(wǎng)絡(luò)的安全性，熟練地掌握海纜分支單元的設(shè)計和配置方法能縮短海纜系統(tǒng)故障處理時間，最大限度的維持海纜系統(tǒng)工作，更好地保障海纜系統(tǒng)正常運(yùn)營。

隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，跨洋跨海的通信需求將日益擴(kuò)大，我國的海底光纜工程建設(shè)將日益頻繁，海底光纜的技術(shù)也將不斷更新，新的工程技術(shù)和建設(shè)規(guī)則將不斷更新。

本文僅對海纜光纖分支單元做了闡述說明，實際中纜光纖分支單元的設(shè)計和配置方案還需廣大海纜設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)維人員一起不斷探討，找出最優(yōu)配置和最佳設(shè)計，共同為我國海纜通信事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的光和熱。

參考文獻(xiàn)

［1］ YD/T 5018-2005， 海底光纜數(shù)字傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范［S］.

Introduction of branch unit in submarine network

WEI Peng
（China International Telecommunication Group Designing Institute Co.， Ltd.， Beijing 100079）

AbstractThose are described the working principle and application scenarios of Branch Unit， and the mixed types of Branch Unit are illustrated with the AAE example. Finally， some suggestions are put forward in design of Branch Unit.

Keywordssubmarine network； branch unit； ADM

中圖分類號TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1008-5599（2016）05-0049-04

收稿日期：2016-01-31