魏澎（中国通信建设集团设计院有限公司，北京 100079）



海缆分支单元设备应用探讨

魏澎
（中国通信建设集团设计院有限公司，北京 100079）

摘 要本文将介绍海缆分支单元设备工作原理和应用场景， 并举例说明海缆分支单元混合应用案例，对最常用的光分插复用型海缆分支单元提出使用建议。

关键词海缆；分支单元设备；分插复用

1　引言

随着我国对外交流合作日益紧密，海缆系统成为当前国际间主流通信传送手段，海缆的建设项目和日常维护活动将越来越频繁。海缆系统按照业务需求点数量多少和地理分布的不同，其结构可分为简单的链形、环形和树形，其中树形结构是最为普遍的一种结构，也称为鱼骨形结构。通过在路由分歧点设置海缆分支单元（Branch Unit，BU），可分离通信电路通达方向，减少海缆路由长度，节省了工程投资，增加了波道灵活调度的能力，因此海缆分支单元设备在海缆系统中得到广泛应用，下面将介绍海缆分支单元的分类、工作原理和工程应用。

2　BU的分类

在光传输层面，BU可以按功能不同来分类。BU在光传输层面上的功能是分离电路通达不同方向，按照分离波道和光纤的方式不同可分为光纤分支单元（Fibers Splitter BU，FSBU）和光分插复用分支单元（OADM BU）两类，其中光分插复用分支单元OADM BU还可细分为可重构波道分插复用分支器（ROADM BU）和固定波道分插复用分支器（NROADM BU），光纤分支单元（FSBU）包括全光纤分支单元（Full Fiber Drop BU，FFD BU）和部分光纤分支单元（Part Fiber Drop BU，PFD BU）。

若将海缆每对光纤比做高速公路，主干段光纤连接的海缆登陆站就是高速公路起始城市，分支段海缆登陆站就是高速公路沿途开口城市，BU设备是海缆系统的分歧点，可认为是高速公路至沿途城区的收费站，FSBU就像不能直通的高速公路，必须在沿途城市中转一下再上高速公路，OADM BU就是可直通也可下到沿途分支站的高速公路收费站，ROADM BU就是可以根据车流大小调整直通和上下车道的智能收费站。

3　光传输层面上BU工作原理和结构特点

BU在光传输层面上分离电路时，有物理光纤分离和波道分离两种方式，在海缆系统中均有实际应用，其中物理光纤分离方式早在20世纪80年代和90年代就有应用，比如SEA-ME-WE 3和中美海缆就使用了此类BU，其原理等同于陆地光缆中的三方向光缆分纤盒。波道分离方式功能类似于OTN中OADM设备，将需分插复用的上下波道分插复用下来，在20世纪90年代末和21世纪初开始应用，经历了3个主要阶段，即预定波长带滤波器（PWF）的 OADM BU、波长管理单元（WMU） 的 OADM BU、SWMU型可重构分插复用器（SWMU型 ROADM BU）， 各类 BU的工作原理和各类型OADM BU结构如下。

3.1OADM BU的基本原理

OADM BU主要采用光栅器件，对海底光缆系统主干段波道进行分插上下到分支段，具体原理详见图1所示。

图1　OADM BU原理图

OADM BU可以有效的减少系统中光纤的数量，提高海缆站间通达效率，降低工程总体投资。OADM BU按照发展阶段和功能可分为PWF型、WMU型、SWMU型和WSS型OADM BU，其中WSS型OADM BU尚在研究中，其结构原理和功能特点均有不同，具体如下。

3.1.1PWF和WMU型OADM的结构原理和特点

早期的PWF型和WMU型OADM BU主要采用基于固定波长和频谱宽度的光栅器件，需要对网络互连架构做预先设定，在海缆设计生产时就必须明确上下波道数量并定制生产，工程后期不可更改上下波道数量，所以大大的限制了网路的灵活性。PWF型和WMU型OADM BU结构类似，但是PWF型OADM要求上下波道必须在连续一个波段内，而WMU型OADM BU可以最多对4对芯（即8芯）的主干光缆的波道进行分插复用，且可以对多个波段内不连续波道进行分插复用，性能优于PWF型OADM BU。

3.1.2SWMU型ROADM BU的结构原理和特点

虽然PWF型和WMU型OADM BU可以满足上下的需求，但是由于工程建设完工后上下波带是固定不可变更的，故不具备陆缆系统OADM的灵活性。因此通过对WMU型OADM改进，在2013年可支持3个波道段上下的SWMU型ROADM BU正式商用，仍然使用光栅滤波器上下波道带，但是通过发送光控制信号可以在3个预设的上下波道带状态间切换，其结构原理见图2。

图2　SWMU型OADM结构图

图2中光开关间的3个滤波器对应3个分插上下波道段状态，工程项目实施后，OADM可以在3种分插上下的波道段配置间切换；波长选择开关可灵活改变上下波长数量，但是SWMU最多可以在2对芯（即4芯）的主干光缆的波道进行分插复用，在登陆站分支较多的越洋海缆系统中已大规模应用，比如AAE、NCP和SMW5等海缆中均拟安装和设置了SWMU型的ROADM BU。

3.1.3WSS型ROADM BU的结构原理和特点

SWMU型 ROADM BU仍然只是对波道带进行切换，不能像陆缆OTN系统的光交叉单元ROADM那样对任意单波道进行上下。光网络的灵活性一直是光通信行业的一个发展方向，为具备能对任意波长和任意数量的波道信号上下的灵活性，海缆系统正在研究使用波长选择开关（Wavelength Selective Switch， WSS）型器件的ROADM BU，即类似于陆地OTN传输系统光交叉单元ROADM的WSS型ROADM BU，主干东西方向的波道通过波长选择开关将任意主干波道上下到分支方向，其结构原理见图3所示。

图3　WSS型OADM结构图

WSS技术虽然已经成熟，例如陆缆OTN传输系统中采用WSS技术构建多维度、波长无关、方向无关的ROADM已经开始商用，但是海缆系统均由海缆登陆站中的电源远供设备（Power Feed Equipment，PFE）通过海缆供电给海中的光放大器和ROADM等设备，由于PFE功率有限，要求海中设备功耗和体积越小越好，现有陆缆的WSS型ROADM还需在功耗和体积上做改进，以便于海缆系统使用。

（4） OADM BU的比较。几种OADM BU均是将主干方向波道上下到分支方向，但是其功能和特点仍有较大差异，详见表1所示。

按照表1几种OADM BU的比较可知PWF型和WMU型OADM BU可以满足分支方向上下固定波道的需求，但发生故障时没有切换上下波道的功能；SWMU型ROADM BU可满足一般分支方向灵活上下波道的需求；任意波道均可灵活选择上下的WSS型ROADM将是未来OADM BU的发展方向。

3.2FSBU的基本原理

FSBU就是把主干方向光纤物理分纤到分支方向的BU设备，没有通过任何光设备上下波道，按照光纤是否全部上下可以分为FFD BU和PFD BU。FFD BU可认为是2个主干方向光缆的合缆接头盒，并将所有光纤引接至分支站；PFD BU是将部分主干方向光纤上下到分支方向，另外部分主干光纤直通BU，故PFD BU可认为是主干光缆的三方向分纤盒。

4　在工程中BU混合应用案例及使用建议

BU设备的设置和选型均根据各站间业务需求矩阵表统筹考虑，主干段站间的业务应尽量不在沿途分支站上下，采用直通方式直达，以保证最小的时延；站间有业务需求可考虑设置BU设备，当业务需求量较大且分支段长度较短时可优先考虑使用FSBU，否则考虑设置OADM型BU，为便于灵活调度，应优先考虑使用ROADM BU设备。实际工程中，根据需求可能会多种BU混合使用，即BU设备内不同光纤对还可能具有不同的BU功能，例如第一对纤芯采用直通方式，第二对纤芯采用光纤上下到分支站，第三对纤芯采用OADM器件上下波道，图4是在建的亚非欧一号海缆网络拓扑图，该海缆系统主干设计容量达到32 Tbit/s（4对芯×80波×100 Gbit/s），该工程采用了FSBU、ROADM BU和不同纤芯对混合型BU的方式，图4中各站用字母表示。

该海缆中BU3A、BU3B和BU1F就是部分光纤上下分支站的FSBU设备，其他BU均为ROADM BU设备，ROADM BU具有可调的波道上下功能，可以满足多种场景应用需要，其应用日益广泛，但OADM BU设备在工程应用时还须注意以下两点：

表1　OADM BU的对比

图4　亚非欧一号海缆工程使用FSBU与ROADM BU混合应用网络拓扑图

欧美部分海缆系统集成商（比如ASN），其SWMU型ROADM设备是与BU分离设置的，即BU 和ROAMD在海中是两个相距几公里的不同设备，若是ROADM与BU间发生光缆故障将会造成主干和分支电路全阻断，中国和日本的海缆系统集成商均将ROADM集成在BU内，避免了此隐患，在工程设计时应督促欧美海缆系统集成商改正其设计隐患。

现有OADM BU设备均是通过滤波器选择上下波道，由于滤波器的上升和下降沿并不是理想中零带宽，而是具有一定斜度地上升和下降，因此在主干直传波道与分支上下波道带间均设有警戒过渡带（Guard Band）用于滤波器上升沿和下降沿过渡，警戒过渡带带宽约占4个波长间隔，即约1.6 nm（200 GHz）的间隔，过多分支的上下波道带将使系统波道可用效率降低。例如，若主干方向间有4个OADM BU均占用不同的波道带，则主干波道带和分支波道带共有4个警戒过渡带，即共约16个波长带宽不能传输信号。按80波带宽系统计算，则工作波道只有64个，警戒过渡带波道16个，系统带宽可用效率只有64÷80=80%，因此在系统设计时一对光纤对上原则上建议不超过4个OADM BU。

海缆分支单元是海缆系统中最为关键的设备之一，合理地设计和配置海缆分支单元可以简化系统设计、优化海缆路由、增大海缆系统的可用性、减少海缆系统投资、增加灵活调度波道电路的能力、增强海缆网络的安全性，熟练地掌握海缆分支单元的设计和配置方法能缩短海缆系统故障处理时间，最大限度的维持海缆系统工作，更好地保障海缆系统正常运营。

随着我国海洋经济的发展，跨洋跨海的通信需求将日益扩大，我国的海底光缆工程建设将日益频繁，海底光缆的技术也将不断更新，新的工程技术和建设规则将不断更新。

本文仅对海缆光纤分支单元做了阐述说明，实际中缆光纤分支单元的设计和配置方案还需广大海缆设计、建设和运维人员一起不断探讨，找出最优配置和最佳设计，共同为我国海缆通信事业的发展贡献自己的光和热。

参考文献

［1］ YD/T 5018-2005， 海底光缆数字传输系统工程设计规范［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

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）05-0049-04

收稿日期：2016-01-31