CN108604934A - 水下光学线缆海岸着陆装置 - Google Patents
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Abstract
一种光通信装置(100)，包括：海底线缆(105)；第一着陆站和第二着陆站(151、152)，连接到海底线缆(105)的端部的分离器/组合器单元(110)，将分离器/组合器单元(110)分别连接到第一着陆站和第二着陆站(151、152)的第一支腿和第二支腿(101、102)。海底线缆(105)以及第一支腿和第二支腿(101、102)中的每个包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体。分离器/组合器单元(110)可操作以复制通过海底线缆(105)所承载的光信号，在第一支腿和第二支腿(101、102)两者中。第一支腿(101)和第二支腿(102)被配置为经由分离器/组合器单元(110)向海底线缆(105)提供冗余电能量连接。
Description
本发明涉及一种用于将水下光学线缆着陆的装置。
水下光学线缆用于在远距离上提供高带宽数据连接。水下光学线缆通常需要提供电能量，例如沿着该缆向中继器供能，以维持通过该缆承载的光信号。电能量馈送设备(PFE)可以用于向光学线缆提供电能量。电能量可以提供为直流电，因为这是在长距离上能量传输的更有效的方法。
海底线缆的电导体的最大电位通常由在导体与邻近的海水之间绝缘物的击穿电压(例如12kV或15kV)限制。如果在线缆的一端处施加正电压，并且在另一端处施加负电压，则这种线缆的功率处理能力因此最大化。
可能发生分流故障，这导致在线缆的电导体与周围海水之间形成导电路径。这种分流故障可以通过改变在线缆的任何一端处的电势(电位)来减轻，以降低在故障区域中的电压，使得在故障区域中的线缆与周围海水之间的电压差最小。这种改变在线缆的任何一端处的电压的要求与能够实现最大功率处理相矛盾。最大功率处理需要双端馈送：在一端处提供正电压(优选地接近击穿电压)，并且在另一端处提供负电压(优选地接近击穿电压)。调节分流故障需要在线缆的任何一端处有足够的电压余量，以使在故障区域中的电压能够最小化。
这些相矛盾的要求使得很难设计出可靠并且最大化功率处理(这进而能够增加系统数据能力(容量))的解决方案。针对这些问题中的至少一些的解决方案是期望的。
根据本发明的第一方面，提供了光通信装置，包括：海底线缆、第一着陆站和第二着陆站、连接到海底线缆的端部的分离器/组合器单元(SCU)、将分离器/组合器单元分别连接到第一着陆站和第二着陆站的第一支腿和第二支腿。海底线缆以及第一支腿和第二支腿中的每个包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体。分离器/组合器单元可操作以复制通过海底线缆承载的光信号，在第一支腿和第二支腿两者中。第一支腿和第二支腿被配置为经由分离器/组合器单元向海底线缆提供冗余电能量连接。
海底线缆可以是干线(中继，trunk)线缆或分支线缆。
分离器/组合器单元可以安放在至少20m、30m、40m、50m、80m、100m或200m深的水中。分离器/组合器单元可以安放在距离海岸至少1km、2km、5km、10km或20km处。最优选地，组合器单元可以安放在至少50m深的水中(不管距离海岸的距离)，以及最优选地在距离海岸至少5km处(不管深度)。
分离器/组合器可以包括将海底线缆的每个光学纤维连接到第一支腿的纤维和第二支腿的纤维的耦合器。
每个耦合器可以是3dB耦合器。
分离器/组合器单元可以包括开关，该开关可操作以将第一支腿的电导体或第二支腿的电导体连接到海底线缆的电导体。
分离器/组合器单元可以被配置以将第一支腿的电导体或第二支腿的电导体连接到海底线缆的电导体。
该装置还可以包括在第一着陆站与第二着陆站之间的网络通信链路。
该装置还可以包括用于向第一支腿和/或第二支腿的电导体提供电能量的能量馈送设备。
能量馈送设备可以被配置为检测第一支腿和第二支腿两者之一中的分流故障。
该能量馈送设备可以被配置为，当第一支腿正在向海底线缆供应能量时，检测由第二支腿中的分流故障引起的泄漏电流，并且当第二支腿正在向海底线缆供应能量时，检测由第一支腿中的分流故障引起的泄漏电流。
当能量馈送设备不使用第一支腿向海底线缆供应能量时，该能量馈送设备可以被配置为向第一支腿提供测试电压，并且检测由于在第一支腿中的分流故障而由测试电压引起的泄漏电流。当能量馈送设备不使用第二支腿以向海底线缆供应能量时，该能量馈送设备可以被配置为向第二支腿提供测试电压，并且检测由于在第二支腿中的分流故障而由测试电压引起的泄漏电流。
能量馈送设备可以被配置为响应于在第一支腿和第二支腿之一中的分流故障，通过重新配置，经由第一支腿和第二支腿中的另一个向海底线缆供应能量。
分离器/组合器单元可以包括开关，该开关可操作以将第一支腿的电导体或第二支腿的电导体连接到海底线缆的电导体，并且重新配置可以包括操作该开关。
重新配置可以包括对通过能量馈送设备提供电能量的第一支腿和第二支腿中的那一个进行改变。
该装置还可以包括连接到第一着陆站的第一陆地线缆和连接到第二着陆站的第二陆地线缆。第一陆地线缆和第二陆地线缆可以被配置为向至少一个陆地网络节点提供双重冗余数据连接。
根据第二方面，提供了根据第一方面的装置，包括两个以上的着陆站，并且在该装置中海底线缆包括至少两个分支，其中：提供至少一个分离器/组合器单元；为每个分离器/组合器单元提供第一支腿和第二支腿，每个第一支腿和第二支腿包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体；每个分离器/组合器单元可操作以复制其所连接的相应的分支所承载的光信号，在相应的第一支腿和第二支腿中；每个第一支腿和第二支腿被配置为经由对应的分离器/组合器单元向对应的分支提供冗余电能量连接。
在该装置包括多个分支的情况下，可以为分支的着陆点中的一个或多个提供分离器/组合器单元以及双重冗余支腿。
根据第二方面，提供了光学系统，该光学系统包括根据第一方面的第一装置和根据第一方面的第二装置。第一装置的海底线缆是第二装置的海底线缆。第一装置的分离器/组合器单元在海底线缆的第一端部处。分离器/组合器装置在海底线缆的第二端部处。
第一装置的能量馈送设备可以被配置为提供正电压极性，并且第二装置的能量馈送设备可以被配置为提供负电压极性。
正如技术人员将理解的，用于通信的纤维通常是成对的以提供双向通信。在本发明的一些实施方式中，术语“纤维”可以相应地替换为“纤维对”。
分离器/组合器单元可以包括连接到海底线缆的第一端口，以及分别连接到第一支腿和第二支腿的第二端口和第三端口。在第一端口、第二端口和第三端口中的每个处，可以有连接到分离器/组合器单元的相同数量的纤维(或纤维对)。
该装置可以被配置为使得在任何时候只对第一端口、第二端口和第三端口中的两个提供电能量。
现在将参照随附附图描述本发明的实施方式，在随附附图中：
图1是根据实施方式的光学系统的示意图；
图2是根据实施方式的包括回程网络的光学系统的示意图；
图3是根据实施方式的每个纤维对的耦合器/分离器布置的示意图；以及
图4是根据实施方式的具有能量馈送设备转换的系统的示意图，示出只向两个冗余支腿中的一个供能；
参考图1，示出了光学装置100。光学装置100包括线缆区域170，该线缆区域包括海底线缆105。海底线缆包括用于承载通信信号的多个光学纤维的线缆。(多个)中继器120沿着线缆105每相隔一定距离而设置，以维持在光学纤维中的信号功率和质量。
装置100还包括在线缆105的第一端部和第二端部处的两个端部区域160。两个端部区域160包括以类似方式配置的相同的一组特征。每个端部区域160包括分离器/组合器110、第一支腿101和第二支腿102以及第一着陆站151和第二着陆站152。可以在第一着陆站151与第二着陆站152之间提供通信链路，使得在一个着陆站处接收通信中的任何问题都被传送到另一着陆站。通信链路可以适合用于将通信(来自线缆)从一个着陆站转移到另一个。
分离器/组合器110将线缆105连接到第一支腿101和第二支腿102中的每个。第一支腿101将分离器/组合器110连接到第一着陆站151，并且第二支腿102将分离器/组合器110连接到第二着陆站152。海岸的位置由130表示。
第一支腿101和第二支腿102各包括具有多个光学纤维的线缆，并且分离器/组合器110被配置为将来自线缆105的每个光学纤维的光信号耦合到第一支腿101和第二支腿102的每个中对应的光学纤维中。从而第一支腿101和第二支腿102提供了从海底线缆105到着陆终端151、152的双重冗余光通信路径。
在适当的情况下，可以在第一支腿101和/或第二支腿102中提供中继器120，例如在第一支腿101和/或第二支腿102长的情况下。
此外，第一支腿101和第二支腿102各包括电导体，适合用于向线缆105供应电能量。提供能量馈送设备140，以用于经由第一支腿101和第二支腿102两者之一向线缆105供应电能量。从而第一支腿101和第二支腿102向海底线缆105提供双重冗余电能量供应。
分离器/组合器110可以位于相对深的水和/或可以离岸相对远(例如，多于50m深和/或离岸多于8km)。分离器/组合器110可以位于远离可能有拖网渔船和锚撞击的位置。从而分离器/组合器110或线缆105两者之一的损坏的可能性可以最小。统计表明，海底通信线缆80％以上的损坏产生在浅水中(例如，由于捕捞作业或拖锚(走锚))。
本发明的实施方式提供了冗余，使得在第一支腿101或第二支腿102两者之一的故障事件中，海底线缆105继续从另一支腿101、102接收电能量，并且向海岸通信的任何中断都最小。
水下通信系统通常受到可用功率的限制。因此，水下通信系统的能力(容量)可以随着可用功率缩放。由电导体输送的功率与驱动电流通过导体的电位差的平方成比例。如上所述，最大电压(相对于地面)通过围绕电导体的绝缘物的击穿电压施加。因此，在水下通信系统情况下，通过在一端处提供正电压(相对于地面)并且在另一端提供负电压(相对于地面)而提供电流通过海底线缆是非常有利的。这可以称为“双端馈送”。
本发明的实施方式允许双端能量馈送，同时仍使系统能够对分流故障做出响应。
在第一支腿101或第二支腿102二者之一中发生分流故障的事件中(导致导体与海水之间的电流短路)，系统可以重新配置，以使用另一支腿101、102供应电能量。
在一些实施方式中，第一支腿101可以是主支腿，该支腿在正常操作(故障之前)的情况下(经由分离器/组合器110)向线缆105提供电能量。在第一支腿101的故障事件的情况下，能量馈送设备140可以检测该故障。能量馈送设备140可以配置为移除或降低施加到第一支腿101的电馈送电压，并且代替为经由第二支腿102提供电能量。在这种布置中，能量馈送设备140可以被配置为确保在任何给定的时间处只有第一支腿101和第二支腿102中的一个承载电能量。该方法使第一支腿101和第二支腿102的电导体能够具有到线缆105的电导体的固定的电连接。这种固定的电连接避免了对分离器/组合器110中的高电压开关设备的需要，提高了可靠性并且降低了成本。此外，在分离器/组合器处生成氢气的风险可以大幅降低，否则这可能是有问题的，在三个电地供能的线缆之间的接头处(在任何给定的时间处只对一条支腿供能)。
能量馈送设备140可以配置为检测无供能支腿中的故障。能量馈送设备140可以配置为向无供能支腿提供测试电压。测试电压可以低于向线缆提供能量所需的电压，并且可以，例如，小于1000V、500V、400V、200V或100V、50V、20V或10V。能量馈送设备140可以配置为检测无供能支腿中分流失效导致的泄漏电流。这可以是有用的，因为这种失效否则不会被检测到，直到需要无供能支腿(例如，由于供能支腿中的失效)。
参考图4，在一些实施方式中，分离器/组合器单元110可以包括电开关115，该电开关用于控制第一支腿101和第二支腿102中的哪一个电连接到线缆105。在图4的实例中，第一支腿101包括第一中继器121，并且第二支腿102包括第二中继器122。能量馈送设备包括与第一支腿101和第二支腿102中的每个相关联的能量馈送设备单元140。
在该实例中，第一支腿101可以是主支腿：开关115通常可以在图4中示出的位置。当第一支腿101中的能量馈送设备检测到故障时，能量馈送设备单元140可以停止向第一支腿101馈送能量，并且在转换开关115以将第二支腿102连接到线缆101的同时，开始向第二支腿102馈送能量。
线缆105可以包括第一中继器123和第二中继器124(并且可以包括更多中继器，未示出)，这些中继器通过对线缆101的电供应而被供能。
图3示出了光耦合器的适当布置，用于将由一对线缆光学纤维201承载的光信号耦合到第一支腿202和第二支腿203的光学纤维中。第一3dB耦合器211被布置成将从第一支腿和第二支腿朝向线缆传播的光信号组合，并且第二3dB耦合器被布置成将从线缆朝向第一支腿和第二支腿传播的光信号分离。如在本领域众所周知的，3dB耦合器是将来自输入端口的功率在两个输出端口之间(平均地)分离或者将来自两个输入端口的功率在输出端口处(平均地)组合的耦合器。
具有耦合器的布置避免了在分离器/组合器中进行光转换的需要，降低了成本以及提高了可靠性。
如图2示出的，双重冗余通信结构可以延伸成包括陆基网络节点。该示例性实施方式包括图1实施方式的端部，并且还包括陆基节点156、157。可以经由第一支腿101或第二支腿102向每个陆基节点156、157提供双重冗余数据连接，使得在着陆站151、152与陆基节点156、157之间的通信链路中的故障不会导致通信中断。例如，如果在与第一支腿101相关联的着陆站151与第一陆基节点156之间的链路失效，则第一陆基节点156可以继续经由连接至第二陆基节点157的网络接收通信。
本发明的实施方式促进了水下网络的能力的提高，通过促进双端能量馈送，而没有由于单点分流失效而导致整个网络失效的伴随可能性。通过本发明的实施方式，可以容许在浅水/海岸附近的单点失效(重大的通信中断)。由于水下网络的能力随着通过在系统上的能量馈送所施加的电位差的平方而增加，通过在可靠性势必被优先考虑的情况下促进双端馈送，实施方式使网络能力能够成四倍。
在一些实施方式中，该系统可以包括两个以上的着陆站。例如，可以提供至少一个分支单元，以便经由多个单独的分支将海底线缆的至少一些光学纤维着陆在不同的着陆站处。可以提供至少一个分离器/组合器单元。可以为每个分离器/组合器单元提供第一支腿和第二支腿。每个第一支腿和第二支腿可以包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体。每个分离器/组合器单元可以可操作以复制所连接的相应的分支所承载的光信号，在相应的第一支腿和第二支腿中。每个第一支腿和第二支腿可以被配置为经由相应的分离器/组合器单元向相应的分支提供冗余电能量连接。
虽然已经描述了多个示例性实施方式，但是多个变化和修改将是显而易见的，这有意地在随附的权利要求的范围内。
Claims (18)
1.一种光通信装置，包括：海底线缆；第一着陆站和第二着陆站，连接到所述海底线缆的端部的分离器/组合器单元，将所述分离器/组合器单元分别连接到所述第一着陆站和第二着陆站的第一支腿和第二支腿；
其中：
所述海底线缆以及第一支腿和第二支腿中的每个包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体；
所述分离器/组合器单元可操作以复制通过所述海底线缆所承载的光信号，在所述第一支腿和第二支腿两者中；
所述第一支腿和第二支腿被配置为经由所述分离器/组合器单元向所述海底线缆提供冗余电能量连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述分离器/组合器单元安放在至少50m深的水中，和/或距离海岸至少5km。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述分离器/组合器包括将所述海底线缆的每个光学纤维连接到所述第一支腿的纤维和所述第二支腿的纤维的耦合器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，每个耦合器是3dB耦合器。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述分离器/组合器单元包括开关，所述开关可操作以将所述第一支腿的电导体或所述第二支腿的电导体连接到所述海底线缆的电导体。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述分离器/组合器单元被配置以将所述第一支腿的电导体或所述第二支腿的电导体连接到所述海底线缆的电导体。
7.根据任一前述权利要求所述的装置，还包括在所述第一着陆站与第二着陆站之间的网络通信链路。
8.根据任一前述权利要求所述的装置，还包括用于向所述第一支腿和/或第二支腿的电导体提供电能量的能量馈送设备。
9.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述能量馈送设备被配置以检测所述第一支腿和第二支腿两者之一中的分流故障。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述能量馈送设备被配置为，当所述第一支腿正在向所述海底线缆供应能量时，检测由所述第二支腿中的分流故障引起的泄漏电流，并且当所述第二支腿正在向所述海底线缆供应能量时，检测由所述第一支腿中的分流故障引起的泄漏电流。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中：
当所述能量馈送设备不使用所述第一支腿向所述海底线缆供应能量时，所述能量馈送设备被配置为向所述第一支腿提供测试电压，并且检测由于在所述第一支腿中的分流故障而由所述测试电压引起的泄漏电流；以及
当所述能量馈送设备不使用所述第二支腿向所述海底线缆供应能量时，所述能量馈送设备被配置为向所述第二支腿提供测试电压，并且检测由于在所述第二支腿中的分流故障而由所述测试电压引起的泄漏电流。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，所述能量馈送设备被配置为，响应于在所述第一支腿和第二支腿之一中的分流故障，通过重新配置，以经由所述第一支腿和第二支腿中的另一个向所述海底线缆供应能量。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述分离器/组合器单元包括开关，所述开关可操作以将所述第一支腿的电导体或所述第二支腿的电导体连接到所述海底线缆的电导体，并且重新配置包括操作所述开关。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其中，重新配置包括对通过所述能量馈送设备提供电能量的所述第一支腿和第二支腿中的那一个进行改变。
15.根据任一前述权利要求所述的装置，还包括连接到所述第一着陆站的第一陆地线缆和连接到所述第二着陆站的第二陆地线缆，所述第一陆地线缆和第二陆地线缆被配置为向至少一个陆地网络节点提供双重冗余数据连接。
16.根据任一前述权利要求所述的装置，包括两个以上的着陆站，并且其中所述海底线缆包括至少两个分支，其中：
提供至少一个分离器/组合器单元；
为每个分离器/组合器单元提供第一支腿和第二支腿，每个第一支腿和第二支腿包括用于承载光通信的光学纤维和用于承载电能量的电导体；
每个分离器/组合器单元可操作以复制由其所连接的相应的分支所承载的光信号，在相应的第一支腿和第二支腿中；
每个第一支腿和第二支腿被配置为经由相应的分离器/组合器单元向相应的分支提供冗余电能量连接。
17.一种光学系统，包括根据任一前述权利要求的第一装置，以及根据任一前述权利要求的第二装置，其中所述第一装置的海底线缆是所述第二装置的海底线缆，并且所述第一装置的分离器/组合器单元在所述海底线缆的第一端部处，并且所述分离器/组合器装置在所述海底线缆的第二端部处。
18.根据权利要求14所述的系统，包括权利要求8的主题，其中，所述第一装置的能量馈送设备被配置为提供正电压极性，并且所述第二装置的能量馈送设备被配置为提供负电压极性。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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