DE112015006025T5

DE112015006025T5 - Lokal betriebenes optisches kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE112015006025T5
Application number: DE112015006025.1T
Authority: DE
Inventors: Joseph Freeland; Valey Kamalov; Andrew Metcalf
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2017-10-05
Also published as: DK3248308T3; EP3248308A4; KR20190051089A; JP2018506229A; KR101978734B1; CN107210817B; JP2019193277A; US20170093514A1; EP3598671A1; JP6748264B2; JP6538180B2; US20160211918A1; WO2016118232A1; GB2548769A; CN110601765B; CN107210817A; US9893834B2; GB2548769B; US9559776B2; KR20170136497A

Abstract

Ein optisches System (100) für ein lokal betriebenes optisches Kommunikationsnetzwerk enthält ein erste Trunk-Endgerät (110), das ein optisches Signal (105, 105c) emittiert, ein zweites Trunk-Endgerät (120), das das optische Signal empfängt, einen Kommunikations-Trunk (102, 102c), eine Zwischeneinheit (151) und eine Energiequelle (160). Der Kommunikations-Trunk ist entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet und koppelt das erste Trunk-Endgerät mit dem zweiten Trunk-Endgerät. Die Zwischeneinheit ist mit dem Kommunikations-Trunk zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät verbunden. Die Zwischeneinheit empfängt das emittierte optische Signal vom ersten Trunk-Endgerät, verstärkt das empfangene optische Signal und sendet das verstärkte optische Signal zum zweiten Trunk-Endgerät. Die Energiequelle betreibt die Zwischeneinheit bzw. versorgt diese mit Energie.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein lokal betriebene bzw. mit Energie versorgte optische Kommunikationsnetzwerke, wie durch Verwenden von Energiequellen entlang einem transatlantischen Glasfaserkabel.
HINTERGRUND
Unterseeische optische Kommunikationskabel sind auf den Meeresboden gelegte optische Kabel, die landbasierte Stationen verbinden. Die optischen Kommunikationskabel übertragen Signale über das Meer, was eine Kabelkommunikation über das Meer zwischen verschiedenen Kontinenten zulässt. Jedes transatlantische unterseeische optische Kabel enthält mehrere (bis zu acht) Paare von Fasern; jedes Paar hat eine Faser in jeder Richtung. Das unterseeische optische Kommunikationskabel ist in mehrere Abschnitte aufgeteilt, wobei jeder Abschnitt mit dem anderen Abschnitt durch einen unterseeischen Repeater bzw. Zwischenverstärker verbunden ist. Wenn die Signale über das Meer übertragen werden, können die Signale einiges von ihrer Energie verlieren. Jeder unterseeische Repeater umfasst mehrere Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFA), und zwar einen Verstärker für das Signal in jeder Richtung jeder Faser. Jeder EDFA hat eine Verstärkung, die ausreichend ist, um den Verlust zu kompensieren, der durch das Signal während seiner Übertragung im vorherigen Faserabschnitt erfahren wird. Eine typische Länge eines Kabel-(d. h. Faser-)abschnitts zwischen Repeatern ist etwa 60 km. Ein typisches Kabel über den Pazifik mit einer Länge von 10000 km hat etwa 150–180 Repeater. Daher stellen die Repeater sicher, dass die landbasierte Station, die das Signal von einer anderen landbasierten Station empfängt, das Signal versteht. Anders ausgedrückt erhöhen die Repeater die Energie des Signals, um irgendeinen Verlust während der Signalübertragung zu kompensieren. Die erhöhte Energie setzte sich deshalb zu einer höheren Kapazität um, weil, um so komplexere Signale von einer landbasierten Station zu einer anderen gesendet werden können, je klarer und präziser das optische Signal ist.
Nimmt man Bezug auf 1, enthält ein optisches Kommunikationssystem 10 ein erstes und ein zweites Trunk-Endgerät 110, 120 (auf die auch als Stationen Bezug genommen wird), die mit einem Kommunikations-Trunk 102 gekoppelt sind. Der Kommunikations-Trunk kann einen oder mehrere Repeater 150 enthalten. Die Repeater 150 werden durch einen konstanten Strom, typischerweise ein Ampere pro Leistungs- bzw. Energieversorgungseinrichtung, wie z. B. eine am Ufer bzw. an der Küste angeordnete Energiequelle 112, betrieben. Aufgrund des spezifischen elektrischen Widerstands von nicht Null von Kupfer fällt selbst bei einem Leiter mit großem Kupferbereich mit einem elektrischen Widerstand von so niedrig wie 1 Ohm/Kilometer eine Energieversorgungsspannung bei jedem Kabelabschnitt um 60 Volt ab, so dass etwa die Hälfte der Energieversorgungsspannung aufgrund von Wärmedissipation in Kupfer für ein transpazifisches Kabel verloren wird. Bei einigen Beispielen kann jede Energiequelle 112 eine Energieversorgungsspannung von bis zu 15 Kilovolt zur Verfügung stellen. Eine weitere Erhöhung einer Energieversorgungsspannung auf höher als 15 kV kann in einem Fehler bzw. Ausfall während des Betriebs eines Kabels resultieren, welches eine Lebensdauer von 25 Jahren hat. Die Energieversorgungseinrichtung 112 betreibt die Repeater 150 durch ein Energiekabel 113, wie beispielsweise ein Kupferkabel. Bei einem Verlust der Hälfte einer Energieversorgungsspannung aufgrund der Wärmedissipation in einem Kupferkabel und aufgrund einer großen Anzahl von Repeatern, nämlich 150–180, ist ein Spannungsabfall bei jedem Repeater auf unter 50 Volt begrenzt. Eine typische Ausgangsleistung, die in eine unterseeische Faser eingeführt ist, ist 17 dbm (50 mW) für jede Richtung. Unter der Annahme einer hocheffizienten Umwandlung von elektrisch in optisch von 30% in einem Diodenlaser und einer 10%-Effizienz eines durch einen Diodenlaser gepumpten EDFA erfordert jeder EDFA etwa 2 Volt Energieabfall bei einem konstanten Strom von 1 A. Somit begrenzt eine Energieversorgungsspannung von 50 V pro Repeater die Anzahl von EDFAs im Repeater auf 20–25, d. h. dass eine Verlustkompensation für nicht mehr als 10–12 Faserpaare unterstützt wird. Die meisten von heutigen unterseeischen Kabeln haben sechs Faserpaare. Somit begrenzt die Energieversorgung von Repeatern von den Küsten aus ein Anwachsen einer Kapazität von transozeanischen unterseeischen Kabeln weiter.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit den Beschränkungen von herkömmlichen transozeanischen Glasfaserkabeln ohne den Nachteil von begrenzter bzw. beschränkter Energie und Bandbreite. Ein Mechanismus zum Überwinden der aktuellen Beschränkungen besteht in der Verwendung von Energiequellen entlang dem Kommunikations-Trunk, der sich über einen Ozean erstreckt.
Ein Aspekt der Offenbarung stellt ein optisches System für ein lokal betriebenes optisches Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung. Das optische System enthält ein erstes Trunk-Endgerät, das ein optisches Signal emittiert, ein zweites Trunk-Endgerät, das das optische Signal empfängt, einen Kommunikations-Trunk, eine Zwischeneinheit und eine Energiequelle. Der Kommunikations-Trunk ist entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet und koppelt das erste Trunk-Endgerät mit dem zweiten Trunk-Endgerät. Der Kommunikations-Trunk überträgt das optische Signal vom ersten Trunk-Endgerät zum zweiten Trunk-Endgerät. Die Zwischeneinheit ist mit dem Kommunikations-Trunk zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät verbunden. Die Zwischeneinheit empfängt das emittierte optische Signal vom ersten Trunk-Endgerät, verstärkt das empfangene optische Signal und sendet das verstärkte optische Signal zum zweiten Trunk-Endgerät. Die Energiequelle ist mit der Zwischeneinheit verbunden und betreibt diese bzw. versorgt diese mit Energie. Die Energiequelle ist bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet.
Implementierungen der Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale enthalten. Bei einigen Implementierungen enthält die Zwischeneinheit einen durch die Energiequelle betriebenen Laser, der eine optische Ausgabe emittiert, und einen optischen Kombinator in Kommunikation mit dem Laser und dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät. Der optische Kombinator bzw. LWL-Kombinator enthält ein Empfangen des optischen Signals vom ersten Trunk-Endgerät und der optischen Ausgabe vom Laser, verstärkt das optische Signal durch Kombinieren des optischen Signals vom ersten Trunk-Endgerät und der optischen Ausgabe vom Laser und gibt das verstärkte Signal zum zweiten Trunk-Endgerät aus.
Bei einigen Beispielen enthält der optische Kombinator einen optischen Verstärker, einen optischen Kombinator/Verteiler bzw. Kombinator/Splitter oder einen optischen Abzweigmultiplexer bzw. Add/Drop-Multiplexer. Das System kann weiterhin eine optische Faser enthalten, die den optischen Kombinator und den Laser verbindet und die optische Ausgabe vom Laser zum optischen Kombinator überträgt. Der optische Kombinator kann einen Wellenlängensplitter enthalten, um eine Raman-Verstärkung in einer unterseeischen Faser oder einem Erbium-dotierten Faserverstärker zu ermöglichen.
Das System kann ein Kabel für elektrische Energie enthalten, das die Energiequelle und die Zwischeneinheit koppelt und die Zwischeneinheit mit Energie versorgt bzw. betreibt. Die Zwischeneinheit kann einen optischen Kommunikationsverstärker oder optischen Regenerator enthalten, um eine Qualität eines optischen Kommunikationssignals zu verbessern. Die Energiequelle kann eine Windenergiequelle, einen Wellenenergiequelle, eine Solarenergiequelle, eine thermoelektrische Energiequelle oder eine Brennstoffenergiequelle enthalten.
Bei einigen Beispielen enthält das System eine Verzweigungseinheit, die entlang dem Kommunikations-Trunk angeordnet ist, und koppelt eine Verzweigungsendgerät mit dem Kommunikations-Trunk. Die Verzweigungseinheit enthält einen optischen Add/Drop-Multiplexer, der ein erstes Filter enthält, das ein erstes Band von Wellenlängen eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment filtert, und ein zweites Filter, das ein zweites Band von Wellenlängen des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment filtert. Das zweite Band von Wellenlängen überlagert das erste Band von Wellenlängen in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat. Das erste Band von Wellenlängen kann einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthalten und das zweite Band von Wellenlängen enthält einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment.
Das erste Band von Wellenlängen kann ein gesamtes Überlagerungsband von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthalten und das zweite Band von Wellenlängen schließt das Überlagerungsband von Wellenlängen von dem zweiten Kommunikationssegment aus. Das Überlagerungsband von Wellenlängen kann gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen enthalten. Das erste Filter und/oder das zweite Filter können/kann ein Überlagerungsband von Wellenlängen des Kommunikationsspektrums mit fester Größe zur Verfügung stellen. Das erste Filter und/oder das zweite Filter können/kann einstellbar sein, um ein Überlagerungsband von Wellenlängen des Kommunikationsspektrums mit variabler Größe zur Verfügung zu stellen. Ein Filtern kann ein Zuführen, ein Abführen und/oder ein Wiederverwenden von Wellenlängen enthalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein Verfahren für ein lokal betriebenes optisches Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung. Das Verfahren enthält ein Emittieren eines optischen Signals von einem ersten Trunk-Endgerät in einen Kommunikations-Trunk, der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist. Der Kommunikations-Trunk koppelt das erste Trunk-Endgerät mit dem zweiten Trunk-Endgerät und überträgt das optische Signal vom ersten Trunk-Endgerät zum zweiten Trunk-Endgerät. Das Verfahren enthält weiterhin ein Empfangen des optischen Signals bei einer Zwischeneinheit zwischen dem ersten Trunk-Endgerät und dem zweiten Trunk-Endgerät. Die Zwischeneinheit ist mit dem Kommunikations-Trunk zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät verbunden. Die Zwischeneinheit wird durch eine Energiequelle mit Energie versorgt bzw. betrieben, die bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet ist. Das Verfahren enthält weiterhin ein Verstärken des empfangenen optischen Signals bei der Zwischeneinheit und sendet das verstärkte optische Signal von der Zwischeneinheit zum zweiten Trunk-Endgerät.
Bei einigen Implementierungen enthält ein Verstärken des empfangenen optischen Signals ein Kombinieren einer optischen Ausgabe von einem Laser der Zwischeneinheit mit dem empfangenen optischen Signal. Das Verfahren kann weiterhin eine optische Regeneration bei der Zwischeneinheit enthalten, um eine Qualität eines optischen Signals zu verbessern. Beispielsweise kann ein optischer Regenerator das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandeln, das elektrische Signal verarbeiten und das elektrische Signal in das verstärkte optische Signal umwandeln. Die Zwischeneinheit kann weiterhin einen Laser enthalten, der durch die Energiequelle mit Energie versorgt bzw. betrieben wird und eine optische Ausgabe emittiert, und einen optischen Kombinator in Kommunikation mit dem Laser und dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät. Der optische Kombinator kann ein Empfangen des optischen Signals vom ersten Trunk-Endgerät und der optischen Ausgabe vom Laser, ein Verstärken des optischen Signals durch Kombinieren des optischen Signals vom ersten Trunk-Endgerät und der optischen Ausgabe vom Laser und ein Ausgeben des verstärkten Signals zum zweiten Trunk-Endgerät enthalten. Die Energiequelle kann eine von einer Wellenenergiequelle, einer Solarenergiequelle, einer thermoelektrischen Energiequelle oder einer Brennstoffenergiequelle enthalten.
Bei einigen Beispielen enthält das Verfahren, bei einer Verzweigungseinheit in Kommunikation mit der Zwischeneinheit, ein Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment und, bei der Verzweigungseinheit, ein Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen eines Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment. Das zweite Band von Wellenlängen überlagert das erste Band von Wellenlängen in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band. Das Überlagerungsband hat eine variable Größe. Das erste Band von Wellenlängen kann einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthalten und das zweite Band von Wellenlängen enthält einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment. Das Überlagerungsband von Wellenlängen kann gemeinsame Wellenlängen zwischen einen spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen enthalten.
Noch ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt ein zweites Verfahren für ein lokal betriebenes optisches Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung. Das Verfahren enthält ein Empfangen eines optischen Signals bei einer Zwischeneinheit, die mit einem Kommunikations-Trunk verbunden ist, der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist, wobei die Zwischeneinheit ein erstes Trunk-Endgerät mit einem zweiten Trunk-Endgerät koppelt. Das Verfahren enthält weiterhin ein Verstärken des empfangenen optischen Signals bei der Zwischeneinheit durch Injizieren von Licht in den Kommunikations-Trunk. Die Zwischeneinheit enthält einen optischen Kombinator, der mit dem Kommunikations-Trunk verbunden ist, und einen Laser in optischer Kommunikation mit dem optischen Kombinator, welcher Laser eine optische Ausgabe zum optischen Kombinator sendet. Das Verfahren enthält weiterhin ein Betreiben bzw. Versorgen mit Energie des Lasers unter Verwendung einer Energiequelle in Kommunikation mit der Zwischeneinheit und ist bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet.
Bei einigen Beispielen enthält ein Verstärken des empfangenen optischen Signals ein Kombinieren einer optischen Ausgabe vom Laser der Zwischeneinheit mit dem empfangenen optischen Signal. Das Verfahren enthält bei der Zwischeneinheit weiterhin ein Koppeln des Laserpumplichts mit einer Frequenz, die eine andere als die Signalfrequenz ist, so dass die Laserpumpe das Signal durch einen Prozess einer stimulierten Raman-Streuung verstärken kann. Der Laser kann eine Frequenz haben, die höher als die Signalfrequenz ist, was eine effiziente Raman-Verstärkung ermöglicht. Der Laser kann bei oder nahe der Energiequelle oder bei oder nahe dem optischen Kombinator angeordnet sein. die Energiequelle kann eine Wellenenergiequelle, eine Solarenergiequelle, eine thermoelektrische Energiequelle oder eine Brennstoffenergiequelle enthalten.
Bei einigen Implementierungen enthält das Verfahren, bei einer Verzweigungseinheit in Kommunikation mit der Zwischeneinheit, ein Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment und, bei der Verzweigungseinheit, ein Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen eines Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment. Das zweite Band von Wellenlängen überlagert das erste Band von Wellenlängen in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat. Das erste Band von Wellenlängen enthält einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment und das zweite Band von Wellenlängen enthält einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment. Das Überlagerungsband von Wellenlängen enthält gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen. Der optische Kombinator kann einen Raman-Verstärker oder einen Erbium-dotierten Hochleistungs-Faserverstärker enthalten.
Die Details von einer oder mehreren Implementierungen der Offenbarung werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen offensichtlich werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Kommunikationssystems mit Energiequellen am Ufer bzw. an der Küste nach dem Stand der Technik.
2 und 3 sind eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kommunikationssystems mit Energiequellen an oder nahe zu der Meeresoberfläche entlang dem Kommunikations-Trunk.
4 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kommunikationssystems mit Energiequellen bei oder nahe der Meeresoberfläche entlang dem Kommunikations-Trunk und mit einer oder mehreren Verzweigungseinheiten.
5 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kommunikationssystems mit Energiequellen bei oder nahe der Meeresoberfläche entlang dem Kommunikations-Trunk, wobei der Repeater vom elektrischen Teilbereich getrennt ist.
6 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kommunikationssystems mit Energiequellen bei oder nahe der Meeresoberfläche entlang dem Kommunikations-Trunk, wobei der Kombinator/Splitter vom elektrischen Teilbereich getrennt ist.
7 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kommunikationssystems mit Energiequellen bei oder nahe der Meeresoberfläche entlang dem Kommunikations-Trunk und mit einer oder mehreren Verzweigungseinheiten, die sich mit einer oder mehreren Kommunikationsvorrichtungen in großer Höhe (High Altitude Communication Devices) verbindet oder verbinden.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Kommunikations-Ballons des Kommunikationssystems im globalen Maßstab, das das optische Kommunikationssystem enthält.
8B ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Satelliten des Kommunikationssystems im globalen Maßstab, das das optische Kommunikationssystem enthält.
9 ist eine schematische Ansicht eines Netzwerks, das ein oder mehrere Kommunikationssysteme, die miteinander verbunden sind, enthält.
10 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Operationen für ein Verfahren einer optischen Kommunikation.
11 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Operationen für ein Verfahren einer optischen Kommunikation.
Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nimmt man Bezug auf 2, enthält ein optisches Kommunikationssystem 100 ein erstes und ein zweites Trunk-Endgerät 110, 120 (auf welche auch als Stationen Bezug genommen wird), die mit einem Kommunikations-Trunk 102 gekoppelt sind. Die Kopplung kann irgendein Anschluss, irgendeine Verbindung oder ähnliches sein, wodurch durch ein Systemelement übertragene Signale dem „gekoppelten” Element übermittelt werden. Die gekoppelten Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein und können durch Zwischenkomponenten oder -vorrichtungen getrennt sein, die die Signale manipulieren oder modifizieren können. Der Kommunikations-Trunk 102 kann eine Vielzahl von optischen Kabelsegmenten 102, 102a–n (z. B. optische unterseeische Kabel) enthalten, die optische Signale 105 auf assoziierten optischen Kanälen/Wellenlängen λ (über-)tragen.
Jedes Kabelsegment 102 kann einen oder mehrere Abschnitte eines Glasfaserkabels enthalten, das optische Faserpaare enthält, und einen oder mehrere Repeater bzw. Zwischenverstärker 150, um einen Übertragungspfad für eine bidirektionale Kommunikation von optischen Signalen 105 zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120 zur Verfügung zu stellen. Das System kann als Long-Haul-System konfiguriert sein, das z. B. eine Länge zwischen wenigstens zwei der Endgeräte 110, 120 von mehr als etwa 600 km hat, und kann eine Wassermasse, wie z. B. einen Ozean, mit einer Länge von 6000–12000 km überbrücken.
Der (die) Repeater 150 kann (können) eine Konfiguration eines optischen Verstärkers enthalten, die eine Signaldämpfung auf dem Übertragungspfad kompensiert. Beispielsweise kann oder können ein oder mehrere Repeater 150 als ein optischer Verstärker, wie beispielsweise ein Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA), ein Raman-Verstärker oder ein hybrider Raman/EDFA-Verstärker, konfiguriert sein. Optische Verstärker sind Vorrichtungen, die ein optisches Signal direkt verstärken, ohne das Signal zuerst in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ein optischer Verstärker kann als Laser ohne optische Kavität angesehen werden. Dotierte Faserverstärker (DFAs) sind optische Verstärker, die eine dotierte optische Faser (z. B. eine optische Faser, die ein Dotierungsmittel enthält, welches ein Trance-Störstellenelement ist, das (in sehr niedriger Konzentration) in eine Substanz eingefügt wird, um die optischen Eigenschaften der Substanz zu ändern) als ein Verstärkungsmedium verwenden, um das optische Signal zu verstärken. Das zu verstärkende Signal und ein Pumplaser werden in die dotierte Faser multiplext und das Signal wird durch eine Interaktion mit Dotierungsionen verstärkt. EDFA ist das am meisten verbreitete Beispiel von DFAs, wobei der Kern einer Quarzglasfaser mit dreiwertigen Erbiumionen dotiert ist und mit einem Laser bei Wellenlängen von 980 nm oder 1,480 nm effizient gepumpt werden kann und noch eine Verstärkung in dem 1,550 nm-Bereich zeigt. In einem Raman-Verstärker wird das Signal durch eine Raman-Verstärkung intensiviert, welche auf dem Phänomen der stimulierten Raman-Streuung (SRS) basiert, wenn eine Signalphoton niedrigerer Frequenz die unelastische Streuung eines Pumpions höherer Frequenz in einem optischen Medium in dem nichtlinearen stabilen Zustand induziert. Dies resultiert darin, dass ein weiteres Signalphoton erzeugt wird, wobei die zusätzliche Energie zwischen Pump- und Signalfrequenzen zu den Schwingungszuständen weitergegeben wird, was eine optische Verstärkung zulässt. Daher erzeugt die Raman-Verstärkung eine nichtlineare Interaktion zwischen dem Signal und einem Pumplaser innerhalb der optischen Faser (ungleich der EDFA). Der Haupvorteil einer Raman-Verstärkung besteht in ihrer Fähigkeit, eine verteilte Verstärkung innerhalb jedes Fasersegments 102 zur Verfügung zu stellen, welche die Länge des Fasersegments 102 vor dem nächsten Verstärker 150 erhöht. Eine System-Bandbreite kann mit der nutzbaren Bandbreite der optischen Verstärker innerhalb des Systems 100 übereinstimmen. Jeder Repeater 150 wird durch eine lokale Energiequelle 160 lokal betrieben bzw. mit Energie versorgt (anstelle der Energiequelle 112 am Ufer bzw. an der Küste, wie es in 1 gezeigt ist), was die in Bezug auf 1 gezeigten und beschriebenen physikalischen Beschränkungen eliminiert. Durch Hinzufügen einer lokalen Energiequelle 160, die jeden Repeater 150 betreibt, erhöht das optische Kommunikationssystem 100 die Anzahl von Faserpaaren, die jeder Kabel-Trunk enthält. Beispielsweise enthielt früher jeder Kabel-Trunk 5–6 Faserpaare, was durch Hinzufügen der lokalen Energiequelle 160 auf das 10-fache bis 100-fache erhöht werden kann. Bei einigen Beispielen sind die Repeater 150 zur Redundanz verteilt, so dass dann, wenn ein Repeater 150 ausfällt, das System 100 nicht ausfällt. Zusätzlich können Energiequellen 160, die zu dem ausgefallenen Repeater 150 benachbarte Repeater 150 betreiben, den ausgefallenen Repeater 150 durch Erhöhen der zu den arbeitenden benachbarten Repeatern 150 zugeführten Energie kompensieren. Bei einem weiteren Beispiel kann oder können ein oder mehrere Repeater 150 als ein optischer Kommunikationsrepeater (der auch als optisch-elektrisch-optisch (OEO) bekannt ist) konfiguriert sein, der verwendet wird, um ein optisches Signal durch Umwandeln von ihm in ein elektrisches Signal, Verarbeiten des elektrischen Signals und darauffolgendes erneutes Umwandeln des elektrischen Signals in ein optisches Signal und Ausgeben (Senden bzw. Übertragen) des umgewandelten optischen Signals zu regenerieren. Die optischen Kommunikationsrepeater werden verwendet, um die Reichweite von optischen Kommunikationsverbindungen durch Überwinden eines Verlustes aufgrund einer Dämpfung der optischen Faser und einer Verzerrung eines optischen Signals zu erweitern.
Die lokale Energiequelle 160 stellt dem Repeater 150 Energie durch ein Energiekabel 104 zur Verfügung, das die Energiequelle 160 und den Repeater 150 verbindet. Die lokale Energiequelle 160 kann eine solarbetriebene Batterie sein, oder auf einer Wellenenergie basieren oder auf fossilem Brennstoff basieren oder auf einer Kombination von beiden. Andere Beispiele von Energie sind ebenso möglich.
Nimmt man Bezug auf 3, ist (sind) die Energiequelle(n) 160 auf dem oder nahe dem Meeresboden angeordnet. Solche Energiequellen 160 können Energie basierend auf einer Wellenbewegung, Temperaturgradienten oder anderen geeigneten Verfahren zur Energieerzeugung erzeugen. Wellenenergie ist der Transport von Energie durch Meeresoberflächenwellen und das Einfangen von dieser Energie, um Energie zu erzeugen, um Elektrizität zur Verfügung zu stellen, Wasser zu destillieren, Wasser zu pumpen, oder für irgendwelche anderen Anwendungen. Bei einigen Beispielen ist die Energiequelle 160 zwischen dem Meeresboden und der Meeresoberfläche so positioniert, dass ein Boot die Energiequelle 160 erreichen kann, um die Energiequelle 160 zu warten.
Nimmt man Bezug auf 4, ist oder sind bei einigen Implementierungen ein oder mehrere Verzweigungsendgeräte 130 mit dem Kommunikations-Trunk 102 zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120 durch entsprechende Verzweigungseinheiten 140 gekoppelt. Eine Verzweigungseinheit 140 kann eine OADM-(optischer Add/Drop-Multiplexer)Verzweigungseinheit sein. Bei optischen Kommunikationsnetzwerken verwendete OADMs können Wellenlängenkanäle von mehreren Wellenlängensignalen entfernen und Kanäle zu diesen Signalen hinzufügen. Darüber hinaus können ein oder mehrere Repeater 150 und verbindende optische Kabel 102 das Verzweigungsendgerät 130 mit seiner entsprechenden Verzweigungseinheit 140 koppeln. Das System 100 kann daher konfiguriert sein, um eine bidirektionale oder unidirektionale Kommunikation von optischen Signalen 105 zwischen den Endgeräten 110, 120, 130 zur Verfügung zu stellen.
Die Verzweigungseinheiten 140 ermöglichen die Funktion einer Neuausrichtung von Kapazitäten zwischen Expresspfaden für Express-Wellenlängen λ_E (z. B. von Station A zu Station B) und Add/Drop-Pfaden (z. B. von Station A zu Station C und/oder von Station B zu Station C). Dies kann beispielsweise durch gleichzeitiges Zuführen/Abführen bzw. Hinzufügen/Fallenlassen eines Bandes von Wellenlängen λ_A bei jedem OADM 140 durchgeführt werden. Die Ausdrücke „hinzuzufügen/fallenzulassen”, „Hinzufügen/Fallenlassen” und „hinzugefügt/fallengelassen” beziehen sich auf entweder die Operation zum Hinzufügen von einer oder mehr Wellenlängen λ, ein Fallenlassen von einer oder mehr Wellenlängen λ oder ein Hinzufügen von Wellenlängen λ und ein Fallenlassen von anderen. Diese Ausdrücke sollen nicht sowohl Hinzufüge- als auch Fallenlassoperationen erfordern, sollen aber auch nicht Hinzufüge- und Fallenlassoperationen ausschließen. Die Ausdrücke sind lediglich als angenehme Art verwendet, um sich auf entweder ein Hinzufügen oder ein Fallenlassen oder auf sowohl Hinzufüge- als auch Fallenlassoperationen zu beziehen.
Im Allgemeinen können die Verzweigungseinheiten 140 Kanäle λ zu/von dem Kommunikations-Trunk 102 hinzufügen und fallenlassen. Bei einigen Implementierungen entsteht ein Wellenlängenmultiplex-(WDM-)Signal 105 bei einem oder mehreren der Endgeräte 110, 120, 130 und die Verzweigungseinheiten 140 können konfiguriert sein, um noch nicht einmal einige Kanäle λ durch die Verzweigungseinheiten 140 durch die Verzweigungseinheiten 140 hindurchzuführen, um ununterbrochen durch den Kommunikations-Trunk 102 von einem Entstehungs-Trunk-Endgerät 110, 120 zu einem Empfangs-Trunk-Endgerät 110, 120 oder einer anderen Verzweigungseinheit 140 zu laufen. Die Verzweigungseinheiten 140 können einen oder mehrere andere Kanäle λ zu/von den Verzweigungsendgeräten 130 hinzufügen oder fallenlassen. Beispielsweise kann ein WDM-Signal 105, das bei dem ersten Trunk-Endgerät 110 entsteht, Information enthalten, die einen oder mehrere Kanäle λ besetzt. Gleichermaßen kann ein WDM-Signal 105, das bei dem Verzweigungsendgerät 130 entsteht, einen oder mehrere Kanäle λ besetzen. Beide WDM-Signale 105 können zur Verzweigungseinheit 140 gesendet bzw. übertragen werden, die bestimmte Kanäle λ von dem ersten Entstehungs-Trunk-Endgerät 110 entlang dem Kommunikations-Trunk 102 ohne Unterbrechung zum zweiten Trunk-Endgerät 120 dort hindurchführt. Die Verzweigungseinheit 140 kann konfiguriert sein, um Information von einem oder mehreren Kanälen λ, die vom ersten Trunk-Endgerät 110 entstehen, fallenzulassen, d. h. zu extrahieren, und die fallengelassenen Kanäle λ zum Verzweigungsendgerät 130 weiterzuleiten bzw. zu führen. Die Verzweigungseinheit 140 kann auch konfiguriert sein, um Information auf bestimmten Kanälen λ, die vom Verzweigungsendgerät 130 entstehen, zu dem WDM-Signal 105, das vom ersten Trunk-Endgerät 110 entsteht, hinzuzufügen, d. h. einzufügen, und das resultierende WDM-Signal 105 (das die hinzugefügte Information enthält) auf das zweite Trunk-Endgerät 120 weiterzuleiten bzw. zu führen. Bei einigen Beispielen ist das WDM-Signal 105, das aus dem ersten Trunk-Endgerät 110 entsteht, an der Verzweigungseinheit 140 vollständig beendet, in welchem Fall die hinzugefügte Information vom Verzweigungsendgerät 130 auf das zweite Trunk-Endgerät 120 geführt werden würde. Andere Verzweigungseinheiten 140 können gleichermaßen durch bestimmte Kanäle λ hindurchführen, diese hinzufügen und/oder fallenlassen.
Irgendeine Verzweigungseinheit 140 kann in einer unterseeischen Umgebung angeordnet sein und kann auf dem Meeresboden gelagert sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Verzweigungseinheit 140 in einer terrestrischen Umgebung sein und kann bei derselben Vermittlungsstelle wie das Verzweigungsendgerät 130 gleich angeordnet sein. Der Kommunikations-Trunk 102 kann somit zwischen Strandanlegestellen überspannen oder kann eine terrestrische Verbindung zwischen zwei Endgerätestationen zur Verfügung stellen. Der OADM 140 kann ein oder mehrere abstimmbare/einstellbare Filter 142 enthalten, die eine Verkehrsmischung aus Express-Wellenlängen λ_E und Add/Drop-Wellenlängen λ_A im Signal zur Verfügung stellen.
Mehrere Endgeräte/Stationen 110, 120, 130 nutzen eine optische Bandbreite desselben Faserpaars durch Trennen des gesamten Spektrums in Bänder B unter Verwendung optischer Filter in den OADMs 140 gemeinsam. Ein Band B enthält zwei oder mehr Wellenlängen λ (auf die auch als Kanäle Bezug genommen wird), die sich spektral benachbart zueinander befinden. Durch Hinzufügen/Fallenlassen von einem oder mehreren Bändern B von Signalwellenlängen λ bei jedem OADM 140 werden die Signale 105 mit Wellenlängen λ benachbart zu den spektralen Rändern des Bandes durch Asymmetrienachteile und hohen Verlust beeinträchtigt. Der Ausdruck „spektraler Rand” bezieht sich auf die Wellenlänge λ, die innerhalb eines Bandes von Wellenlängen λ enthalten ist, das direkt benachbart zu einer Wellenlänge λ ist, die nicht innerhalb dieses bestimmten Bandes B von Wellenlängen λ enthalten ist. Keines der Signale 105 mit Wellenlängen λ innerhalb des hinzugefügten/fallengelassenen Bandes erfährt diese spektrale Verzerrung.
Bei einigen Implementierungen hat der Repeater 150 eine lokale Energiequelle 160, die mit dem Repeater 150 verbunden ist. Ein Typ einer Verbindung mit dem Repeater 150 kann von dem Typ von Repeater 150 abhängen. Nimmt man Bezug auf die 2–4, ist der Repeater 150 ein aktiver Repeater 150a, der Energie benötigt, betreibt die angeschlossene Energieversorgung 160 den Repeater 150a durch ein Energiekabel 104. Nimmt man jedoch Bezug auf die 5–7, liefert dann, wenn der Repeater 150 ein passiver Repeater 150p (ein Repeater 150p ohne irgendwelche Elektronik, um den Repeater 150p zu betreiben) ist, die angeschlossene Energieversorgung 160 Energie durch eine Energiekabel 104 zu einem Laser 170, welcher wiederum Licht zum passiven Repeater 150p durch eine optische Faser 102 liefert. Das System 100 der 5–7 trennt die elektronische Schicht, d. h. die Energiequelle 160 und den Laser 170, von der optischen Schicht, d. h. dem passiven Repeater 150p. Daher werden in Fällen, in welchen die Energiequelle 160 oder der Laser 170 eine Wartung erfordert, sie an einer Stelle positioniert, wo sie einfach erreicht werden können. Der Laser 170 ist eine Vorrichtung, die Licht durch einen Prozess einer optischen Verstärkung basierend auf der stimulierten Emission elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Der Laser emittiert Licht kohärent, was zulässt, dass der Laser 170 zu einem sehr kleinen Lichtfleck fokussiert wird. Beispielsweise lässt eine räumliche Kohärenz zu, dass ein Laserstrahl (Licht) über weite Entfernungen eng bleibt.
Nimmt man Bezug auf 5, enthält das optische Kommunikationssystem 100 ein erstes und ein zweites Trunk-Endgerät 110, 120 (auf welche auch als Stationen Bezug genommen wird), die mit dem Kommunikations-Trunk 102c gekoppelt sind. Die Kopplung kann irgendein Anschluss; irgendeine Verbindung oder ähnliches sein, wodurch durch ein Systemelement übertragene bzw. getragene Signale 105, 105c zu dem „gekoppelten” Element übermittelt werden. Die gekoppelten Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein und können durch Zwischenkomponenten oder -vorrichtungen getrennt sein, die die Signale 105, 105c manipulieren oder modifizieren können. Der Kommunikations-Trunk 102 kann eine Vielzahl von optischen Kabelelementen 102, 102a–n (z. B. optischen unterseeischen Kabeln) enthalten, die optische Signale 105, 105c auf assoziierten optischen Kanälen/Wellenlängen λ_o (über-)tragen.
Jedes Kabelsegment 102 kann einen oder mehrere Abschnitte eines optischen Faserkabels enthalten, das optische Faserpaare enthält, und einen oder mehrere passive Repeater 150p, um einen Übertragungspfad für eine bidirektionale Kommunikation von optischen Signalen 105, 105c zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120 zur Verfügung zu stellen. Das System 100 kann als ein Long-Haul-System konfiguriert sein, das z. B. eine Länge zwischen wenigstens zwei der Endgeräte 110, 120 von mehr als 600 km hat und eine Wassermasse, wie z. B. einen Ozean, überbrücken kann und eine Länge von 6000–12000 km hat.
Der (Die) passive(n) Repeater 150p kann (können) irgendeine Konfiguration eines optischen Verstärkers enthalten, die eine Signaldämpfung auf dem Übertragungspfad kompensiert. Beispielsweise kann oder können ein oder mehrere Repeater 150 als ein optischer Verstärker konfiguriert sein, wie beispielsweise als ein Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA), ein Raman-Verstärker oder ein hybrider Raman/EDFA-Verstärker. Der passive Repeater 150p kombiniert den Kommunikations-Trunk 102c und die Pumpfaser 102p. Die Pumpfaser 102p liefert einen Laserstrahl 106p (mit optischer Energie), um die dotierte optische Faser des passiven Repeaters 150p anzuregen (z. B. die Erbiumionen anzuregen). Der passive EDFA-Repeater 150p kombiniert einen Lichtstrahl 105p mit relativ hoher Energie betrieben von der Pumpfaser 102p mit einem Eingangssignal 105c vom Kommunikations-Trunk 102c unter Verwendung eines wellenlängenselektiven Kopplers. Das Eingangskommunikationssignal 105c des Kommunikations-Trunks 102c und der Lichtstrahl 105p mit hoher Energie betrieben der Pumpfaser 102p haben signifikant unterschiedliche Wellenlängen. Die Pumpfaser 102p gibt Licht 105p mit einer Wellenlänge innerhalb der Absorptionsbandbreite des Erbium (Er³⁺-dotierte Faser) des passiven Repeaters 150p aus. Das kombinierte Licht (d. h. Licht 105p vom der Pumpfaser 102p und das Signal 105c vom Kommunikations-Trunk 102c) wird in einen Abschnitt einer Faser innerhalb des passiven Repeaters 150p mit im Kern der Faser enthaltenen Erbiumionen geführt. Dies veranlasst, dass der Lichtstrahl mit hoher Energie betrieben von der Pumpfaser 102p die Erbiumionen zu ihrem Zustand höherer Energie anregt. Wenn die Photonen des Kommunikationssignals 105c des Kommunikations-Trunks 102c bei einer unterschiedlichen Wellenlänge von dem Lichtstrahl mit hoher Energie betrieben von der Pumpfaser 102p die angeregten Erbiumionen treffen, geben die Erbiumionen einiges von ihrer Energie zu dem Kommunikationssignal 105c des Kommunikations-Trunks 102c auf und kehren zu ihrem Zustand niedrigerer Energie zurück. Das Erbium gibt seine Energie in der Form von zusätzlichen Photonen auf, die in derselben Phase und Richtung wie das Signal sind, das verstärkt wird, welches das Kommunikationssignal 105c vom Kommunikations-Trunk 102c ist. Daher wird das Signal 105c als ein verstärktes Signal 105a in seiner Laufrichtung verstärkt. Eine Auswahl einer Pumpwellenlänge λ_p der Pumpfaser 102p basiert auf dem Erbium-Er³⁺-Absorptionsspektrum und der niedrige Verlust von Energie der Faser wird verwendet, um das Pumpsignal 105p zum passiven Repeater 150p zu liefern. Bei irgendeinem Beispiel ist der Wellenlängenbereich der Pumpwellenlänge λ_p innerhalb der 1400 nm und weniger als 1500 nm. Durch Eliminieren des Energiekabels 113 von der Energiequelle 112, die an der Küste angeordnet ist (1), kann das System 100 die Anzahl von Fasern im Kommunikations-Trunk 102 derart erhöhen, dass er 100 bis zu 1000 Fasern und in einigen Fällen mehr enthält. Daher versorgt jede lokale Energiequelle 160 die 100 bis 1000 Fasern durch Versorgen des Lasers 170 mit einer Energie von 1 kW (Kilowatt) bis zu 10 kW mit Energie.
6 ist gleich der 5, außer dass der passive Verstärker 150p durch einen Wellenlängensplitter 152 ersetzt ist. Wie es gezeigt ist, ermöglicht der Splitter 152 eine Raman-Verstärkung in der Übertragungsfaser 102c durch Kombinieren von Raman-Pumplicht mit einer Wellenlänge LambdaP mit Signallicht bei einer Wellenlänge Lambda0. Der Splitter 152 ist am Meeresboden bzw. Grund positioniert und ist in Kommunikation mit dem Kommunikations-Trunk 102c und der optischen Pumpfaser 102p. Der Laser 170 kann ein Raman-Laser 170r sein, der ein spezifischer Typ von Laser ist, bei welchem der grundsätzliche Lichtverstärkungsmechanismus eine simulierte Raman-Streuung ist (dies ist unterschiedlich von herkömmlichen Lasern, welche auf simulierten elektronischen Übergängen beruhen, um Licht zu verstärken). Raman-Laser 170r werden optisch gepumpt; jedoch erzeugt das Pumpen nicht eine Besetzungsumkehr wie bei herkömmlichen Lasern. Stattdessen werden Pumpphotonen absorbiert und sofort durch eine simulierte Raman-Streuung als Laserlichtphotonen niedrigerer Frequenz erneut emittiert. Der Unterschied zwischen den zwei Photonenenergien wird fixiert und entspricht einer Schwingungsfrequenz des Verstärkungsmediums. Somit ist es möglich, beliebige Laserausgabewellenlängen durch entsprechendes Auswählen einer Pumplaserwellenlänge zu erzeugen. (Bei herkömmlichen Lasern werden die möglichen Laserausgabewellenlängen durch die Emissionslinien des Verstärkungsmediums bestimmt.)
Das Raman-Pumplicht 105r mit einer Raman-Pumpwellenlänge λ_R wird alle 60 bis 100 Kilometer in den Kommunikations-Trunk 102c injiziert. Die Raman-Pumpwellenlänge λ_R wird von den Übertragungswellenlängen λ_o durch eine Energie von molekularen Schwingungen in Glas verschoben. In diesem Fall wird eine vollständige Trennung der optischen Schicht, d. h. des Splitters 152, und der elektrischen Schichten, d. h. der Energiequelle 160 und des Raman-Lasers 170r, erreicht. Der Splitter 152, der auch eine passive optische Schicht ist, hat eine lange Lebensdauer, weil keine zusätzlichen Elemente an dem Kabel 102 montiert sind. Somit erweitert der in 6 gezeigte Aufbau die Lebensdauer des Kabels um mehr als 25 Jahre, weil der Splitter 152 einen passiven Wellenlängensplitter umfasst. Darüber hinaus erweitert der Raman-Verstärker 152, wenn durch mehrere Raman-Laser 170r gepumpt wird, die jeweils eine unterschiedliche Frequenz haben, die Verstärkerbandbreite zwischen einem zwei- bis dreifachen im Vergleich mit dem C-Band von 4 THz.
Nimmt man wieder Bezug auf die 2–6, lässt das System 100 einen einfacheren Betrieb und eine einfachere Wartung der Betriebsanlage zu, da die gesamte aktive Elektronik, wie beispielsweise die lokalen Energiequellen 160 und die Laser 170, nahe der Oberfläche des Ozeans angeordnet ist. Zusätzlich werden dann, wenn es nötig ist, dass das System 100 durch Hinzufügen von mehr Faserpaaren nachgerüstet wird, zusätzliche Kommunikations-Trunks 102, 102c hinzugefügt, ohne die existierenden Kommunikations-Trunks 102, 102c zu stören, und zusätzliche Pumpkabel 102p werden auch hinzugefügt, ohne die existierende Pumpfaser (das Pumpkabel) 102 zu stören. Somit bleiben die existierenden Kabel 102 während eines Nachrüstens, um die Bandbreite des Systems 100 zu erweitern, unberührt. Darüber hinaus wird in diesem Fall ein zusätzlicher Laser 170 (nicht gezeigt) hinzugefügt, um die zusätzlichen Fasern 102 zu unterstützen.
Nimmt man Bezug auf die 7–8B enthält bei einigen Implementierung ein Kommunikationssystem 100a gleich dem zuvor beschriebenen System zusätzlich in großer Höhe (HACD = High Altitude Communication Devices) 200 und Gateways 300 (wie beispielsweise eine Ursprungs-Bodenstation, eine Zielort-Bodenstation oder eine Verbindungs-Bodenstation). Eine HACD 200 ist eine Vorrichtung, die in die Erdatmosphäre abgegeben ist. Die HACD 200 kann sich auf einen Kommunikations-Ballon 200a oder einen Satelliten 200b in niedriger Erdumlaufbahn (LEO = Low Earth Orbit) oder in mittlerer Erdumlaufbahn (MEO = Medium Earth Orbit) oder in hoher Erdumlaufbahn (HEO = High Earth Orbit), einschließlich einer geosynchronen Erdumlaufbahn (GEO = Geosynchronous Earth Orbit), beziehen. Die HACD 200 enthält eine Antenne 207, die eine Kommunikation 20 von einer Ursprungs-Bodenstation 300 empfängt und das Kommunikationssignal zu einer Zielort-Bodenstation 300 umleitet. Die HACD 200 enthält auch eine Datenverarbeitungsvorrichtung 210, die die empfangene Kommunikation 20 verarbeitet und einen Pfad der Kommunikation 20 bestimmt, um bei der Zielort-Bodenstation 300 anzukommen. Das System 100 kann Kommunikations-Ballons 200a, Satelliten 200b oder eine Kombination von beiden enthalten.
Wie es gezeigt ist, kann oder können eine oder mehrere Energiequellen 160 ein Gateway 300 enthalten, das eine Kommunikation mit der HACD-Vorrichtung 200 und anderen Gateways zur Verfügung stellt, was redundante Verbindungen durch die HACDs 200 und Kommunikations-Trunks 102 zur Verfügung stellt. Die lokale Energiequelle 160 und die Gateways 300 agieren als ein POP (Point Of Presence = Präsenzpunkt) im Meer, um eine Verbindung hoher Bandbreite mit dem Netzwerk mit HACDs 200 zur Verfügung zu stellen.
Bei einigen Implementierungen ist ein oder mehrere Gateways 300 ein Trunk-Endgerät 130, das mit dem Kommunikations-Trunk 102c zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120 durch entsprechende Verzweigungseinheiten 140 kommuniziert, welches auch als (mehrere) Repeater agiert. Wie es zuvor in Bezug auf 4 beschrieben ist, kann eine Verzweigungseinheit 140 eine OADM-(optische Add/Drop-Multiplexer)Verzweigungseinheit sein. Bei optischen Kommunikationsnetzwerken verwendete OADMs können Wellenlängenkanäle von mehreren Wellenlängensignalen entfernen und Kanäle zu diesen Signalen hinzufügen. Darüber hinaus kann oder können ein oder mehrere Repeater 150 und verbindende optische Kabel 102 das Verzweigungsendgerät 130 mit seiner entsprechenden Verzweigungseinheit 140 koppeln. Das System 100 kann daher konfiguriert sein, um eine bidirektionale oder unidirektionale Kommunikation von optischen Signalen 105 zwischen den Endgeräten 110, 120, 130 zur Verfügung zu stellen.
Nimmt man Bezug auf 8A, enthalten Kommunikations-Ballons 200a einen Ballon 204 (z. B. bemaßt in der Breite mit etwa 49 Fuß und in der Höhe mit etwa 39 Fuß), einen Ausrüstungskasten 206a und Solarpanele 208. Der Ausrüstungskasten 206a enthält eine Datenverarbeitungsvorrichtung 210, die Algorithmen ausführt, um zu bestimmen, wohin der Ballon 200a in großer Höhe gehen muss, und dann bewegt sich jeder Ballon 200a in großer Höhe in eine Schicht von Wind, der in einer Richtung bläst, von der er annimmt, dass er dorthin gehen sollte. Der Ausrüstungskasten 206a enthält auch Batterien, um Energie zu speichern, und einen Transceiver (z. B. Antennen 207), um mit anderen Kommunikations-Ballons 200a, Internet-Antennen am Boden oder Gateways 300 zu kommunizieren. Die Kommunikations-Ballons 200a enthalten auch Solarpanele 208, die den Ausrüstungskasten 206a betreiben bzw. mit Energie versorgen. Bei einigen Beispielen erzeugen die Solarpanele 208 etwa 100 Watt bei voller Sonne, was genug ist, um die Kommunikations-Ballons 200a in Gang zu halten, während die Batterie geladen wird und sie wird während der Nacht verwendet, wenn es kein Sonnenlicht gibt. Wenn alle Ballons 200a in großer Höhe zusammenarbeiten, bilden sie eine Ballon-Konstellation. Bei einigen Implementierungen haben Anwender am Boden spezialisierte Antennen, die Kommunikationssignale zum Kommunikations-Ballon 200aa senden, was die Notwendigkeit eliminiert, eine Ursprungs- oder Zielort-Bodenstation 300 zu haben. Der Kommunikations-Ballon 200a, der die Kommunikation 20 empfängt, sendet die Kommunikation 20 zu einem anderen Kommunikations-Ballon 200a, bis einer der Kommunikations-Ballons 200a innerhalb einer Reichweite einer Zielort-Bodenstation ist, die sich mit dem lokalen Internetprovider verbindet und dem Anwender einen Dienst über das Netzwerk von Kommunikations-Ballons 200a zur Verfügung stellt.
Ein Satellit 200b ist ein Objekt, das in eine Umlaufbahn um die Erde platziert ist und unterschiedlichen Zwecken dienen kann, wie beispielsweise militärische oder zivile Beobachtungssatelliten, Kommunikationssatelliten, Navigationssatelliten, Wettersatelliten und Forschungssatelliten. Die Umlaufbahn des Satelliten 200b variiert teilweise in Abhängigkeit von dem Zweck, für welchen der Satellit verwendet wird. Satellitenumlaufbahnen können basierend auf ihrer Höhe von der Erdoberfläche als niedrige Erdumlaufbahn (LEO = Low Earth Orbit), mittlere Erdumlaufbahn (MEO = Medium Earth Orbit) und hohe Erdumlaufbahn (HEO = High Earth Orbit) klassifiziert werden. LEO ist eine geozentrische Umlaufbahn (d. h. um die Erde kreisend), die in Bezug auf die Höhe von 0 bis 1,240 Meilen reicht. MEO ist auch eine geozentrische Umlaufbahn, die in Bezug auf die Höhe von 1,200 Meilen bis 22,236 Meilen reicht. HEO ist auch eine geozentrische Umlaufbahn und hat eine Höhe über 22,236 Meilen. Eine geosynchrone Erdumlaufbahn (GEO = Geosynchronous Earth Orbit) ist ein spezieller Fall von HEO. Eine geostationäre Erdumlaufbahn (GSO = Geostationary Earth Orbit, obwohl sie manchmal auch GEO genannt wird) ist ein spezieller Fall der geosynchronen Erdumlaufbahn.
Mehrere Satelliten 200b, die in Übereinstimmung arbeiten, bilden eine Satellitenkonstellation. Die Satelliten 200b innerhalb der Satellitenkonstellation können koordiniert werden, um zusammenzuarbeiten und sich in Bezug auf eine Versorgung am Boden überlagern. Zwei allgemeine Typen von Konstellationen sind die polare Konstellation und die Walker-Konstellation, die beide entwickelt sind, um eine maximale Versorgung der Erde zur Verfügung zu stellen, während eine minimale Anzahl von Satelliten 200b verwendet wird.
Nimmt man Bezug auf 8B, enthält ein Satellit 200b einen Satellitenkörper 206b mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung 210, gleich der Datenverarbeitungsvorrichtung 210 der Kommunikations-Ballons 200a. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 210 führt Algorithmen aus, um zu bestimmen, welchen Kurs der Satellit 200b nimmt. Der Satellit 200b enthält auch eine Antenne 207 zum Empfangen und Senden einer Kommunikation 20. Der Satellit 200b enthält Solarpanele 208, die auf den Satellitenkörper 206b montiert sind. Die Solarpanele 208 stellen dem Satelliten 200b Energie zur Verfügung. Bei einigen Beispielen enthält der Satellit 200b wieder aufladbare Batterien, die verwendet werden, wenn kein Sonnenlicht die Solarpanele 208 erreicht und lädt.
Wenn ein System 100 aus mehreren HACDs 200 gebildet wird, ist es manchmal erwünscht, einen Verkehr über weite Entfernungen durch das System 100 zu führen, indem eine HACD 200 mit einer weiteren verbunden wird. Beispielsweise können zwei Satelliten 200b über Intersatellitenverbindungen kommunizieren und können zwei Kommunikations-Ballons 200a über Interballonverbindungen kommunizieren. Eine solche Intervorrichtungs (Satellit 200b oder Ballon 200a) verbindung IDL ist nützlich, um Kommunikationsdienste Bereichen zur Verfügung zu stellen, die weit weg von Ursprungs- und Zielort-Bodenstationen 300 sind, und können auch eine Wartezeit reduzieren und die Sicherheit verbessern (Glasfaserkabel können unterbrochen bzw. abgehört werden und Daten, die durch das Kabel gehen, können abgerufen bzw. herausgeholt werden). Dieser Typ von Intervorrichtungskommunikation ist anders als das „Bent Pipe”-Modell, bei welchem der gesamte Signalverkehr von einem Bodenbasis-Gateway 300 zu einem Satelliten 200b geht und dann direkt nach unten zu einem Anwender auf der Erde oder umgekehrt. Das „Bent Pipe”-Modell enthält keinerlei Intervorrichtungskommunikationen; stattdessen agiert der Satellit 200b als ein Repeater. Bei einigen Beispielen von „Bent Pipe”-Modellen wird das durch den Satelliten empfangene Signal verstärkt, bevor es erneut gesendet bzw. übertragen wird; jedoch erfolgt keine Signalverarbeitung. Bei anderen Beispielen des „Bent Pipe”-Modells kann ein Teil oder alles des Signals verarbeitet und decodiert werden, um eines oder mehreres von einer Weiterleitung zu anderen Strahlen, einer Fehlerkorrektur oder einer Dienstqualitätssteuerung zuzulassen; jedoch erfolgt keine Intervorrichtungskommunikation.
Bei einigen Implementierungen werden HACD-Konstellationen mit langem Ausmaß (z. B. Ballonkonstellation oder Satellitenkonstellation) in Form von einer Anzahl von Ebenen oder Gruppen (nicht gezeigt) und der Anzahl von HACDs 200 pro Ebene beschrieben. Die HACDs 200 innerhalb derselben Ebene behalten dieselbe Position relativ zu ihren benachbarten HACDs 200 innerhalb der Ebene bei. Jedoch variiert die Position einer HACD 200 relativ zu Nachbarn in einer benachbarten Ebene im Verlaufe der Zeit.
Eine Intervorrichtungsverbindung (IDL) eliminiert oder reduziert die Anzahl von HACDs 200 zu Gateway Hops, was die Wartezeit erniedrigt und die gesamten Netzwerk-Fähigkeiten erhöht. Intervorrichtungsverbindungen lassen zu, dass ein Kommunikationsverkehr von einer HACD 200, die eine bestimmte Region versorgt, nahtlos zu einer anderen HACD 200 übergeben wird, die dieselbe Region versorgt, wobei eine erste HACD 200 das erste Gebiet verlässt und eine zweite HACD 200 in das Gebiet eintritt.
Nimmt man Bezug auf 9, sind bei einigen Implementierungen mehrere Endgeräte/Stationen 110, 120, 130 über einen oder mehrere Kommunikations-Trunks 102 verbunden. Der Kommunikations-Trunk 102 kann eine Vielzahl von optischen Kabelsegmenten 102, 102a–n (z. B. optische unterseeische Kabel) enthalten, die optische Signale 105 auf assoziierten optischen Kanälen/Wellenlängen λ (über-)tragen. Bei einigen Beispielen sind die mehreren Endgeräte/Stationen 110, 120, 130 über HACDs 200 und Gateways 300 verbunden (wie es in Bezug auf die 7 und 8 beschrieben ist). Bei einigen Beispielen sind ein oder mehrere Schalter Stellen innerhalb des Netzwerks, die eine Kommunikation umleiten, wenn ein Teilbereich des Netzwerks eine Wartung erfordert. Daher geht die Kommunikation durch einen anderen Pfad, bis eine Wartung vollendet ist. Der optische Schalter kann der betrieblichen Einfachheit halber bei lokalen Energiequellen 160 oder in der Nähe montiert sein.
10 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Operationen für ein Verfahren 1000 einer optischen Kommunikation, das bei einem Block 1002 ein Emittieren eines optischen Signals 105, 105c von einem ersten Trunk-Endgerät 110 in einen Kommunikations-Trunk 102, 102c, der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist, enthält. Der Kommunikations-Trunk 102, 102c koppelt das erste Trunk-Endgerät 110 mit einem zweiten Trunk-Endgerät 120 und überträgt das optische Signal 105, 105c (mit einer Wellenlänge λ) vom ersten Trunk-Endgerät 110 zum zweiten Trunk-Endgerät 120. Bei einem Block 1004 enthält das Verfahren 1000 weiterhin ein Empfangen des optischen Signals 105, 105c bei einer Zwischeneinheit 151 zwischen dem ersten Trunk-Endgerät 110 und dem zweiten Trunk-Endgerät 120. Die Zwischeneinheit 151 ist mit dem Kommunikations-Trunk 102 zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120 verbunden. Die Zwischeneinheit 151 wird durch eine Energiequelle 160 betrieben bzw. mit Energie versorgt, die für einen einfachen Zugriff auf die Energiequelle, wenn die Energiequelle 170 eine Wartung erfordert, bei oder nahe der Oberfläche der Wassermasse angeordnet ist. Bei einem Block 1006 enthält das Verfahren 1000 weiterhin ein Verstärken des empfangenen optischen Signals 105, 105c, das von dem Kommunikations-Trunk 102 bei der Zwischeneinheit 151 empfangen ist, und bei einem Block 1008 ein Senden des verstärkten optischen Signals 105, 105c von der Zwischeneinheit 151 zum zweiten Trunk-Endgerät 120.
Bei einigen Implementierungen enthält ein Verstärken des empfangenen optischen Signals 105, 105c, das vom Kommunikations-Trunk 102c empfangen ist, ein Kombinieren einer optischen Ausgabe 105, 105 von einem Laser 170, 170r über die Pumpfaser 102p der Zwischeneinheit 151 mit dem empfangenen optischen Signal 105, 105c. Das Verfahren 1000 kann weiterhin bei der Zwischeneinheit 151 (z. B. unter Verwendung eines optischen Kommunikationsrepeaters) ein Umwandeln des empfangenen optischen Signals 105, 105c in ein elektrisches Signal, ein Verarbeiten des elektrischen Signals und ein Umwandeln des elektrischen Signals in das verstärkte optische Signals 105, 105a enthalten. Bei einigen Beispielen kann die Zwischeneinheit 151 einen Laser 170 enthalten, der durch die Energiequelle 160 betrieben wird und eine optische Ausgabe 105, 105p, 105r durch eine Energiefaser 102, 102p emittiert, und einen optischen Kombinator 150 in Kommunikation mit dem Laser 170 und dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät 110, 120. Der optische Kombinator 150 kann ein Empfangen des optischen Signals 105, 105c vom ersten Trunk-Endgerät 110 und der optischen Ausgabe 105 vom Laser 170, 170r, ein Verstärken des optischen Signals 105, 105c durch Kombinieren des optischen Signals 105, 105c vom ersten Trunk-Endgerät 110 und der optischen Ausgabe 105, 105p, 105r vom Laser 170, 170r und ein Ausgeben des verstärkten Signals 105, 105a zum zweiten Trunk-Endgerät 120 enthalten. Die Energiequelle 160 kann eines von einer Wellenenergiequelle, einer Solarenergiequelle, einer thermoelektrischen Energiequelle oder einer Brennstoffenergiequelle enthalten.
Bei einigen Beispielen enthält das Verfahren 1000, bei einer Verzweigungseinheit 140 in Kommunikation mit der Zwischeneinheit 151, ein Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen λ_E eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment und, bei der Verzweigungseinheit 140, ein Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen λ_A des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment. Das zweite Band von Wellenlängen überlagert das erste Band von Wellenlängen λ_E in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band λ_E und dem zweiten Band λ_A. Das Überlagerungsband hat eine variable Größe. Das erste Band λ_E von Wellenlängen kann einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthalten und das zweite Band von Wellenlängen λ_A enthält einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment. Das Überlagerungsband von Wellenlängen kann gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen enthalten.
11 ist eine schematische Ansicht einer beispielsweisen Anordnung von Operationen für ein Verfahren 1100 einer optischen Kommunikation, das bei einem Block 1102 ein Empfangen eines optischen Signals 105, 105c bei einer Zwischeneinheit 151 enthält, die mit einem Kommunikations-Trunk 102, 102c verbunden ist, der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist, wobei die Zwischeneinheit 151 ein erstes Trunk-Endgerät 110 mit einem zweiten Trunk-Endgerät koppelt. Bei einem Block 1104 enthält das Verfahren 1100 weiterhin ein Verstärken des empfangenen optischen Signals 105, 105c bei der Zwischeneinheit 151 durch Injizieren von Licht (z. B. eines optischen Signals 105, 105p, 105r von einem Laser 170, 170r) in den Kommunikations-Trunk 102c. Die Zwischeneinheit 151 enthält einen optischen Kombinator 150, 152, der mit dem Kommunikations-Trunk 102c verbunden ist, und einen Laser 170, 170r in optischer Kommunikation mit dem optischen Kombinator 150, 152, der eine optische Ausgabe 105, 105p, 105r zum optischen Kombinator 150 sendet. Bei einem Block 1106 enthält das Verfahren 1100 weiterhin ein Betreiben bzw. Versorgen mit Energie des Lasers 170, 170r unter Verwendung einer Energiequelle 160 in Kommunikation mit der Zwischeneinheit 151 und bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet.
Bei einigen Beispielen enthält ein Verstärken des empfangenen optischen Signals 105, 105c vom Kommunikations-Trunk 102, 102c ein Kombinieren einer optischen Ausgabe 105, 105p, 105r vom Laser 170 der Zwischeneinheit 151 mit dem empfangenen optischen Signal 105, 105c vom Kommunikations-Trunk 102c. Der Laser 170 kann bei oder nahe der Energiequelle 160 oder bei oder nahe dem optischen Kombinator angeordnet sein. Die Energiequelle 160 kann einen Wellenenergiequelle, eine Solarenergiequelle, eine thermoelektrische Energiequelle oder eine Brennstoffenergiequelle enthalten.
Bei einigen Implementierungen enthält das Verfahren 1100 bei einer Verzweigungseinheit 140 in Kommunikation mit der Zwischeneinheit 151, ein Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen λ_E eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment und, bei der Verzweigungseinheit 140, ein Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen λ_A des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment. Das zweite Band von Wellenlängen überlagert das erste Band von Wellenlängen λ_E in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band λ_E und dem zweiten Band λ_A, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat. Das erste Band von Wellenlängen λ_E enthält einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment und das zweite Band von Wellenlängen enthält einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment. Das Überlagerungsband von Wellenlängen enthält gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen. Der optische Kombinator kann einen Raman-Verstärker oder einen Erbium-dotierten Faserverstärker hoher Energie enthalten.
Verschiedene Implementierungen der Systeme und Techniken, die hier beschrieben sind, können in einer digitalen elektronischen und/oder optischen Schaltung, einer integrierten Schaltung, speziell entwickelten ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen), Computerhardware, -firmware, -software und/oder Kombinationen davon realisiert werden. Diese verschiedenen Implementierungen können eine Implementierung in einem oder mehreren Computerprogrammen enthalten, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, das wenigstens einen programmierbaren Prozessor, der speziell oder allgemein sein kann, gekoppelt, um Daten und Anweisungen von einem Speichersystem zu empfangen und Daten und Anweisungen zu diesem zu senden, wenigstens eine Eingabevorrichtung und wenigstens eine Ausgabevorrichtung enthält.
Diese Computerprogramme (die auch als Programme, Software, Softwareanwendungen oder Code bekannt sind) enthalten Maschinenanweisungen für einen programmierbaren Prozessor und können in einer höheren verfahrensorientierten und/oder objektorientierten Programmiersprache und/oder in Assembler/Maschinen-Sprache implementiert sein. Wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich die Ausdrücke „maschinenlesbares Medium” und „computerlesbares Medium” auf irgendein Computerprogrammprodukt, ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium, ein Gerät und/oder eine Vorrichtung (z. B. Magnetscheiben, optische Platten, einen Speicher, programmierbare Logikvorrichtungen (PLDs)), die verwendet werden, um Maschinenanweisungen und/oder Daten einem programmierbaren Prozessor zur Verfügung zu stellen, einschließlich eines maschinenlesbaren Mediums, das Maschinenanweisungen als ein maschinenlesbares Signal empfängt. Der Ausdruck „maschinenlesbares Signal” bezieht sich auf irgendein Signal, das verwendet wird, um Maschinenanweisungen und/oder Daten einem programmierbaren Prozessor zur Verfügung zu stellen.
Eine Anzahl von Implementierungen ist beschrieben worden. Nichtsdestoweniger wird es verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Sinngehalt und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise ist, während die hierin offenbarten Konzepte für unterseeische Netzwerke dargestellt sind, wo die Verzweigungseinheit mit OADM nicht auf einfache Weise zugreifbar und austauschbar ist, diese Offenbarung ebenso auf nicht unterseeische (d. h. terrestrische) Netzwerke anwendbar. Darüber hinaus ist das Konzept eines flexiblen Zuführens/Abführens bzw. Hinzufügens/Fallenlassens durch Verwendung eines Überlagerungsbandes B_O auf Dimensionen erweiterbar, die andere als ein gemeinsames Nutzen eines Spektrums sind. Irgendwelche anderen Dimensionen, die inhärent eine Orthogonalität haben, können für das flexible Hinzufügen/Fallenlassen unter Verwendung eines Überlagerungsbandes B_O verwendet werden, wie beispielsweise ein Zeitmultiplexen, ein Raummultiplexen unter Verwendung von Mehrfachkernfasern oder vielen Modenfasern, ein Polarisationsmultiplexen. Demgemäß sind andere Implementierungen innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

Optisches System (100), umfassend: ein erstes Trunk-Endgerät (110), das ein optisches Signal (105, 105c) emittiert; ein zweites Trunk-Endgerät (120), das das optische Signal (105, 105c) empfängt; einen Kommunikations-Trunk (102, 102c), der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist und das erste Trunk-Endgerät (110) mit dem zweiten Trunk-Endgerät (120) koppelt, wobei der Kommunikations-Trunk (102, 102c) das optische Signal (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) zum zweiten Trunk-Endgerät (120) überträgt; eine Zwischeneinheit (151), die mit dem Kommunikations-Trunk (102, 102c) zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät (110, 120) verbunden ist, wobei die Zwischeneinheit (151) das emittierte optische Signal (105) vom ersten Trunk-Endgerät (110) empfängt, das empfangene optische Signal (105, 105c) verstärkt und das verstärkte optische Signal (105, 105c) zum zweiten Trunk-Endgerät (120) sendet; und eine Energiequelle (160), die mit der Zwischeneinheit (151) verbunden ist und diese mit Energie versorgt bzw. betreibt, wobei die Energiequelle (160) bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet ist.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, wobei die Zwischeneinheit (151) umfasst: einen Laser (170, 170r), der durch die Energiequelle (160) betrieben bzw. mit Energie versorgt wird und eine optische Ausgabe (105, 105p, 105r) emittiert; und einen optischen Kombinator (150, 150p, 152) in Kommunikation mit dem Laser (170, 170r) und dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät (110, 120), wobei der optische Kombinator (150): das optische Signal (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) und die optische Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) empfängt; das optische Signal (105, 105c) durch Kombinieren des optischen Signals (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) und der optischen Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) verstärkt; und das verstärkte Signal (105, 105a) zum zweiten Trunk-Endgerät (120) ausgibt.
Optisches System (100) nach Anspruch 2, wobei der optische Kombinator (150, 152) einen Erbium-dotierten Faserverstärker, einen optischen Kombinator/Splitter, um eine Raman-Verstärkung in einer unterseeischen Faser zu ermöglichen, oder einen optischen Add/Drop-Multiplexer umfasst.
Optisches System (100) nach Anspruch 2, das ferner eine optische Faser (102, 102p) umfasst, die den optischen Kombinator (150, 152) und den Laser (170, 170r) verbindet und die optische Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) zum optischen Kombinator (150, 152) überträgt.
Optisches System (100) nach Anspruch 2, wobei der optische Kombinator (150, 152) einen Raman-Verstärker oder einen Erbium-dotierten Faserverstärker umfasst.
Optisches System (100) nach Anspruch 2, wobei die Energiequelle (160) den Laser (170, 170r) betreibt bzw. mit Energie versorgt.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, das ferner ein Kable für elektrische Energie (104) umfasst, das die Energiequelle (160) und die Zwischeneinheit (151) koppelt und die Zwischeneinheit (151) betreibt bzw. mit Energie versorgt.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, wobei die Zwischeneinheit (151) einen optischen Kommunikationsrepeater (150, 150a) umfasst, der konfiguriert ist, um: das empfangene optische Signal (105, 105c) in ein elektrisches Signal umzuwandeln; das elektrische Signal zu verarbeiten; und das verarbeitete elektrische Signal in ein verstärktes optisches Signal (105, 105a) umzuwandeln.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle (160) eine Windenergiequelle, eine Wellenenergiequelle, eine Solarenergiequelle, eine thermoelektrische Energiequelle oder eine Brennstoffenergiequelle umfasst.
Optisches System (100) nach Anspruch 1, das ferner eine Verzweigungseinheit (140) umfasst, die entlang dem Kommunikations-Trunk (102, 102c) angeordnet ist und ein Verzweigungsendgerät (130) mit dem Kommunikations-Trunk (102, 102c) koppelt, wobei die Verzweigungseinheit (140) einen optischen Add/Drop-Multiplexer umfasst, der umfasst: ein erstes Filter (142), das ein erstes Band von Wellenlängen (λ_E) eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment filtert; und ein zweites Filter (142), das ein zweites Band von Wellenlängen (λ_A) des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment filtert, wobei das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) das erste Band von Wellenlängen (λ_E) in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band überlagert, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat; wobei das erste Band von Wellenlängen (λ_E) einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthält und das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment enthält.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei das erste Band von Wellenlängen (λ_E) ein gesamtes Überlagerungsband von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthält und das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) das Überlagerungsband von Wellenlängen von dem zweiten Kommunikationssegment ausschließt.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei das Überlagerungsband von Wellenlängen gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen umfasst.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei das erste Filter und/oder das zweite Filter (142) ein fest bemaßtes Überlagerungsband von Wellenlängen des Kommunikationsspektrums zur Verfügung stellen/stellt.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei das erste Filter und/oder das zweite Filter (142) einstellbar sind/ist, um ein variabel bemaßtes Überlagerungsband von Wellenlängen des Kommunikationsspektrums zur Verfügung zu stellen.
Optisches System (100) nach Anspruch 10, wobei ein Filtern ein Zuführen bzw. Hinzufügen, ein Abführen bzw. Fallenlassen und/oder ein Wiederverwenden von Wellenlängen umfasst.
Verfahren (1000), umfassend: Emittieren eines optischen Signals (105, 105c) von einem ersten Trunk-Endgerät (110) in einen Kommunikations-Trunk (102, 102c), der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist, wobei der Kommunikations-Trunk (102, 102c) das erste Trunk-Endgerät (110) mit einem zweiten Trunk-Endgerät (120) koppelt und das optische Signal (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) zum zweiten Trunk-Endgerät (120) überträgt; Empfangen des optischen Signals (105, 105c) bei einer Zwischeneinheit (151) zwischen dem ersten Trunk-Endgerät (110) und dem zweiten Trunk-Endgerät (120), wobei die Zwischeneinheit (151) mit dem Kommunikations-Trunk (102, 102c) zwischen dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät (110, 120) verbunden ist, wobei die Zwischeneinheit (151) durch eine Energiequelle (160) betrieben bzw. mit Energie versorgt wird, die bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet ist; Verstärken des empfangenen optischen Signals (105, 105c) bei der Zwischeneinheit (151); und Senden des verstärkten optischen Signals (105, 105a) von der Zwischeneinheit (151) zum zweiten Trunk-Endgerät (120).
Verfahren (1000) nach Anspruch 16, wobei ein Verstärken des empfangenen optischen Signals (105, 105c) ein Kombinieren einer optischen Ausgabe (105, 105p, 105r) von einem Laser (170, 170r) der Zwischeneinheit (151) mit dem empfangenen optischen Signal (105, 105c) umfasst.
Verfahren (1000) nach Anspruch 16, das ferner bei der Zwischeneinheit (151) umfasst: Umwandeln des empfangenen optischen Signals (105, 105c) in ein elektrisches Signal; Verarbeiten des elektrischen Signals; und Umwandeln des verarbeiteten elektrischen Signals in das verstärkte optische Signal (105, 105a).
Verfahren (1000) nach Anspruch 16, wobei die Zwischeneinheit (151) umfasst: einen Laser (170, 170r), der durch die Energiequelle (160) betrieben bzw. mit Energie versorgt wird und eine optische Ausgabe (105, 105p, 105r) emittiert; und einen optischen Kombinator (150, 152) in Kommunikation mit dem Laser (170, 170r) und dem ersten und dem zweiten Trunk-Endgerät (110, 120), wobei der optische Kombinator (150, 152): das optische Signal (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) und die optische Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) empfängt; das optische Signal (105, 105c) durch Kombinieren des optischen Signals (105, 105c) vom ersten Trunk-Endgerät (110) und der optischen Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) verstärkt; und das verstärkte Signal (105, 105a) zum zweiten Trunk-Endgerät (120) ausgibt.
Verfahren (1000) nach Anspruch 16, wobei die Energiequelle (160) eine von einer Wellenenergiequelle, einer Solarenergiequelle, einer thermoelektrischen Energiequelle oder einer Brennstoffenergiequelle umfasst.
Verfahren (1000) nach Anspruch 16, das ferner umfasst: bei einer Verzweigungseinheit (140) in Kommunikation mit der Zwischeneinheit (151), Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen (λ_E) eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment; bei der Verzweigungseinheit (140), Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen (λ_A) des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment, wobei das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) das erste Band von Wellenlängen (λ_E) in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band überlagert, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat; wobei das erste Band von Wellenlängen (λ_E) einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthält und das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment enthält.
Verfahren (1000) nach Anspruch 21, wobei das Überlagerungsband von Wellenlängen gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen umfasst.
Verfahren (1100), umfassend: Empfangen eines optischen Signals (105, 105c) bei einer Zwischeneinheit (151), die mit einem Kommunikations-Trunk (102, 102c) verbunden ist, der entlang einem Boden einer Wassermasse angeordnet ist, wobei die Zwischeneinheit (151) ein erstes Trunk-Endgerät (110) mit einem zweiten Trunk-Endgerät (120) koppelt; Verstärken des empfangenen optischen Signals (105) bei der Zwischeneinheit (151) durch Injizieren von Licht in den Kommunikations-Trunk (102, 102c), wobei die Zwischeneinheit (151) umfasst: einen optischen Kombinator (150, 152), der mit dem Kommunikations-Trunk (102, 102c) verbunden ist; und einen Laser (170, 170r) in optischer Kommunikation mit dem optischen Kombinator (150, 152) und eine optische Ausgabe zum optischen Kombinator (150, 152) sendend; und Betreiben bzw. Versorgen mit Energie des Lasers (170, 170r) unter Verwendung einer Energiequelle (160) in Kommunikation mit der Zwischeneinheit (151) und bei oder nahe einer Oberfläche der Wassermasse angeordnet.
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, wobei ein Verstärken des empfangenen optischen Signals (105, 105c) ein Kombinieren einer optischen Ausgabe (105, 105p, 105r) vom Laser (170, 170r) der Zwischeneinheit (151) mit dem empfangenen optischen Signal (105, 105c) umfasst.
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, das ferner bei der Zwischeneinheit (151) umfasst: Umwandeln des empfangenen optischen Signals (105, 105c) in ein elektrisches Signal; Verarbeiten des elektrischen Signals; und Umwandeln des verarbeiteten elektrischen Signals in das verstärkte optische Signal (105, 105a).
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, wobei der Laser (170, 170r) bei oder nahe der Energiequelle (160) oder bei oder nahe dem optischen Kombinator (150, 152) angeordnet ist.
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, wobei die Energiequelle (160) eine Wellenenergiequelle, eine Solarenergiequelle, eine thermoelektrische Energiequelle oder eine Brennstoffenergiequelle umfasst.
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, das ferner umfasst: bei einer Verzweigungseinheit (140) in Kommunikation mit der Zwischeneinheit (151), Filtern eines ersten Bandes von Wellenlängen (λ_E) eines Kommunikationsspektrums für ein erstes Kommunikationssegment; bei der Verzweigungseinheit (140), Filtern eines zweiten Bandes von Wellenlängen (λ_A) des Kommunikationsspektrums für ein zweites Kommunikationssegment, wobei das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) das erste Band von Wellenlängen (λ_E) in einem Überlagerungsband von Wellenlängen ohne Schutzband zwischen dem ersten Band und dem zweiten Band überlagert, wobei das Überlagerungsband eine variable Größe hat; wobei das erste Band von Wellenlängen (λ_E) einen ersten Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das erste Kommunikationssegment enthält und das zweite Band von Wellenlängen (λ_A) einen übrigen Bruchteil des Überlagerungsbandes von Wellenlängen für das zweite Kommunikationssegment enthält.
Verfahren (1100) nach Anspruch 28, wobei das Überlagerungsband von Wellenlängen gemeinsame Wellenlängen zwischen einem spektralen Rand des ersten Bandes von Wellenlängen und einem spektralen Rand des zweiten Bandes von Wellenlängen umfasst.
Verfahren (1100) nach Anspruch 23, wobei der optische Kombinator (150, 152) einen Raman-Verstärker oder einen Erbium-dotierten Faserverstärker umfasst.