JP2021103877A - Relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on time division and spatial division multiplexing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分布型光ファイバセンシングシステム、特に時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムに関する。それは、アップリンク伝送振動監視信号の時分割及び空間分割多重化を組合せ、長区間の物理的セキュリティ監視及び陸上設備による検出に使用される。 The present invention relates to a distributed optical fiber sensing system, particularly a relay seafloor optical fiber cable vibration monitoring system based on time division and space division multiplexing. It combines time division and spatial division multiplexing of uplink transmission vibration monitoring signals and is used for long section physical security monitoring and detection by onshore equipment.
海底光ファイバケーブルは、海底に配置された通信伝送ケーブルであり、インターネット及び他の水中光ネットワークの重要な部分をなす。しかし、海底光ファイバケーブルは、容易に損傷し、地震、船舶の錨、及び漁網のようなものによって、又は人によってさえ損傷することがある。現在、電気中継海底光ファイバケーブルにおいて、各光ファイバセクションは、このセクションに亘る光信号伝送減衰を補うために、そして光信号を元のパワーレベルに増幅するために中継増幅器に接続されている。この型の電気中継海底光ファイバケーブルでは、一般にＣＯＴＤＲ（コヒーレント光時間領域反射率計）を使用し、光ファイバリンクの健全性検出を行う。ＣＯＴＤＲは、光ファイバリンク全体に亘って各増幅器の信号利得を監視し、光ファイバケーブルの破断の有無、破断位置等を見つける機能を果たす。 Submarine fiber optic cables are communication transmission cables located on the seabed and form an important part of the Internet and other underwater optical networks. However, submarine fiber optic cables are easily damaged and can be damaged by things like earthquakes, ship anchors, and fishing nets, or even by people. Currently, in an electrically relayed submarine fiber optic cable, each fiber optic section is connected to a relay amplifier to compensate for the optical signal transmission attenuation over this section and to amplify the optical signal to its original power level. In this type of electrically relay submarine optical fiber cable, COTDR (Coherent Optical Time Domain Reflectometer) is generally used to detect the health of the optical fiber link. The COTDR has a function of monitoring the signal gain of each amplifier over the entire optical fiber link and finding out whether or not the optical fiber cable is broken, the position of the break, and the like.
しかし、ＣＯＴＤＲは、Φ−ＯＴＤＲと類似の光ファイバケーブル振動監視機能を実現できないので、妨害行為のリアルタイムでの警告、従って妨害行為を停止させるための技術的な保証を提供しないだろう。 However, COTDRs will not be able to provide real-time warnings of sabotage, and thus technical guarantees to stop sabotage, as they will not be able to provide fiber optic cable vibration monitoring capabilities similar to Φ-OTDRs.
陸上で使用されている現在の光ファイバケーブル振動監視技術は約１００ｋｍの最大監視範囲に対応できるだけであり、ダブルエンド検出は２００ｋｍに到達できるだけであり、海底光ファイバケーブルのための中継増幅器の向こう側に及ぶことができず、極端に長い監視範囲に応じた電気中継海底光ファイバケーブルの要件を満たすことができない。 Current fiber optic cable vibration monitoring technology used on land can only cover a maximum monitoring range of about 100 km, double-ended detection can only reach 200 km, and the other side of the relay amplifier for submarine fiber optic cables. And cannot meet the requirements for electrically relayed submarine fiber optic cables for extremely long monitoring ranges.
光周波数領域反射率計ＯＦＤＲは、１９９０年代に徐々に開発され、高分解能の光ファイバ測定技術を利用している。一般に使用されている光時間領域反射率計ＯＴＤＲは、時間領域パルス信号を伝送し、パルス移動時間を検出し、パルス移動時間とターゲット距離間の比例関係を利用することで光ファイバ診断測定を行う。ＯＴＤＲと違って、ＯＦＤＲは、連続的に周波数変調されたレーザ信号を伝送し、ターゲットでの反射光と局部発振器光間のビート周波数を検出し、ビート周波数とターゲット距離間の比例関係を利用することで光ファイバ診断測定を行う。ＯＦＤＲはＯＴＤＲより高い感度及び高い分解能を有する。しかし、ＯＦＤＲにおいて、周波数変調光源技術は困難で高くつき、振動信号の位相復調も困難である。現在、海底光ファイバケーブル振動監視におけるＯＦＤＲの利用に関する報告はない。 The optical frequency domain reflectance meter OFDR was gradually developed in the 1990s and utilizes high-resolution optical fiber measurement technology. The commonly used optical time domain reflectometer OTDR transmits a time domain pulse signal, detects the pulse movement time, and performs optical fiber diagnostic measurement by using the proportional relationship between the pulse movement time and the target distance. .. Unlike OTDRs, OFDRs transmit a continuously frequency-modulated laser signal, detect the beat frequency between the reflected light at the target and the local oscillator light, and utilize the proportional relationship between the beat frequency and the target distance. This makes optical fiber diagnostic measurement. OFDRs have higher sensitivity and higher resolution than OTDRs. However, in OFDR, frequency modulation light source technology is difficult and expensive, and phase demodulation of vibration signals is also difficult. Currently, there are no reports on the use of OFDR in submarine fiber optic cable vibration monitoring.
現在開発されている水中サンプリングに基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムはＯＦＤＲ技術を採用している。陸地に配置された光源によって出力された検出光信号は中継器を通ってダウンリンクで伝送され、海底光ファイバケーブルの振動はセグメント化されて検出され、各セクションはデジタルサンプリングバックホールを使用する。このようにして、１０００ｋｍを上回る長区間を有する電気中継海底光ファイバケーブルの振動監視が実現される。ＯＴＤＲ延長技術に比べて、周波数変調連続波技術を使用した水中サンプリングのための中継海底光ファイバケーブル振動監視システムは、光信号増幅に関して、高い平均パワー、高い信号対雑音比を有し、中継器を経由した長距離検出に適している。しかし、デジタルサンプリングバックホールを使用すると、海底中継増幅器又は水中ノードにアクティブモジュールを付加しなければならず、海底中継器又は水中ノードの信頼性が低下する。 The currently developed relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on underwater sampling employs OFDR technology. The detection light signal output by the land-based light source is transmitted downlink through the repeater, the vibration of the submarine fiber optic cable is segmented and detected, and each section uses a digital sampling backhaul. In this way, vibration monitoring of the electric relay submarine optical fiber cable having a long section exceeding 1000 km is realized. Compared to OTDR extension technology, relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system for underwater sampling using frequency modulation continuous wave technology has high average power, high signal-to-noise ratio and repeater for optical signal amplification. Suitable for long-distance detection via. However, using a digital sampling backhaul requires the addition of an active module to the submarine repeater or underwater node, reducing the reliability of the submarine repeater or underwater node.
現在開発されている陸上設備による検出に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムは、多波長周波数変調パルス光源を使用し、ダウンリンク検出光信号を生成し、振動監視のためのアナログ光信号を直接に返す。隣接したセクションでは、振動監視信号の時分割多重化を行うだけでなく、振動監視信号の波長を交互に選択することでアップリンク伝送を行う。この技術によって、単一のファイバを多重化できないことだけでなく、各セクションの振動監視光信号に対するビートスペクトル及び光波長の重なりという問題が回避される。この技術では、ＤＷＤＭ方式で海底ケーブル中継区間振動監視を実現するために、一対の光ファイバの数個の光波長チャネルのみが占有される。しかし、それは多波長周波数変調パルス光源を構成及び使用しなければならないため、海底光ファイバケーブル振動監視装置のための費用が高くつくという問題がある。 Currently being developed, a relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on detection by land equipment uses a multi-wavelength frequency-modulated pulse light source to generate a downlink detection optical signal and directly output an analog optical signal for vibration monitoring. Return to. In the adjacent section, not only time division multiplexing of the vibration monitoring signal is performed, but also uplink transmission is performed by alternately selecting the wavelength of the vibration monitoring signal. This technique avoids not only the inability to multiplex a single fiber, but also the problem of overlapping beat spectra and optical wavelengths with respect to the vibration monitoring optical signals in each section. In this technique, only a few optical wavelength channels of a pair of optical fibers are occupied in order to realize submarine cable relay section vibration monitoring by the DWDM method. However, it has the problem that the cost for the submarine fiber optic cable vibration monitoring device is high because it requires the configuration and use of a multi-wavelength frequency modulated pulse light source.
本発明の目的は、時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムを提供することにある。時分割多重化及び空間分割多重化に基づく電気中継海底光ファイバケーブル振動監視システムはＯＦＤＲ技術を採用している。検出光源は、周波数変調パルス光信号を出力し、ダウンリンク伝送光ファイバに接続される。各中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバは、ダウンリンク中継増幅器に、それから光ファイバ干渉計に、その後にダウンリンク伝送光ファイバを介して次のセクションのダウンリンク中継増幅器に接続される。検出光信号は各中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバで後方レイリー散乱信号を生成し、後方レイリー散乱信号は、光ファイバ干渉計で局部光信号と干渉し、この中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を生成する。振動監視信号は、この中継セクションのフィルタに入力され、それからこの中継セクションの光ファイバカプラを通ってアップリンク伝送光ファイバの１つに入り、その後にこのセクションのこのアップリンク伝送光ファイバに接続されたアップリンク中継増幅器に入り、最終的にアップリンク光ファイバを通って復調装置に返される。周波数変調レーザパルス幅は中継セクションの海底ケーブルに対する往復遅延時間のｎ倍である。アップリンク伝送光ファイバは少なくともｎ個のアップリンク光ファイバを含み、各中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号はｎ個のアップリンク光ファイバにおける空間分割多重化を用いて返される。アップリンク光ファイバ及びパルス立ち上がりエッジ時間の違いによって、復調装置は各セクションに対する振動監視信号を区別し、データを分析及び復調し、各中継セクションの海底光ファイバケーブルの安全状態を早期に警告する。本発明は、海底光ファイバケーブル振動のセグメント化された検出を実現し、時分割及び時空分割多重化によって陸地に配置された復調装置に振動監視信号を直接に返し、従って１０００ｋｍを上回る海底光ファイバケーブルのセグメント化された振動監視及び測位を達成する。 An object of the present invention is to provide a relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on time division and spatial division multiplexing. The electrical relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on time division multiplexing and spatial division multiplexing employs OFDR technology. The detection light source outputs a frequency-modulated pulsed optical signal and is connected to a downlink transmission optical fiber. The downlink transmission fiber optics of each relay section are connected to the downlink relay amplifier, then to the fiber optic interferometer, and then to the downlink relay amplifier of the next section via the downlink transmission fiber optics. The detected optical signal generates a rear Rayleigh scattered signal on the downlink transmission fiber optic in each relay section, and the rear Rayleigh scattered signal interferes with the local optical signal on the optical fiber interferometer and vibrates the submarine optical fiber cable in this relay section. Generate a monitoring signal. The vibration monitoring signal is input to the filter of this relay section, then enters one of the uplink transmission fiber optics through the fiber optic coupler of this relay section, and is then connected to this uplink transmission fiber optic of this section. It enters the uplink relay amplifier and is finally returned to the demodulator through the uplink optical fiber. The frequency-modulated laser pulse width is n times the round-trip delay time for the submarine cable in the relay section. The uplink transmission optical fiber includes at least n uplink optical fibers, and the vibration monitoring signal for the submarine optical fiber cable of each relay section is returned using spatial division multiplexing in the n uplink optical fibers. Due to the difference in uplink fiber optic and pulse rise edge time, the demodulator distinguishes the vibration monitoring signal for each section, analyzes and demodulates the data, and promptly warns of the safety status of the submarine fiber optic cable in each relay section. The present invention provides segmented detection of submarine fiber optic cable vibrations and returns vibration monitoring signals directly to land-based demodulators by time division and time division multiplexing, thus over 1000 km of submarine fiber optics. Achieve segmented vibration monitoring and positioning of cables.
本発明は、時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムを提供する。当該システムは、検出光源、中継増幅器、ダウンリンク伝送光ファイバ、光ファイバ干渉計、アップリンク伝送光ファイバ、及び復調装置を備え、検出光源は、検出光信号を出力し、海底光ファイバケーブルのダウンリンク伝送光ファイバに接続され、各セクションのダウンリンク伝送光ファイバは、まず、長距離伝送を確実にするために、検出光源でのパワーレベルに検出光信号を増幅するダウンリンク中継増幅器に接続され、ダウンリンク中継増幅器は、それから光ファイバ干渉計に、その後に次に来るセクションのダウンリンク伝送光ファイバに接続され、２つの隣接したダウンリンク中継増幅器間の光ファイバ長は１００ｋｍ以下であり、それは中継セクションと称され、このシステムの各中継セクションはフィルタ及び光ファイバカプラをさらに備え、フィルタの透過波長は検出光信号の中心波長と一致し、検出光源は狭線幅周波数変調パルス光源であり、検出光信号の周波数変調パルス幅は１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間のｎ倍であり、ｎは２から８までの範囲に及ぶ整数であり、周波数変調パルス周期は監視される中継海底光ファイバケーブルの全長に対する往復遅延時間を上回り、各中継セクションのアップリンク伝送光ファイバは少なくともｎ個のアップリンク光ファイバを含み、検出光源によって出力された検出光信号は特定の中継セクションの光ファイバ干渉計に入った後に２つのビームに分岐され、一方のビームはこのセクションのダウンリンク伝送光ファイバに沿ってダウンリンクで伝送され、他方のビームは局部光信号として使用され、この中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバで生成された後方レイリー散乱信号は、光ファイバ干渉計内で局部光信号と干渉し、この中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を生成し、この中継セクションの光ファイバ干渉計によって出力された振動監視信号はこの中継セクションのフィルタに入力され、フィルタは振動監視信号のみを伝送し、フィルタの出力端は、この中継セクションの光ファイバカプラを介してアップリンク伝送光ファイバの１つに、その後にアップリンク光ファイバに接続されたアップリンク中継増幅器に接続される。ｎ個の連続した中継セクションの振動監視信号は第１から第ｎのアップリンク伝送光ファイバを通って順番に返され、次のｎ個の連続した中継セクションの振動監視信号もさらに第１から第ｎのアップリンク光ファイバを通って順番に返され、同じアップリンク伝送光ファイバ内の隣接した振動監視信号の時間領域における重なりが回避される。アップリンク伝送光ファイバを経由して返された各中継セクションに対する振動監視信号は、それぞれ、アップリンクのサンプリング装置のｎ個のサンプリングチャネルを経由してデジタルサンプリングされ、その後に復調装置に伝送され、サンプリング装置は光電変換モジュール及びアナログデジタル変換モジュールを備え、当該サンプリング装置において、光信号は、光電変換によって電気信号に、それからアナログデジタル変換によってデジタル信号に変換される。復調装置は、各中継セクションの振動監視信号を区別し、データを分析及び復調し、各中継セクションの海底光ファイバケーブルの安全状態を早期に警告する。 The present invention provides a relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on time division and spatial division multiplexing. The system includes a detection light source, a relay amplifier, a downlink transmission optical fiber, an optical fiber interferometer, an uplink transmission optical fiber, and a demodulator, and the detection light source outputs a detection optical signal to bring down the submarine optical fiber cable. Connected to the link transmission optical fiber, the downlink transmission optical fiber of each section is first connected to a downlink relay amplifier that amplifies the detection optical signal to the power level at the detection light source to ensure long-distance transmission. The downlink relay amplifier is then connected to an optical fiber interferometer and then to the downlink transmission optical fiber in the next section, and the optical fiber length between two adjacent downlink relay amplifiers is less than 100 km, which is Called the relay section, each relay section of the system further includes a filter and an optical fiber coupler, the transmission wavelength of the filter matches the center wavelength of the detection light signal, and the detection light source is a narrow line width frequency modulated pulse light source. The frequency-modulated pulse width of the detected optical signal is n times the round-trip delay time for the submarine optical fiber cable in one relay section, n is an integer ranging from 2 to 8, and the frequency-modulated pulse period is monitored. The round-trip delay time with respect to the total length of the relay submarine optical fiber cable is exceeded, the uplink transmission optical fiber of each relay section contains at least n uplink optical fibers, and the detection optical signal output by the detection light source is of a specific relay section. After entering the optical fiber interferometer, it is split into two beams, one beam is transmitted downlink along the downlink transmission optical fiber in this section, and the other beam is used as a local optical signal, this relay section. The rear Rayleigh scattered signal generated by the downlink transmission optical fiber interferes with the local optical signal in the optical fiber interferometer to generate a vibration monitoring signal for the submarine optical fiber cable in this relay section, and the optical in this relay section. The vibration monitoring signal output by the fiber interferometer is input to the filter in this relay section, the filter transmits only the vibration monitoring signal, and the output end of the filter is the uplink transmission light via the optical fiber coupler in this relay section. It is connected to one of the fibers and then to an uplink relay amplifier connected to the uplink optical fiber. The vibration monitoring signals of n consecutive relay sections are returned in order through the first to nth uplink transmission optical fibers, and the vibration monitoring signals of the next n consecutive relay sections are also further first to first. It is returned in sequence through n uplink optical fibers, avoiding overlap of adjacent vibration monitoring signals in the same uplink transmission optical fiber in the time region. The vibration monitoring signal for each relay section returned via the uplink transmission fiber is digitally sampled via the n sampling channels of the uplink sampling device, and then transmitted to the demodulator. The sampling device includes a photoelectric conversion module and an analog-digital conversion module. In the sampling device, an optical signal is converted into an electric signal by photoelectric conversion and then converted into a digital signal by analog-digital conversion. The demodulator distinguishes the vibration monitoring signals of each relay section, analyzes and demodulates the data, and promptly warns of the safety status of the submarine fiber optic cable of each relay section.
各中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバの各点における後方レイリー散乱信号のコヒーレントヘテロダイン積分時間はその点の各光ファイバ干渉計までの距離に反比例する。従って、距離が長いほどコヒーレントヘテロダイン積分時間が短くなり、それは中継セクション内の光ファイバ干渉計から離れた光ファイバの振動検出に不利となる。このため、本発明は、時分割多重化と空間分割多重化を組み合わせる解決策を採用する。 The coherent heterodyne integration time of the rear Rayleigh scattered signal at each point of the downlink transmission fiber optic in each relay section is inversely proportional to the distance to each fiber optic interferometer at that point. Therefore, the longer the distance, the shorter the coherent heterodyne integration time, which is disadvantageous for detecting the vibration of the fiber optic away from the fiber optic interferometer in the relay section. Therefore, the present invention employs a solution that combines time division multiplexing and spatial division multiplexing.
特定の中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバ内の検出光信号によって生成された後方レイリー散乱信号は局部光信号と干渉する。検出光信号のパルス立ち上がりエッジが光ファイバ干渉計に入り、振動監視光信号が出力される。検出光信号のパルス立ち下がりエッジが光ファイバ干渉計に入る状況は、局部光信号がもはや存在しない状況に相当する。このため、干渉によって生成された振動監視信号は、検出光源から出力された検出光信号のパルス幅と同じパルス幅を有するパルス信号である。そのパルス幅は１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間を上回るので、特定の中継セクションの海底光ファイバケーブルの最も遠い部分における後方レイリー散乱信号もコヒーレントに受信され得ることが保証される。 The rear Rayleigh scattered signal generated by the detection light signal in the downlink transmission optical fiber of a particular relay section interferes with the local light signal. The pulse rising edge of the detection optical signal enters the optical fiber interferometer, and the vibration monitoring optical signal is output. The situation where the pulse falling edge of the detected optical signal enters the optical fiber interferometer corresponds to the situation where the local optical signal no longer exists. Therefore, the vibration monitoring signal generated by the interference is a pulse signal having the same pulse width as the pulse width of the detection light signal output from the detection light source. Its pulse width exceeds the round-trip delay time for the submarine fiber optic cable in one relay section, ensuring that the rear Rayleigh scattered signal at the farthest part of the submarine fiber optic cable in a particular relay section can also be coherently received. ..
アップリンク伝送光ファイバは少なくともｎ個のアップリンク光ファイバを含み、海底光ファイバケーブルに対する振動検出信号のアップリンク伝送に関係するｎ個のアップリンク光ファイバがあり、ｎは、１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルの往復遅延時間で検出光信号のパルス幅を割ったときの商の倍数である。第１から第ｎの中継セクションのフィルタは、各セクションに対して結果として生じる振動監視信号を伝送し、１つのセクションのフィルタはこのセクションの１×２光ファイバカプラに接続され、第Ｘの中継セクションの１×２光ファイバカプラはビーム結合のために第Ｙのアップリンク光ファイバに接続され、Ｙ＝Ｘｍｏｄ ｎ、つまり、ＹはＸをｎで割ることによって得られた余りであり、Ｙ≠０であり、Ｘがｎで割り切れる場合、Ｙ＝ｎである。同じアップリンク光ファイバ内の異なる中継セクションに対する振動監視信号は、中継セクションの位置の違いのため、異なるパルス遅延時間を有する。隣接した中継セクションに対する振動監視信号パルスの立ち上がりエッジ間には、１つの中継セクションに対する往復遅延時間差がある。本発明において、第１から第ｎの中継セクションに対する振動監視パルス信号は第１から第ｎのアップリンク伝送光ファイバで伝送され、これにより、振動監視信号が同じ波長を有し、かつパルス幅が隣接した中継セクションに対するパルス遅延時間差を上回るという条件の下で、振動監視パルス信号の時間領域における重なりが回避される。つまり、各中継セクションに対する振動監視信号は空間分割及び時分割多重によってｎ個のアップリンク光ファイバにおいて多重化される。アップリンク光ファイバ及びパルス立ち上がり時間の違いによって、復調装置は異なる中継セクションに対する振動監視信号を区別する。 Uplink transmission optical fibers include at least n uplink optical fibers, and there are n uplink optical fibers involved in uplink transmission of vibration detection signals to submarine optical fiber cables, where n is for one relay section. It is a multiple of the quotient when the pulse width of the detected optical signal is divided by the round-trip delay time of the submarine optical fiber cable. The filters in the first to nth relay sections transmit the resulting vibration monitoring signal to each section, the filter in one section is connected to the 1x2 fiber optic coupler in this section, and the Xth relay The 1x2 fiber optic coupler in the section is connected to the Yth uplink fiber optic for beam coupling and Y = Xmod n, i.e. Y is the remainder obtained by dividing X by n, Y ≠ If it is 0 and X is divisible by n, then Y = n. Vibration monitoring signals for different relay sections within the same uplink fiber optic have different pulse delay times due to different relay section positions. There is a round-trip delay time difference for one relay section between the rising edges of the vibration monitoring signal pulses for adjacent relay sections. In the present invention, the vibration monitoring pulse signal for the first to nth relay sections is transmitted by the first to nth uplink transmission optical fibers, whereby the vibration monitoring signal has the same wavelength and the pulse width is different. Overlapping of vibration monitoring pulse signals in the time domain is avoided, provided that the pulse delay time difference with respect to the adjacent relay section is exceeded. That is, the vibration monitoring signal for each relay section is multiplexed in n uplink optical fibers by spatial division and time division multiplexing. Due to the difference in uplink optical fiber and pulse rise time, the demodulator distinguishes vibration monitoring signals for different relay sections.
第１の中継セクションにおける、ダウンリンク中継増幅器、光ファイバ干渉計、フィルタ、光ファイバカプラ、及びアップリンク中継増幅器、並びに、検出光源、サンプリング装置、復調装置は、陸地に配置されたローカル装置である。 The downlink relay amplifier, fiber optic interferometer, filter, fiber optic coupler, and uplink relay amplifier in the first relay section, as well as the detection light source, sampling device, and demodulator are local devices located on land. ..
最適解はｎ＝２であり、検出光信号の周波数変調パルス幅は１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間の２倍であり、アップリンク伝送光ファイバは少なくとも２つのアップリンク光ファイバを含み、１つのセクションのフィルタはこのセクションの１×２光ファイバカプラに接続され、１×２光ファイバカプラは、ビーム結合のために、１つの中継セクションだけこの中継セクションから離れた中継セクションのフィルタに接続されたアップリンク光ファイバに接続される。 The optimal solution is n = 2, the frequency modulation pulse width of the detected optical signal is twice the round-trip delay time for the submarine optical fiber cable in one relay section, and the uplink transmission optical fiber is at least two uplink optical fibers. The filter of one section is connected to the 1x2 fiber optic coupler of this section, and the 1x2 fiber optic coupler is of the relay section which is separated from this relay section by only one relay section due to beam coupling. It is connected to the uplink optical fiber connected to the filter.
検出光源のパルス幅は中継セクションに対する往復遅延時間のｎ倍をわずかに下回り、パルス幅と中継セクションに対する往復遅延時間のｎ倍との差は２０ナノ秒から１マイクロ秒までの範囲に及ぶ。従って、隣接した中継セクションに対する検出光信号パルス間に一定の時間の隔たりが保たれ、それにより、隣接した中継セクションに対する振動監視信号パルスの重なりが回避され、異なる中継セクションに対する振動監視信号の区別が容易になる。 The pulse width of the detection source is slightly less than n times the round trip delay time for the relay section, and the difference between the pulse width and n times the round trip delay time for the relay section ranges from 20 nanoseconds to 1 microsecond. Therefore, a certain time gap is maintained between the detected optical signal pulses for adjacent relay sections, thereby avoiding overlap of vibration monitoring signal pulses for adjacent relay sections and distinguishing vibration monitoring signals for different relay sections. It will be easier.
光ファイバ干渉計は、ＭＺ光ファイバ干渉計（マッハツェンダー光ファイバ干渉計）であり、（５／９５）〜（５０／５０）の分岐比を有する光ファイバスプリッタ、光ファイバサーキュレータ、及び３ｄＢ光ファイバカプラを備え、光ファイバスプリッタにおいて、検出光信号は２つの経路に分岐され、大きな分岐割合を有する検出光信号は、光ファイバサーキュレータの第１ポートに入力され、それから光ファイバサーキュレータの第２ポートから出力され、その後にダウンリンク伝送光ファイバに入力されてダウンリンク伝送を続け、小さな分岐割合を有する検出光信号は局部光信号として３ｄＢ光ファイバカプラに入力され、ダウンリンク伝送光ファイバで生成された後方レイリー信号は、光ファイバサーキュレータの第２ポートを通って光ファイバサーキュレータに返され、それから光ファイバサーキュレータの第３ポートを通って３ｄＢ光ファイバカプラに入力されて局部光信号と干渉し、３ｄＢ光ファイバカプラはこの中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバに対する海底光ファイバケーブル振動監視信号を出力する。 The optical fiber interferometer is an MZ optical fiber interferometer (Mach Zender optical fiber interferometer), which is an optical fiber splitter, an optical fiber circulator, and a 3 dB optical fiber having a branch ratio of (5/95) to (50/50). In the optical fiber splitter with a coupler, the detected optical signal is branched into two paths, and the detected optical signal with a large branch ratio is input to the first port of the optical fiber circulator and then from the second port of the optical fiber circulator. It is output, then input to the downlink transmission optical fiber to continue downlink transmission, and the detection optical signal having a small branch ratio is input to the 3dB optical fiber coupler as a local optical signal and generated by the downlink transmission optical fiber. The rear Rayleigh signal is returned to the fiber optic circulator through the second port of the fiber optic circulator and then input to the 3 dB fiber optic coupler through the third port of the fiber optic circulator to interfere with the local optical signal and 3 dB light. The fiber coupler outputs a submarine fiber optic cable vibration monitoring signal to the downlink transmission fiber optic in this relay section.
ＭＺ光ファイバ干渉計において、光ファイバスプリッタから３ｄＢ光ファイバカプラに向かう局部発振器光のための干渉アームで、光ファイバスプリッタは３ｄＢ光ファイバカプラに接続される前にデポラライザに接続され、光ファイバサーキュレータから３ｄＢ光ファイバカプラに向かう後方レイリー散乱信号のための干渉アームで、光ファイバサーキュレータは３ｄＢ光ファイバカプラに接続される前にデポラライザに接続される。従って、偏光変調の影響が低減され、コヒーレンス特性が向上する。 In the MZ fiber optic interferometer, an interference arm for local oscillator light from the fiber optic splitter to the 3 dB fiber optic coupler, where the fiber optic splitter is connected to the depolarizer before being connected to the 3 dB fiber optic coupler and from the fiber optic circulator. An interfering arm for the rear Rayleigh scattered signal towards the 3dB fiber optic coupler, the fiber optic circulator is connected to the depolarizer before being connected to the 3dB fiber optic coupler. Therefore, the influence of polarization modulation is reduced and the coherence characteristics are improved.
このシステムは分岐海底光ファイバケーブルのための振動監視分岐部を付加され、特定の中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルは分岐海底光ファイバケーブルに接続され、それに応じて、アップリンク伝送光ファイバは分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号の伝送のための１つ又は２つのアップリンク光ファイバを付加され、ダウンリンク伝送光ファイバのための１×２光ファイバスプリッタにおいて、検出光信号は２つの経路に分岐され、一方の経路において、検出光信号は、ダウンリンク伝送光ファイバに沿ってダウンリンク伝送を続け、この中継セクションの光ファイバ干渉計に入り、他方の経路において、検出光信号は、分岐海底ケーブル光ファイバ干渉計に入り、それから分岐海底光ファイバケーブルに沿ってダウンリンクで連続的に伝送され、分岐海底光ファイバケーブルで生成された後方レイリー散乱信号は、分岐海底ケーブル光ファイバ干渉計内で、その局部光信号と干渉し、分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号が得られ、分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号は、分岐ケーブルフィルタを経由して伝送及びフィルタリングされ、それから基幹海底光ファイバケーブルの１×２光ファイバカプラを通って分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送するためのアップリンク光ファイバに入力され、それから陸地に配置されたサンプリング装置にアップリンクで伝送され、その後に復調装置に入力される。 This system is added a vibration monitoring branch for the branched submarine fiber optic cable, the backbone submarine fiber optic cable of a specific relay section is connected to the branched submarine fiber optic cable, and the uplink transmission fiber optic is branched accordingly. In a 1x2 fiber optic splitter for downlink transmission fiber optics with one or two uplink fiber optics added for transmission of vibration monitoring signals to submarine fiber optic cables, the detection fiber optics are routed in two paths. Branched, in one path the detected optical signal continues downlink transmission along the downlink transmission fiber optic and enters the fiber optic interferometer in this relay section, and in the other path the detected optical signal is branched offshore. The rear Rayleigh scattered signal that enters the cable fiber optic interferometer and is then continuously transmitted downlink along the branched fiber optic cable and generated by the branched fiber optic cable is within the branched fiber optic interferometer. , Interfering with its local optical signal to obtain a vibration monitoring signal for the branched submarine fiber optic cable, the vibration monitoring signal for the branched submarine fiber optic cable is transmitted and filtered via the branched cable filter and then the backbone submarine fiber optic. It is input to an uplink optical fiber for transmitting a vibration monitoring signal to a branched submarine fiber optic cable through a 1x2 fiber optic coupler of the cable, and then is transmitted uplink to a land-based sampling device, and then. It is input to the demodulator.
基幹海底光ファイバケーブルはＮ個の分岐装置に接続され、Ｎはシステムの中継セクションの総数を下回り、各分岐装置を接続するための分岐海底光ファイバケーブルの長さが中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さ以下であり、かつ２つの隣接した分岐装置間の距離が中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さの２倍を上回る場合、１つのアップリンク光ファイバを付加し、時分割多重方式によって各分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送することだけが必要であり、各分岐装置を接続するための分岐海底光ファイバケーブルの長さが中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さ以下であり、かつ、２つの隣接した分岐装置間の距離が、中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さを上回り、中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さの２倍を下回る場合、２つのアップリンク光ファイバを付加し、空間分割多重と時分割多重を組み合わせた方式によって各分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送することだけが必要である。従って、２つの隣接した分岐装置の分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号パルスの重なりが回避されるだろう。 The backbone submarine fiber optic cable is connected to N branching devices, where N is less than the total number of relay sections of the system, and the length of the branched submarine fiber optic cable for connecting each branching device is the backbone fiber optic fiber of the relay section. If the length of the cable is less than or equal to the length of the cable and the distance between two adjacent branching devices is more than twice the length of the backbone fiber optic cable in the relay section, add one uplink fiber optic and time-split multiplexing. Depending on the method, it is only necessary to transmit the vibration monitoring signal for each branch submarine fiber optic cable, and the length of the branch submarine fiber optic cable for connecting each branch device is the length of the backbone submarine fiber optic cable in the relay section. If the distance between two adjacent branching devices is greater than or equal to the length of the trunk submarine fiber optic cable in the relay section and less than twice the length of the backbone fiber optic cable in the relay section, 2 It is only necessary to add two uplink optical fibers and transmit the vibration monitoring signal to each branched submarine optical fiber cable by a method that combines spatial division multiplexing and time division multiplexing. Therefore, overlap of vibration monitoring signal pulses with respect to the branched submarine fiber optic cable of the two adjacent branching devices will be avoided.
先行技術と比較して、本発明による時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムは次の利点を有する。(i)それは、海底光ファイバケーブル振動監視システムが各セクションの海底光ファイバケーブルの中継器を通過できないという問題を扱い、海底光ファイバケーブル振動監視システムの検出距離を１００ｋｍ以内から数千ｋｍまで増加させ、それにより、長区間海底光ファイバケーブルで要求されるような物理的な安全性のリアルタイム監視要件が満たされ、(ii)本監視システムは全経路に対する水中光信号伝送を行うので、デジタルサンプリングモジュールの必要性はなく、海底アクティブデバイスを増やす必要はなく、(iii)検出光源は１つの波長のみを使用し、それにより装置の費用が削減され、(iv)ダウンリンク周波数変調パルス信号は、ダウンリンク光ファイバの１つのチャネルのみを占有し、他のデジタル通信サービス信号と共に波長分割多重化され得、アップリンク海底ケーブル監視信号は、ｎ個のアップリンク光ファイバのそれぞれの１つのチャネルのみを占有し、他のデジタル通信サービス信号と共に波長分割多重化され得、(v)それは、海底光ファイバケーブルの分岐海底光ファイバケーブルの振動監視に対応し、基幹ケーブルの振動監視及びその分岐海底光ファイバケーブルの振動監視の両方を実現し、(vi)ＯＦＤＲ技術に基づく本発明の解決策は、ＣＯＴＤＲ装置に完全に取って代わることができるだけでなく、振動のリアルタイム監視及び測位、並びに海底ケーブルの故障点の測位を実現でき、その装置における単位時間毎のコヒーレント積分時間はＣＯＴＤＲコヒーレント積分時間の１０００倍を上回り、数秒内でコヒーレント信号のサンプリング及び信号処理を完了でき、従って、ＣＯＴＤＲの１０分程度の応答速度と比較して、この装置はその応答速度及び応答感度を大幅に向上させる。 Compared with the prior art, the relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on time division and space division multiplexing according to the present invention has the following advantages. (i) It deals with the problem that the submarine fiber optic cable vibration monitoring system cannot pass through the repeater of the submarine fiber optic cable in each section, and increases the detection distance of the submarine fiber optic cable vibration monitoring system from within 100 km to several thousand km. This allows real-time monitoring requirements for physical safety, such as those required for long-segment submarine fiber optic cables, (ii) digital sampling as the monitoring system transmits underwater optical signals over all routes. There is no need for modules, there is no need to increase the number of submarine active devices, (iii) the detection light source uses only one wavelength, which reduces the cost of the equipment, and (iv) the downlink frequency-modulated pulse signal It occupies only one channel of the downlink optical fiber and can be frequency-divided and multiplexed with other digital communication service signals, and the uplink submarine cable monitoring signal can only occupy one channel of each of the n uplink optical fibers. It can occupy and be wavelength-split-multiplexed along with other digital communication service signals, (v) it corresponds to the vibration monitoring of the branch submarine fiber optic cable of the submarine fiber optic cable, the vibration monitoring of the backbone cable and its branched submarine fiber optic The solution of the present invention, which realizes both cable vibration monitoring and is based on (vi) OFDR technology, can not only completely replace the COTDR device, but also real-time vibration monitoring and positioning, as well as undersea cable failure. Point positioning can be realized, the coherent integration time per unit time in the device exceeds 1000 times the COTDR coherent integration time, and the sampling and signal processing of the coherent signal can be completed within a few seconds. Therefore, about 10 minutes of COTDR. Compared to the response speed, this device significantly improves its response speed and response sensitivity.
時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムの第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態による時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムの構成模式図を示す。検出光源によって出力された検出光信号は、海底光ファイバケーブルのダウンリンク伝送光ファイバに入力される。各セクションのダウンリンク伝送光ファイバは、まずダウンリンク中継増幅器に、それから光ファイバ干渉計に、その後に次に来るセクションのダウンリンク伝送光ファイバに接続される。この実施形態において、２つの隣接したダウンリンク中継増幅器間のダウンリンク伝送光ファイバの長さは１００ｋｍであり、それは中継セクションと称される。この実施形態における検出光源は狭線幅周波数変調パルス光源である。検出光信号の周波数変調パルス幅は１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間の２倍であり、その周波数変調パルス周期は監視される中継海底光ファイバケーブルの全長に対する往復遅延時間を上回る。
First Embodiment of a Relay Submarine Optical Fiber Cable Vibration Monitoring System Based on Time Division and Spatial Division Multiplexing FIG. 1 shows a relay submarine optical fiber cable based on time division and spatial division multiplexing according to the first embodiment of the present invention. A schematic configuration diagram of the vibration monitoring system is shown. The detection optical signal output by the detection light source is input to the downlink transmission optical fiber of the submarine optical fiber cable. The downlink transmission fiber optics in each section are first connected to the downlink relay amplifier, then to the fiber optic interferometer, and then to the downlink transmission fiber optics in the next section. In this embodiment, the length of the downlink transmission optical fiber between two adjacent downlink relay amplifiers is 100 km, which is referred to as the relay section. The detection light source in this embodiment is a narrow line width frequency modulated pulse light source. The frequency modulation pulse width of the detection optical signal is twice the round trip delay time for the submarine fiber optic cable in one relay section, and its frequency modulation pulse period exceeds the round trip delay time for the total length of the relay submarine fiber optic cable being monitored. ..
この実施形態において、各中継セクションのアップリンク伝送光ファイバは、各中継セクションに対する振動監視信号の伝送に関与する２つのアップリンク光ファイバを含む。 In this embodiment, the uplink transmission optical fiber of each relay section includes two uplink optical fibers involved in the transmission of the vibration monitoring signal to each relay section.
図１はこの実施形態における中継セクションＩ及び中継セクションＩＩの構成模式図を示す。検出光源は、検出光信号を出力し、中継セクションＩのダウンリンク中継増幅器Ｉ（即ちダウンリンクＥＤＦＡＩ）に、それから光ファイバ干渉計Ｉに、その後にセクションＩのダウンリンク伝送光ファイバに接続される。検出光信号は中継セクションＩのダウンリンク伝送光ファイバで後方レイリー散乱信号を生成し、後方レイリー散乱信号は、光ファイバ干渉計Ｉ内で局部光信号と干渉し、中継セクションＩの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を生成する。光ファイバ干渉計Ｉによって出力された振動監視信号は中継セクションＩのフィルタＩに入力される。フィルタＩは、セクションＩの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送する。振動監視信号は、この中継セクションＩの光ファイバカプラＩを通ってアップリンク伝送光ファイバＩのアップリンク光ファイバａのアップリンクＥＤＦＡＩａに入り、それからアップリンク光ファイバａを通ってサンプリング装置のサンプリングチャネルに返され、最終的にデジタルサンプリングされて復調装置に出力される。中継セクションＩＩの光ファイバ干渉計ＩＩの構成は中継セクションＩの光ファイバ干渉計Ｉのものと同様である。光ファイバ干渉計ＩＩによって出力された振動監視信号は中継セクションＩＩのフィルタＩＩに入力される。フィルタＩＩによって伝送された振動監視信号は、中継セクションＩＩの光ファイバカプラＩＩを通ってアップリンク光ファイバＩＩｂのアップリンクＥＤＦＡＩＩｂに入り、そしてアップリンク光ファイバｂからサンプリング装置のサンプリングチャネルｂに返され、最終的にデジタルサンプリングされて復調装置に出力される。一方のアップリンク伝送光ファイバａは、Ｉ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩＩなどの中継セクションに対する振動監視信号を伝送し、他方のアップリンク光ファイバｂは、ＩＩ、ＩＶ、ＶＩ、ＶＩＩＩなどの中継セクションに対する振動監視信号を伝送する。アップリンク光ファイバ及び信号パルス立ち上がりエッジ時間の違いによって、復調装置は異なる中継セクションに対する振動監視信号を区別する。図２は、この実施形態における２つのアップリンク光ファイバで伝送される振動監視信号パルスの時間領域における構成模式図を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a relay section I and a relay section II in this embodiment. The detection light source outputs the detection light signal and is connected to the downlink relay amplifier I (ie, downlink EDFAI) in relay section I, then to the fiber optic interferometer I, and then to the downlink transmission fiber in section I. .. The detection optical signal generates a rear Rayleigh scattered signal on the downlink transmission optical fiber of the relay section I, and the rear Rayleigh scattered signal interferes with the local optical signal in the optical fiber interferometer I, and the submarine optical fiber cable of the relay section I Generates a vibration monitoring signal for. The vibration monitoring signal output by the optical fiber interferometer I is input to the filter I of the relay section I. The filter I transmits a vibration monitoring signal to the submarine fiber optic cable of section I. The vibration monitoring signal enters the uplink EDFIa of the uplink optical fiber a of the uplink transmission optical fiber I through the optical fiber coupler I of this relay section I, and then passes through the uplink optical fiber a to the sampling channel of the sampling device. Is finally digitally sampled and output to the demodulator. The configuration of the optical fiber interferometer II of the relay section II is the same as that of the optical fiber interferometer I of the relay section I. The vibration monitoring signal output by the optical fiber interferometer II is input to the filter II of the relay section II. The vibration monitoring signal transmitted by the filter II enters the uplink EDFAIIb of the uplink optical fiber IIb through the optical fiber coupler II of the relay section II, and is returned from the uplink optical fiber b to the sampling channel b of the sampling device. Finally, it is digitally sampled and output to the demodulator. One uplink transmission optical fiber a transmits a vibration monitoring signal to a relay section such as I, III, V, VII, and the other uplink optical fiber b transmits a vibration monitoring signal to a relay section such as II, IV, VI, VIII. Transmits vibration monitoring signals. Due to the difference in uplink optical fiber and signal pulse rise edge time, the demodulator distinguishes vibration monitoring signals for different relay sections. FIG. 2 shows a schematic configuration diagram in the time domain of the vibration monitoring signal pulse transmitted by the two uplink optical fibers in this embodiment.
この実施形態において、Ｉ、ＩＩＩ、Ｖ、ＶＩＩなどの中継セクションに対する振動監視信号はアップリンク光ファイバａに結び付けられ、ＩＩ、ＩＶ、ＶＩ、ＶＩＩＩなどの中継セクションの振動監視信号はアップリンク光ファイバｂに結び付けられる。 In this embodiment, the vibration monitoring signal for the relay section such as I, III, V, VII is linked to the uplink optical fiber a, and the vibration monitoring signal for the relay section such as II, IV, VI, VIII is the uplink optical fiber. It is tied to b.
この実施形態において、検出光信号のパルス幅は、中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間の２倍をわずかに下回り、即ち２ｍｓ〜０．５μｓである。 In this embodiment, the pulse width of the detection light signal is slightly less than twice the round trip delay time for the submarine fiber optic cable in the relay section, i.e. 2 ms to 0.5 μs.
この実施形態において、図３に示されるように、光ファイバ干渉計は、ＭＺ干渉計であり、９０：１０の分岐比を有する光ファイバスプリッタ、光ファイバサーキュレータ、及び３ｄＢ光ファイバカプラを含む。光ファイバスプリッタにおいて、検出光信号は２つの経路に分岐される。大きな分岐割合を有する一方の検出光信号は、光ファイバサーキュレータの第１ポート(1)に入力され、それから光ファイバサーキュレータの第２ポート(2)から出力され、その後にダウンリンク伝送光ファイバに入力されてダウンリンク伝送を続け、小さな分岐割合を有する他方の検出光信号は局部光信号として３ｄＢ光ファイバカプラに入力される。ダウンリンク伝送光ファイバで生成された後方レイリー信号は、光ファイバサーキュレータの第２ポート(2)から光ファイバサーキュレータに返され、光ファイバサーキュレータの第３ポート(3)を通って３ｄＢ光ファイバカプラに入力される。３ｄＢ光ファイバカプラにおいて、後方レイリー信号は局部光信号と干渉する。３ｄＢ光ファイバカプラはこの中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバに対する海底光ファイバケーブル振動監視信号を出力する。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the fiber optic interferometer is an MZ interferometer and includes a fiber optic splitter, a fiber optic circulator, and a 3 dB fiber optic coupler with a 90:10 branch ratio. In the optical fiber splitter, the detection optical signal is split into two paths. One of the detected optical signals having a large branch ratio is input to the first port (1) of the optical fiber circulator, then output from the second port (2) of the optical fiber circulator, and then input to the downlink transmission optical fiber. The downlink transmission is continued, and the other detection optical signal having a small branch ratio is input to the 3 dB optical fiber coupler as a local optical signal. The rear Rayleigh signal generated by the downlink transmission optical fiber is returned from the second port (2) of the optical fiber circulator to the optical fiber circulator, and passes through the third port (3) of the optical fiber circulator to the 3 dB optical fiber coupler. Entered. In a 3 dB optical fiber coupler, the rear Rayleigh signal interferes with the local optical signal. The 3dB fiber optic coupler outputs a submarine fiber optic cable vibration monitoring signal to the downlink transmission fiber optic in this relay section.
この実施形態のＭＺ光ファイバ干渉計において、光ファイバスプリッタから３ｄＢ光ファイバカプラに向かう局部発振器光のための干渉アームで、光ファイバスプリッタは３ｄＢ光ファイバカプラに接続される前にデポラライザに接続され、光ファイバサーキュレータから３ｄＢ光ファイバカプラに向かう後方レイリー散乱信号のための干渉アームで、光ファイバサーキュレータは３ｄＢ光ファイバカプラに接続される前にデポラライザに接続される。この例では、Ｌｙｏｔデポラライザが使用されている。 In the MZ fiber optic interferometer of this embodiment, an interfering arm for local oscillator light from the fiber optic splitter to the 3 dB fiber optic coupler, the fiber optic splitter is connected to the depolarizer before being connected to the 3 dB fiber optic coupler. An interfering arm for the rear Rayleigh scattered signal from the fiber optic circulator to the 3 dB fiber optic coupler, the fiber optic circulator is connected to the depolarizer before being connected to the 3 dB fiber optic coupler. In this example, the Lyot depolarizer is used.
時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システムの第２の実施形態
そのシステムの基本構成は、第１の実施形態のものと同様であるが、分岐装置に接続された分岐海底光ファイバケーブルのための振動監視分岐部を付加される。図４は、基幹海底光ファイバケーブルが特定の分岐装置に接続された中継セクションの構成模式図を示す。この実施形態において、基幹海底光ファイバケーブルは５つの分岐装置と接続される。各分岐装置に接続された分岐海底光ファイバケーブルの長さが中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さ以下であり、かつ２つの隣接した分岐装置間の距離が中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さの２倍を上回る場合、１つのアップリンク光ファイバｃを付加し、時分割多重方式によって５つの分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送することだけが必要である。図４において、中継セクションは１つの分岐装置を介して１つの分岐海底光ファイバケーブルに接続される。１×２光ファイバスプリッタにおいて、検出光信号は２つの経路に分岐される。一方の経路において、検出光信号は、基幹海底光ファイバケーブルのダウンリンク伝送光ファイバに沿ってダウンリンク伝送を続け、他方の経路において、検出光信号は分岐ケーブル光ファイバ干渉計に入力され、検出光信号は、分岐ケーブル光ファイバ干渉計を通過し、それから分岐海底光ファイバケーブルに沿ってダウンリンクで連続的に伝送され、分岐海底光ファイバケーブルで生成された後方レイリー散乱信号は、分岐海底ケーブル光ファイバ干渉計内で、その局部光信号と干渉し、この中継セクションの分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号が得られる。分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号は、分岐ケーブルフィルタを経由して分岐ケーブル光ファイバカプラに入力され、それからアップリンク伝送光ファイバ内で分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送するアップリンク光ファイバｃからの信号と結合され、その後に分岐海底光ファイバケーブルのサンプリング装置のサンプリングチャネルｃにアップリンクで伝送され、最終的にサンプリング後に復調装置に送られる。
Second Embodiment of a Relay Submarine Fiber Optic Cable Vibration Monitoring System Based on Time Division and Space Division Multiplexing The basic configuration of the system is the same as that of the first embodiment, but the branch connected to the branch device. A vibration monitoring branch for submarine fiber optic cables will be added. FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a relay section in which a trunk submarine optical fiber cable is connected to a specific branching device. In this embodiment, the backbone submarine fiber optic cable is connected to five branching devices. The length of the branched submarine fiber optic cable connected to each branching device is less than or equal to the length of the trunk submarine fiber optic cable of the relay section, and the distance between two adjacent branching devices is the trunk submarine fiber optic cable of the relay section. If it exceeds twice the length of, it is only necessary to add one uplink optical fiber c and transmit the vibration monitoring signal to the five branched submarine optical fiber cables by the time division multiplexing method. In FIG. 4, the relay section is connected to one branched submarine fiber optic cable via one branching device. In a 1x2 optical fiber splitter, the detection optical signal is split into two paths. In one path, the detection optical signal continues downlink transmission along the downlink transmission optical fiber of the backbone submarine fiber optic cable, and in the other path, the detection optical signal is input to the branch cable optical fiber interferometer for detection. The optical signal passes through a branched fiber optic interferometer and is then continuously transmitted downlink along the branched fiber optic cable, and the rear Rayleigh scattered signal generated by the branched fiber optic cable is the branched fiber optic cable. Within the fiber optic interferometer, it interferes with its local optical signal to obtain a vibration monitoring signal for the branched submarine fiber optic cable in this relay section. The vibration monitoring signal for the branched submarine optical fiber cable is input to the branched cable optical fiber coupler via the branched cable filter, and then the uplink optical that transmits the vibration monitoring signal for the branched submarine optical fiber cable within the uplink transmission optical fiber. It is coupled with the signal from the fiber c, then transmitted over the uplink to the sampling channel c of the sampling device of the branched submarine optical fiber cable, and finally sent to the demodulator after sampling.
基幹海底光ファイバケーブルが５つの分岐装置に接続される場合、各分岐装置を接続するための分岐海底光ファイバケーブルの長さが中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さ以下であり、かつ、２つの隣接した分岐装置間の距離が、中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さを上回り、中継セクションの基幹海底光ファイバケーブルの長さの２倍を下回るという条件の下で、２つのアップリンク光ファイバを付加し、即ちアップリンク光ファイバｃ及びアップリンク光ファイバｄを付加し、空間分割多重と時分割多重を組み合わせた方式によって５つの分岐海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を伝送することだけが必要である。従って、２つの隣接した分岐装置に対する振動監視信号パルスが重ならないことが保証される。 When the backbone optical fiber cable is connected to five branching devices, the length of the branched submarine fiber optic cable for connecting each branching device is less than or equal to the length of the backbone fiber optic cable in the relay section, and Two ups, provided that the distance between the two adjacent branching devices is greater than the length of the trunk submarine fiber optic cable in the relay section and less than twice the length of the backbone fiber optic cable in the relay section. A link optical fiber is added, that is, an uplink optical fiber c and an uplink optical fiber d are added, and vibration monitoring signals are transmitted to five branched submarine optical fiber cables by a method combining spatial division multiplex and time division multiplex. Only needed. Therefore, it is guaranteed that the vibration monitoring signal pulses for the two adjacent branching devices do not overlap.
上述の実施形態は、さらに、本発明の目的、技術的解決策、及び有益な効果を詳細に説明するための具体例にすぎず、本発明はこれに限定されない。本発明の開示の範囲内でなされた変更、均等置換、改良等は、全て本発明の保護範囲に含まれる。 The above-described embodiments are merely specific examples for further explaining the objectives, technical solutions, and beneficial effects of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Any changes, equal substitutions, improvements, etc. made within the scope of the disclosure of the present invention are included in the scope of protection of the present invention.
Claims (8)
各中継セクションはフィルタ及び光ファイバカプラをさらに備え、前記フィルタの透過波長は前記検出光信号の中心波長と一致し、
前記検出光源は狭線幅周波数変調パルス光源であり、前記検出光信号の周波数変調パルス幅は１つの中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する往復遅延時間のｎ倍であり、ｎは２から８までの範囲に及ぶ整数であり、周波数変調パルス周期は前記監視される中継海底光ファイバケーブルの全長に対する往復遅延時間を上回り、
各中継セクションのアップリンク伝送光ファイバは少なくともｎ個のアップリンク光ファイバを含み、前記検出光源によって出力された前記検出光信号は特定の中継セクションの光ファイバ干渉計に入った後に２つのビームに分岐され、一方のビームはこのセクションのダウンリンク伝送光ファイバに沿ってダウンリンクで伝送され、他方のビームは局部光信号として使用され、この中継セクションのダウンリンク伝送光ファイバで生成された後方レイリー散乱信号は、前記光ファイバ干渉計内で前記局部光信号と干渉し、この中継セクションの海底光ファイバケーブルに対する振動監視信号を生成し、この中継セクションの前記光ファイバ干渉計によって出力された前記振動監視信号はこの中継セクションの前記フィルタに入力され、前記フィルタは前記振動監視信号のみを伝送し、前記フィルタの出力端は、この中継セクションの前記光ファイバカプラを介して前記アップリンク伝送光ファイバの１つに、その後に前記アップリンク伝送光ファイバに接続されたアップリンク中継増幅器に接続され、ｎ個の連続した中継セクションの振動監視信号は第１から第ｎのアップリンク伝送光ファイバを通って順番に返され、次のｎ個の連続した中継セクションの振動監視信号もさらに第１から第ｎのアップリンク光ファイバを通って順番に返され、前記アップリンク伝送光ファイバを経由して返された各中継セクションに対する前記振動監視信号は、それぞれ、アップリンクのサンプリング装置のｎ個のサンプリングチャネルを経由してデジタルサンプリングされ、その後に復調装置に伝送され、前記サンプリング装置は光電変換モジュール及びアナログデジタル変換モジュールを備え、前記サンプリング装置において、光信号は、光電変換によって電気信号に、それからアナログデジタル変換によってデジタル信号に変換され、前記復調装置は、各中継セクションに対する前記振動監視信号を区別し、データを分析及び復調し、各中継セクションの海底光ファイバケーブルの安全状態を早期に警告し、
第１から第ｎの中継セクションのフィルタは、各セクションに対して結果として生じる前記振動監視信号を伝送し、１つのセクションの前記フィルタはこのセクションの１×２光ファイバカプラに接続され、第Ｘの中継セクションの前記１×２光ファイバカプラはビーム結合のために第Ｙのアップリンク光ファイバに接続され、Ｙ＝Ｘｍｏｄ ｎ、つまり、ＹはＸをｎで割ることによって得られた余りであり、Ｙ≠０であり、Ｘがｎで割り切れる場合、Ｙ＝ｎであることを特徴とする、時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 A relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on time division and space division multiplexing, equipped with a detection light source, a relay amplifier, a downlink transmission optical fiber, an optical fiber interferometer, an uplink transmission optical fiber, and a demodulator. The detection light source outputs a detection optical signal and is connected to the downlink transmission optical fiber of the submarine optical fiber cable, and the downlink transmission optical fiber of each section is first connected to a downlink relay amplifier and then to the optical fiber. The optical fiber length between two adjacent downlink relay amplifiers connected to the interferometer and then to the downlink transmission optical fiber in the next section is less than 100 km, which is referred to as the relay section.
Each relay section further comprises a filter and a fiber optic coupler, the transmission wavelength of the filter matching the center wavelength of the detection light signal.
The detection light source is a narrow line width frequency modulation pulse light source, the frequency modulation pulse width of the detection light signal is n times the round trip delay time for the submarine optical fiber cable of one relay section, and n is from 2 to 8. An integer over the range, the frequency modulation pulse period exceeds the round trip delay time for the total length of the monitored relay submarine fiber optic cable.
The uplink transmission optical fiber of each relay section contains at least n uplink optical fibers, and the detected optical signal output by the detection light source is divided into two beams after entering the optical fiber interferometer of a specific relay section. Branched, one beam is transmitted downlink along the downlink transmission optical fiber in this section, the other beam is used as a local optical signal, and the rear rayry produced by the downlink transmission optical fiber in this relay section. The scattered signal interferes with the local optical signal in the optical fiber interferometer to generate a vibration monitoring signal for the submarine optical fiber cable in the relay section, and the vibration output by the optical fiber interferometer in the relay section. The monitoring signal is input to the filter of the relay section, the filter transmits only the vibration monitoring signal, and the output end of the filter is of the uplink transmission optical fiber via the optical fiber coupler of the relay section. First, it is connected to an uplink relay amplifier connected to the uplink transmission optical fiber, and vibration monitoring signals of n continuous relay sections pass through the first to nth uplink transmission optical fibers. Returned in sequence, the vibration monitoring signals of the next n consecutive relay sections are also returned in sequence through the first to nth uplink optical fibers and returned via the uplink transmission optical fiber. The vibration monitoring signal for each relay section is digitally sampled via the n sampling channels of the uplink sampling device, and then transmitted to the demodulator, where the sampling device is a photoelectric conversion module and analog digital. In the sampling device, the optical signal is converted into an electric signal by photoelectric conversion and then into a digital signal by analog-digital conversion, and the demodulator distinguishes the vibration monitoring signal for each relay section and data. Analysis and demodulation, early warning of the safety status of the submarine optical fiber cable in each relay section,
The filters in the first to nth relay sections transmit the resulting vibration monitoring signal to each section, the filters in one section are connected to the 1x2 fiber optic coupler in this section, and the Xth The 1x2 fiber optic coupler in the relay section of is connected to a Yth uplink fiber optic for beam coupling and Y = Xmod n, i.e. Y is the remainder obtained by dividing X by n. , Y ≠ 0, and Y = n when X is divisible by n, a relay submarine fiber optic cable vibration monitoring system based on time division and spatial division multiplexing.
請求項１に記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 n = 2, the frequency modulation pulse width of the detection optical signal is twice the reciprocating delay time for the submarine optical fiber cable of one relay section, and the uplink transmission optical fiber is at least two uplink optical fibers. The filter of one relay section is connected to the 1x2 fiber optic coupler of this relay section, and the 1x2 fiber optic coupler is separated from this relay section by only one relay section for beam coupling. It is characterized by being connected to an uplink optical fiber connected to a filter in a relay section.
The relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to claim 1.
請求項１に記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 The pulse width of the detection light source is slightly less than n times the round trip delay time for one relay section, and the difference between the pulse width and n times the round trip delay time for one relay section is 20 nanoseconds to 1 microsecond. Characterized by a range of up to seconds,
The relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to claim 1.
請求項１から３の何れかに記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 In the first relay section, the downlink relay amplifier, the optical fiber interferometer, the filter, the optical fiber coupler, and the uplink relay amplifier, and the detection light source, the sampling device, and the demodulating device are on land. The feature is that it is a local device located in
A relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から３の何れかに記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 The optical fiber interferometer is an MZ optical fiber interferometer, comprising an optical fiber splitter having a branching ratio of (5/95) to (50/50), an optical fiber circulator, and a 3 dB optical fiber coupler, and the optical fiber. In the splitter, the detection optical signal is branched into two paths, and the detection optical signal having a large branch ratio is input to the first port of the optical fiber circulator and then output from the second port of the optical fiber circulator. After that, it is input to the downlink transmission optical fiber to continue the downlink transmission, and the detection optical signal having a small branch ratio is input to the 3 dB optical fiber coupler as a local optical signal and generated by the downlink transmission optical fiber. The rear Rayleigh signal is returned to the optical fiber circulator through the second port of the optical fiber circulator, and then is input to the 3 dB optical fiber coupler through the third port of the optical fiber circulator to be input to the local optical fiber. Interfering with the signal, the 3 dB optical fiber coupler outputs the submarine optical fiber cable vibration monitoring signal to the downlink transmission optical fiber of this relay section.
A relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to any one of claims 1 to 3.
請求項５に記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 In the MZ fiber optic interferometer, an interfering arm for local oscillator light from the fiber optic splitter to the 3 dB fiber optic coupler, the fiber optic splitter being connected to the depolarizer before being connected to the 3 dB fiber optic coupler. An interference arm for a rear Rayleigh scattered signal from the fiber optic circulator to the 3 dB fiber optic coupler, characterized in that the fiber optic circulator is connected to a depolarizer before being connected to the fiber optic coupler. ,
The relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to claim 5.
請求項１から３の何れかに記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 The system is equipped with a vibration monitoring branch for the branched submarine fiber optic cable, the backbone submarine fiber optic cable of a particular relay section is connected to the branched submarine fiber optic cable, and the uplink transmission fiber optics accordingly. In a 1 × 2 optical fiber splitter for the downlink transmission optical fiber to which one or two uplink optical fibers are added for transmission of the vibration monitoring signal to the branched submarine optical fiber cable, the detection optical signal is Branched into two paths, in one path the detected optical signal continues downlink transmission along the downlink transmission fiber optic and enters the fiber optic interferometer in this relay section, in the other path. The detected optical signal enters a branched submarine cable fiber optic interferometer and is then continuously transmitted downlink along the branched submarine fiber optic cable, and the rear Rayleigh scattered signal generated by the branched submarine fiber optic cable is In the branched seabed cable optical fiber interferometer, the vibration monitoring signal for the branched seafloor optical fiber cable is obtained by interfering with the local optical signal, and the vibration monitoring signal for the branched seafloor optical fiber cable is a branch cable. It is transmitted and filtered through a filter and then input to the uplink optical fiber for transmitting the vibration monitoring signal to the branched submarine fiber optic cable through the 1x2 optical fiber coupler of the backbone submarine fiber optic cable. It is then uplinkly transmitted to the land-based sampling device and then input to the demodulator.
A relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to any one of claims 1 to 3.
請求項７に記載の時分割及び空間分割多重化に基づく中継海底光ファイバケーブル振動監視システム。 The trunk submarine fiber optic cable is connected to N branching devices, N is less than the total number of relay sections of the system, and the length of the branched submarine fiber optic cable for connecting each branching device is the backbone of the relay section. If it is less than or equal to the length of the submarine fiber optic cable and the distance between two adjacent branching devices is more than twice the length of the backbone fiber optic cable of the relay section, one uplink fiber optic is added. It is only necessary to transmit the vibration monitoring signal to each branched submarine optical fiber cable by the time-division multiplexing method, and the length of the branched submarine optical fiber cable for connecting each branch device is the backbone of the relay section. The length of the optical fiber cable is less than or equal to the length of the optical fiber cable, and the distance between two adjacent branching devices exceeds the length of the backbone optical fiber cable of the relay section, and the length of the backbone optical fiber cable of the relay section. If it is less than twice, it is only necessary to add two uplink optical fibers and transmit the vibration monitoring signal to each branched submarine optical fiber cable by a method that combines spatial division multiplexing and time division multiplexing. Features,
A relay submarine optical fiber cable vibration monitoring system based on the time division and spatial division multiplexing according to claim 7.
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