JP4574423B2 - 給電路を二重化した海底ケーブル通信システム - Google Patents

Description

本発明は、給電路を二重化した海底ケーブル通信システムに関し、特に、海中の分岐装置を用いて光通信用の海底ケーブルを分岐し、３局以上の陸揚げ局間で通信を行う海底ケーブル通信システムにおいて、二重化した給電路により電源供給を行う海底ケーブル通信システムに関する。

海底ケーブル通信システムは、図１１に示すように、陸揚げ局１１−１，１１−２，１１−３の間を繋ぐ海底ケーブル１１−４に適当な間隔をおいて複数の海底中継器１１−５が設けられ、各海底中継器１１−５に給電するため、陸上の陸揚げ局（以下陸上局という）に給電装置、海底ケーブル内に給電路を備えることが必要となる。

陸上局間を繋ぐ海底ケーブルの途中に分岐点が無い海底ケーブル通信システムでは、両端の陸上局に給電装置を設置し、一方の陸上局の給電装置を正電圧（＋）電源、他方の陸上局の給電装置を負電圧（−）電源として、１系統の給電設備により電源供給が行われている。海底ケーブル通信システムを構成する各海底中継器は、ツェナーダイオードを用いて所定の電源電圧を取り出し、自中継器内の各回路部に給電する構成となっている。

また、図１１に示すように、陸上局間を繋ぐ海底ケーブルの途中に分岐点を有する海底ケーブル通信システムでは、分岐点に海中分岐装置（ＢＵ）１１−６を設け、該海中分岐装置（ＢＵ）１１−６に給電路の切り換えを行う機能を具備し、海底ケーブルの切断等による障害発生により各海底中継器への給電が停止される事態を極力回避するよう、給電路の切り換えを行っていた。

分岐点を有する従来の海底ケーブル通信システムの給電経路の構成例を図１２に示す。正常時には同図に示すように、第１の陸上局（Ａ局）の給電装置１２−４の正電圧（＋）電源から、海中分岐装置（ＢＵ）１２−３を素通りして、第３の陸上局（Ｃ局）の給電装置１２−６の負電圧（−）電源へ電流が流れる給電経路１２−１と、海中分岐装置（ＢＵ）１２−３の海中アース（ＳＥ：Sea Earth）から第２の陸上局（Ｂ局）の給電装置１２−５の負電圧（−）電源へ電流が流れる給電経路１２−１とにより、海底ケーブル通信システム内の各海底中継器１２−２に給電を行っていた。

図１３は、前述の図１２の給電経路の構成例の海底ケーブル通信システムによって中継される光通信経路を示す。図１３に示すように、第１の陸上局（Ａ局）と第３の陸上局（Ｃ局）、第３の陸上局（Ｃ局）と第２の陸上局（Ｂ局）、及び第２の陸上局（Ｂ局）と第１の陸上局（Ａ局）が、それぞれ光ケーブ１３−１及び海底中継器１３−１を介して相互に接続され、それぞれの陸上局間で相互に光通信が可能となる。

図１４に従来の海底中継器内の給電回路の構成を示す。同図に示すように、海底中継器内の給電回路は、給電入出力端子（ＰＯＷＥＲ ＩＮ／ＯＵＴ）から流入する電流を平滑する平滑コイル（Ｌ１，Ｌ２）、電圧調整用の抵抗器（Ｒ１〜Ｒ１０）、給電入出力端子（ＰＯＷＥＲ ＩＮ／ＯＵＴ）から流入する電流の極性に関わりなく一定の極性の電圧を与えるツェナーダイオード（ＺＤ１〜ＺＤ４）による整流回路、一定の電源電圧を負荷回路（Smoothing PCB）に与えるツェナーダイオード（ＺＤ５）、及び落雷等に対する過電圧保護のためのアレスタＡＲＲ１を備える。

図１５に海底ケーブルの障害時の海中分岐装置（ＢＵ）による給電経路切り換えの様態を示す。同図の（ａ）は正常時の場合を示し、この状態では図１２に示した給電経路と同様の経路により給電が行われる。同図の（ｂ）は第２の陸上局（Ｂ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の海底ケーブルに障害が発生した場合を示し、この場合は第１の陸上局（Ａ局）と第３の陸上局（Ｃ局）との間の各海底中継器には正常に給電されるが、第２の陸上局（Ｂ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の各海底中継器には給電されない。

また、同図の（ｃ）は第１の陸上局（Ａ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の海底ケーブルに障害が発生した場合を示し、この場合は、第２の陸上局（Ｂ局）の給電装置の正電圧（＋）電源から、第３の陸上局（Ｃ局）の給電装置の負電圧（−）電源へ流れる給電経路となるように、海中分岐装置（ＢＵ）で給電経路を切り換え、これにより、第２の陸上局（Ｂ局）と第３の陸上局（Ｃ局）との間の各海底中継器には給電されるが、第１の陸上局（Ａ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の各海底中継器には給電されない。

また、同図の（ｄ）は第３の陸上局（Ｃ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の海底ケーブルに障害が発生した場合を示し、この場合は、第１の陸上局（Ａ局）の給電装置の正電圧（＋）電源から、第２の陸上局（Ｂ局）の給電装置の負電圧（−）電源へ流れる給電経路となるように、海中分岐装置（ＢＵ）で給電経路を切り換え、これにより、第１の陸上局（Ａ局）と第２の陸上局（Ｂ局）との間の各海底中継器には給電されるが、第３の陸上局（Ｃ局）と海中分岐装置（ＢＵ）との間の各海底中継器には給電されない。

上述した従来の海底ケーブル通信システムは１系統のみの給電路を有し、該１系統の給電路を通信用光ファイバと一体に構成した海底ケーブルの構造を図１６に示す。該海底ケーブルは同図に示すように、光ファイバ１６−２の外周を絶縁層１６−２で覆い、その外周に給電路１６−３を設け、その外周を外皮１６−４で覆った構造を有している。

前述した海中分岐装置の給電切替え回路については、下記の特許文献１及び２等に記載されている。
特開平７−２６４１０５公報 特開平４−７０１２７公報

前述のような分岐点を有する従来の海底ケーブル通信システムは、１系統の給電経路しか有していないため、給電路が切断されるなどの障害が発生した場合、一旦、全給電装置からの電源供給を停止し、給電路の障害区間を探索して特定した後、障害の無い区間の給電路に電源供給を開始する。このように電源供給の停止から再び電源供給を開始するまでの数時間の間、全く損傷の無い給電路の通信区間まで一時的にせよ一旦通信不可能な状態に陥り、通信サービスの品質を著しく低下させる要因の一つになっていた。本発明は、海底で給電路が切断された場合でも、海底中継器に対して給電が途絶えることなく行われ、通信が無瞬断となる海底ケーブル通信システムを提供することを目的とする。

本発明の海底ケーブル通信システムは、（１）双方向に直流電流が流れ二重化した給電路を有する海底ケーブルと、前記海底ケーブルのそれぞれの給電路から給電される電流を整流回路により整流し、該整流回路からそれぞれ出力される電流をダイオードオア回路により合成して負荷回路に供給する海底中継器と、を備えたことを特徴とする。

また、（２）前記二重化した給電路のそれぞれの導体を、１本の海底ケーブル内に収容したことを特徴とする。
また、（３）前記二重化した給電路として、断面が略半円状の２個の導体を同一円周上に向かい合わせに配置し、該２個の導体の間に突起部を有する絶縁層を設けた構造を有することを特徴とする。
また、（４）前記二重化した給電路として、それぞれ複数の細線の導体の集合体により構成したことを特徴とする。
また、（５）前記二重化した給電路として、帯状の２個の導体を、海底ケーブルの中心軸を中心とする同心円上にスパイラル状に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、各海底中継器に対して、二重化した給電路により一方の系統の給電路からは正極の給電を行い、他方の系統の給電路からは負極の給電を行い、両系統からの給電をダイオードオア回路で合成して負荷回路の供給することにより、何れか一方の給電路に障害が発生しても他方の給電路から給電が途切れることなく行われ、また、仮に海底で給電路が切断された場合でも、切断点で海水接地を帰路とした給電が行われるため、海底中継器に対して無瞬断の給電を行うことが可能となり、通信サービスを中断させることなく、通信サービスの信頼性を向上させることができる。

また、二重化した給電路の導体を、断面が略半円状の２個の導体を同一円周上に向かい合わせに配置することにより、径の細い海底ケーブルを構成することができる。また、二重化した給電路として、それぞれ複数の細線の導体の集合体により構成したことにより、曲げ易い海底ケーブルとすることができる。また、二重化した給電路として、帯状の２個の導体をスパイラル状に配置したことにより、内部の光ファイバの負荷にならない範囲で屈曲性を増大させることができる。

図１は本発明による海底ケーブル通信システムの正常時の給電経路を示す。本発明では、各海底中継器１−１への給電路１−２を従来の１系統の給電路から二重化構成の給電路とし、各海底中継器１−１にそれぞれ２系統の給電路１−２から給電し、図１に示すように、第１の陸上局（Ａ局）１−３と第３の陸上局（Ｃ局）１−５との間、第１の陸上局（Ａ局）１−３と第２の陸上局（Ｂ局）１−４との間、第２の陸上局（Ｂ局）１−４と第３の陸上局（Ｃ局）１−５との間に２系統の給電路１−２を固定的に接続する。これにより、従来のような海中分岐装置（ＢＵ）における給電経路切り換えの機能は、本発明では不要となる。

本発明では給電路の二重化のため、従来の海底ケーブルにおける１系統の導体のみの給電路に対し、２系統の導体を有する構造とし、各海底中継器は該２系統の給電路からそれぞれ電源電流を取り出し、それぞれの電源電流をダイオードオア回路により合成して内部の負荷回路に給電する。

各海底中継器に２系統の給電路から電源を供給するため、各陸上局には各給電路対応に２つの給電装置（電源設備）をそれぞれ備え、各給電系統に各給電装置から電流を供給する。また、海中分岐装置（ＢＵ）には、従来の１系統の給電路の場合に必要であった給電路切替え機能を備えることなく、本発明における海中分岐装置（ＢＵ）は、各給電路を素通しで対向陸上局と接続する。また、従来の海中分岐装置（ＢＵ）に備えていた海中アース（ＳＥ）も不必要となる。

図２は、本発明における海底ケーブル切断時の給電経路を示す。同図に示すように、海底ケーブル切断部分において、２系統の給電路の内、少なくとも何れか一方の給電路で海中アース（ＳＥ）を帰路とする給電経路が形成されることにより、各中継器への給電が確保される。

例えば、海中分岐装置（ＢＵ）と第１の陸上局（Ａ局）との間の海底ケーブルが切断された場合、海中分岐装置（ＢＵ）と第１の陸上局（Ａ局）との間の海底中継器は、切断点より第１の陸上局（Ａ局）寄りの海底中継器２−１は、第１の陸上局（Ａ局）の給電装置と海中接地（ＳＥ）により給電され、切断点より海中分岐装置（ＢＵ）寄りの海底中継器２−２，２−３，２−４は、第２の陸上局（Ｂ局）の給電装置と海中接地（ＳＥ）により給電される。他の海底中継器は、図１に示した正常時と同様の給電経路により給電される。

図３は、本発明による海底中継器内の給電回路の第１の構成例を示す。海底中継器は２系統の給電路（図中の給電路Ａ及び給電路Ｂ）が供給され、それぞれの給電路に対して、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４及びツェナーダイオードＺＤ６〜ＺＤ９の各清流回路により整流し、ツェナーダイオードＺＤ５及びツェナーダイオードＺＤ１０により所定の電源電圧を取り出す。

２系統の給電路からの電流をダイオードオア（ＯＲ）回路３−１によって合成し、２系統の給電路の内、少なくとも一方の給電路からの給電があれば、ダイオードオア（ＯＲ）回路３−１の出力から負荷回路３−２に給電され、冗長構成が採られたことになる。

図４は、本発明による海底中継器内の給電回路の第２の構成例を示す。この第２の構成例は、高価なツェナーダイオードＺＤの使用個数が少なくなるよう構成した回路であり、第１の構成例おける整流用のツェナーダイオードと所定の電源電圧を取り出すためのツェナーダイオードとをそれぞれ機能を兼用させて構成し、ＺＤ１〜ＺＤ４の４つのツェナーダイオードにより、２系統の給電路からの給電の整流回路及び所定電源電圧を取り出す回路４−１を構成し、その出力をダイオードオア（ＯＲ）回路４−２により合成する回路構成としている。

このように、各海底中継器に対して、二重化した給電路により一方の系統の給電路からは正極の給電を行い、他方の系統の給電路からは負極の給電を行い、両系統からの給電をダイオードオア回路で合成して負荷回路の供給することにより、何れか一方の給電路に障害が発生しても他方の給電路から給電が途切れることなく行われる。また、海中接地されることなく、海底ケーブル内で給電路が切断された場合でも、一方の給電路の正極電源から他方の給電路負極電源への経路で給電路が形成されるため、給電が途切れることなく行われる。

図５〜図１０に本発明による２系統の給電路を１本の海底ケーブル内に装着した構造を示す。各図に示す本発明による２系統の給電路を有する海底ケーブルの構造の特徴を以下に説明する。

図５に示す海底ケーブルは、２つの給電路（Ａ，Ｂ）５−１，５−２の導体を、その断面が同心円上に２層構造として配置されるよう構成し、その２つの給電路５−１，５−２の間に絶縁層５−３を設けたものである。

図６に示す海底ケーブルは、細線の導体６−１，６−２に絶縁被覆６−３，６−４を施した複数本のケーブルをそれぞれの給電路に用い、該細線の導体に絶縁被覆を施した複数本のケーブルから成る各給電路を同心円上に二重に配置し、海底ケーブル全体としての屈曲性を増大させたものである。なお、図６の構造による海底ケーブルでは、図５の海底ケーブルにおける絶縁層５−３は不要である。

図７に示す海底ケーブルは、断面が略半円状の２個の給電路７−１，７−２を同一円周上に向かい合わせに配置し、該２個の給電路７−１，７−２の間に突起部を有する絶縁層７−３を設け、十分な絶縁性が確保されるように構成したものである。この構成により径の細い海底ケーブルを構成することができる。

図８に示す海底ケーブルは、図７に示した断面が略半円状の給電路の導体として、複数の絶縁皮膜細線導体８−１,８−２をそれぞれの給電路に用い、屈曲性を増大させたものである。
図９に示す海底ケーブルは、２つの給電路９−１，９−２をその間に絶縁層９−３を有するスパイラル構造とし、屈曲性を増大させた構造である。

図１０に示す海底ケーブルは、断面が円弧状の２つの給電路の導体１０−１，１０−２の円弧の中心をずらし、互いに絶縁層１０−３を介して部分的に重なり合う２層構造とすることにより、給電路の導体の断面積を増大させて導体抵抗を低減化させたものである。

本発明の特徴点をまとめると以下のとおりである。
（付記１）双方向に直流電流が流れる二重化した給電路を有する海底ケーブルと、前記海底ケーブルのそれぞれの給電路から給電される電流を整流回路により整流し、該整流回路からそれぞれ出力される電流をダイオードオア回路により合成して負荷回路に供給する海底中継器と、を備えたことを特徴とする海底ケーブル通信システム。
（付記２）前記二重化した給電路のそれぞれの導体を、１本の海底ケーブル内に収容したことを特徴とする請求項１に記載の海底ケーブル通信システム。
（付記３）前記二重化した給電路として、断面が略半円状の２個の導体を同一円周上に向かい合わせに配置し、該２個の導体の間に突起部を有する絶縁層を設けた構造を有することを特徴とする請求項２に記載の海底ケーブル通信システム。
（付記４）前記二重化した給電路として、それぞれ複数の細線の導体の集合体により構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の海底ケーブル通信システム。
（付記５）前記二重化した給電路として、帯状の２個の導体を、海底ケーブルの中心軸を中心とする同心円上にスパイラル状に配置したことを特徴とする請求項２に記載の海底ケーブル通信システム。
（付記６）前記二重化した給電路として、断面が円弧状の２つの導体の円弧の中心をずらし、互いに絶縁層を介して部分的に重なり合う２層構造としたことを特徴とする請求項２に記載の海底ケーブル通信システム。

本発明による海底ケーブル通信システムの正常時の給電経路を示す図である。 本発明による海底ケーブル通信システムの海底ケーブル切断時の給電経路を示す図である。 本発明による海底中継器内の給電回路の第１の構成例を示す図である。 本発明による海底中継器内の給電回路の第２の構成例を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 本発明による海底ケーブルの構造を示す図である。 海底ケーブル通信システムの構成例を示す図である。 分岐点を有する従来の海底ケーブル通信システムの給電経路の構成例を示す図である。 分岐点を有する海底ケーブル通信システムによって中継される光通信経路を示す図である。 従来の海底中継器内の給電回路の構成を示す図である。 海底ケーブルの障害時の従来の海中分岐装置（ＢＵ）による給電経路切り換えの様態を示す図である。 従来の１系統の給電路の海底ケーブルの構造を示す図である。

符号の説明

１−１ 海底中継器
１−２ 給電路
１−３ 第１の陸上局（Ａ局）
１−４ 第２の陸上局（Ｂ局）
１−５ 第３の陸上局（Ｃ局）
ＢＵ 海中分岐装置

Claims (5)

1. 海中の分岐装置を用いて光通信用の海底ケーブルを分岐し、３局以上の陸揚げ局間で通信を行う海底ケーブル通信システムにおいて、
   双方向に直流電流が流れる二重化した給電路を有する海底ケーブルと、
   前記海底ケーブルのそれぞれの給電路から給電される電流を整流回路により整流し、該整流回路からそれぞれ出力される電流をダイオードオア回路により合成して負荷回路に供給する海底中継器と、
   を備えたことを特徴とする海底ケーブル通信システム。
2. 前記二重化した給電路のそれぞれの導体を、１本の海底ケーブル内に収容したことを特徴とする請求項１に記載の海底ケーブル通信システム。
3. 前記二重化した給電路として、断面が略半円状の２個の導体を同一円周上に向かい合わせに配置し、該２個の導体の間に突起部を有する絶縁層を設けた構造を有することを特徴とする請求項２に記載の海底ケーブル通信システム。
4. 前記二重化した給電路として、それぞれ複数の細線の導体の集合体により構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の海底ケーブル通信システム。
5. 前記二重化した給電路として、帯状の２個の導体を、海底ケーブルの中心軸を中心とする同心円上にスパイラル状に配置したことを特徴とする請求項２に記載の海底ケーブル通信システム。

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