JP4983804B2 - 光海底ケーブルシステムの光中継器および該光中継器を備える光海底ケーブルシステム - Google Patents

Description

本発明は、光海底ケーブルシステムの光中継器および該光中継器を備える光海底ケーブルシステムに関する。より詳細には、光海底ケーブルシステムの光中継器および該光中継器を備える光海底ケーブルシステムの給電方式に関する。

光海底ケーブルシステムは、データを搬送する光信号を伝播させる光ファイバと、この光信号を中継する光中継器と、光中継器を駆動するための給電電流を通電させる内部導体を内装する光海底ケーブルとを用い、陸上の伝送装置から送信された光信号を、光中継器を用いて中継し、対向の陸上の伝送装置にて受信することでデジタルデータを伝送する。

光海底ケーブルシステムで用いられている光中継器の給電方式では、一般に、対向する陸上局から正負の極性の直流電圧をそれぞれ光海底ケーブルに印加する。これにより直流電流が光海底ケーブルシステムに供給される。光中継器内では、電源回路内の抵抗の両端に生ずる直流電圧を利用して、光中継器内の光増幅器を駆動している。

図１は光海底ケーブルシステムの概念図である。対向する陸上局にはそれぞれ給電装置３が設置され、複数の光中継器２を含む光海底ケーブルシステムに直流電流を印加している。電流は光海底ケーブルの内部導体と海水とで閉じた回路を循環する。ここで、給電される直流電流は、双方の給電装置３の電位差によって制御される。

図２は光中継器２の構成概略図である。内部には光海底ケーブルに印加される電流から直流電圧を得る電源回路５と、光ファイバの信号を増幅・中継する一つまたは複数の光増幅器４が装填されている。

光増幅器４は光海底ケーブルシステム内を伝送される信号光の直接増幅を行うエルビウムドープファイバ８と、それをポンプ光によって励起し光増幅作用を発生させる複数のポンプレーザ７と、ポンプレーザを駆動するためのＬＤ（Laser Diode）駆動回路６と、信号光とポンプ光やポンプ光どうしを合波したり不必要な波長の光を遮断する機能を持つ複数の光部品等（図示せず）と、から構成される。ここでポンプレーザ７が複数の冗長構成となっているのは、レーザ素子の信頼性が比較的低く、レーザ素子の一部が故障しても、信号光伝送品質への影響がシステムの設計上許容できる範囲内とするためである。

さて、通常の給電状態では図３（a）のように、双方の給電装置３の給電電圧がバランスし、仮想的電位ゼロとなる点は光海底ケーブルシステムのほぼ中間点付近にある。ここで、縦軸は電位を示し、横軸は陸上局間の距離を示している。ここで図３（b）のようにケーブル接地障害、すなわちケーブルの被覆が損傷し、内部導体が海水と接触し電気的に導通した状態となると、図３（c）のように給電装置３は自動的にそれぞれの給電電圧を調整し、グラフの傾きすなわち電流値を一定に保つ（非特許文献１および２を参照）。

大山昇/桑原守二"光海底ケーブル通信"、KDDIエンジニアリングアンドコンサルティング（1991） Akiba/Nishi"Submarine Cable Networks Systems"、エヌ・ティ・ティ・クオリス（2001）

しかしながら、上述した従来のシステムでは、図４のようにケーブル接地障害が中心から離れた場所で発生すると、両局の給電電圧を調整して電流を一定に保とうとしても、障害点から離れた側の給電装置の出力電圧が頭打ちとなり、給電電流が不足して光中継器を駆動できないことになる。

一般に光海底ケーブルシステムでは、光海底ケーブル、光中継器または接続部の耐電圧の制限及び給電装置の設計上の都合により、その陸上局からの給電電圧には上限がある。特に長距離の光海底ケーブルシステムの場合や、径の細く耐電圧の低い光海底ケーブルを採用した光海底ケーブルシステムの場合には、片側からの給電電圧だけでは、光中継器に必要な給電電流を供給できないことがある。この場合、光ファイバに損傷が無くとも、ケーブル接地障害の場所により、光中継器に電流が供給されないことで通信が全断となってしまう。通常光海底ケーブルの海中部分の修理には１週間以上の期間が必要であり、その間通信途絶となり、深刻な被害が発生するという問題があった。

本発明は、ケーブル接地障害等により給電電流が低下した場合でも、通信が全断される可能性の低い光中継器、および該光中継器を備えることにより通信が全断される可能性の低い光海底ケーブルシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による光海底ケーブルシステムの光中継器は、陸上の伝送装置から送信された信号光を増幅するための複数のポンプレーザと、陸上の局から印加される直流の給電電流を電源として、ポンプレーザに電流を供給するための電源回路と、給電電流の低下に応じて、一部のポンプレーザに電流の供給を停止するポンプレーザ節電手段と、を含む。

また、本発明による光海底ケーブルシステムの光中継器は、複数の光増幅器をさらに含み、各ポンプレーザは、いずれかの光増幅器に属し、ポンプレーザ節電手段は、給電電流の低下に応じて、一部の光増幅器の全ポンプレーザに電流の供給を停止することが好ましい。

また、電源回路は、ポンプレーザに電流を供給するための電圧を両端に発生させる抵抗をさらに含み、各ポンプレーザは、前記抵抗の両端に接続され、ポンプレーザ節電手段は、一部のポンプレーザを抵抗から切断することが好ましい。

また、ポンプレーザ節電手段は、さらに電源回路内のポンプレーザに電流を供給するための電圧を両端に発生させる抵抗の抵抗値を下げることも好ましい。

上記目的を達成するため、本発明による光海底ケーブルシステムは上記に記載の光中継器を備える。

本発明によれば、光海底ケーブル用の光中継器は、陸上局より供給される直流電流が低下した場合に、光中継器内に複数設けられている光増幅器の一部への電力供給を停止する電源回路を備えている。または、さらに、同様の場合に、光増幅器内に複数設けられているポンプレーザの一部への電力供給を停止する電源回路を備えている。これにより、ケーブル接地障害等により光中継器への給電電流が低下した場合でも、一部又は全部の通信を途絶させる可能性の低い光海底ケーブルシステムを実現できる。

一部の光増幅器を停止した場合、残りの光増幅器により他のファイバペアの通信を維持し、そこに商用回線を移すことで通信サービスを維持することが可能になる。

また、一部のポンプレーザを停止した場合、残りのポンプレーザによる光出力で光増幅器の駆動を維持することも可能である。この場合光増幅器の出力低下による光海底ケーブルシステム全体の伝送品質劣化の度合いが、システム設計の余裕の範囲内であれば、通信サービスへの影響も回避できる。

特に長距離の光海底ケーブルシステムや絶縁電圧の比較的低い海中機材を用いた光海底ケーブルシステムにおいて、中心部から外れた位置のケーブル接地障害時でも通信継続の可能性を高めることができる。

さらに、本発明を採用することで、ケーブル接地障害への耐性を高めるために給電装置の供給電圧や海中設備の耐電圧をむやみに高める必要が無くなること、または通常必要となる陸上局に設置される給電装置の冗長構成を省略することで、従来より、安全でかつ安価な光海底ケーブルシステムの提供が可能になる。

光増幅方式海底ケーブルシステムの概念図である。 光中継器の構成概略図である。 光海底ケーブルシステムの給電方式の概念図であり、（ａ）は通常の給電状態であり、（ｂ）はケーブル接地障害が発生した状態であり、（ｃ）は給電装置が給電電圧を調整した状態である。 給電装置が給電電圧の調整をできなかった状態である。 本発明による一部のポンプレーザを停止する実施形態における光中継器の構成概要図である。 本発明による一部の光増幅器を停止する実施形態における光中継器の構成概要図である。 本発明による一部の光増幅器を停止し、かつ給電用抵抗を低減させる実施形態における光中継器の構成概要図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図５は、本発明の第１の実施形態における光中継器の構成概要図である。

本実施形態の光中継器２は、光増幅器４と電源回路５とから構成される。さらに、光増幅器４は信号光の直接増幅を行うエルビウムドープファイバ８と、それをポンプ光によって励起し光増幅作用を発生させる２つのポンプレーザ７１、７２と、ポンプレーザを駆動するためのＬＤ駆動回路６１、６２と、から構成されている。また、電源回路５は、ＬＤ駆動回路６１、６２に直流電圧を供給するための抵抗９２、９３と、ポンプレーザ節電手段１２と、から構成されている。また、ポンプレーザ節電手段１２は、リレーのコイルのための抵抗９１と、リレーのコイル１０と、リレーＳＷ１１と、から構成されている。

通常時、つまり必要な給電電流が供給されている時、リレーＳＷ１１はａ端子の方に接続されている。このため、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７１を駆動し、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７２を駆動し、光増幅器４は光増幅作用を発生させている。

ここで、ケーブル接地障害等により光中継器への給電電流が低下した時、以下のようにポンプレーザ節電手段１２が動作する。まず、抵抗９１の電圧が下がることより、リレーのコイル１０が動作して、リレーＳＷ１１はａ端子からｂ端子にスイッチし、ｂ端子の方に接続されるようになる。これにより、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３から切り離され、ＬＤ駆動回路６２への電源供給が停止する。一方、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２および抵抗９３の両端に生ずる直流電圧を受けることとなり、ＬＤ駆動回路６１への供給電圧が倍増する。

このように、本実施形態では、ＬＤ駆動回路６２の電圧をＬＤ駆動回路６１に与えることにより、光中継器への給電電流が低下した時でも、ＬＤ駆動回路６１によりポンプレーザ７１を駆動することが可能になる。つまり、供給電圧の低下により、ポンプレーザ７１およびポンプレーザ７２の両方の駆動ができない場合、ＬＤ駆動回路６２の電圧をＬＤ駆動回路６１に供給することにより、ポンプレーザ７１の駆動の維持を図っている。この時、光増幅器の特性として、ポンプレーザからの入力合計が若干低下しても、光増幅器の光出力がある程度維持されるよう設計されているので、通信は維持されたままになる。

図６は、本発明の第２の実施形態における光中継器の構成概要図である。

本実施形態の光中継器２は、光増幅器４１、４２と電源回路５とから構成される。さらに、光増幅器４１、４２は、それぞれ信号光の直接増幅を行うエルビウムドープファイバ（図示せず）と、それをポンプ光によって励起し光増幅作用を発生させる２つのポンプレーザ７１、７２と、ポンプレーザを駆動するためのＬＤ駆動回路６１、６２と、から構成されている。本実施形態では、２つのポンプレーザが１つのＬＤ駆動回路により駆動されている。また、電源回路５は、ＬＤ駆動回路６１、６２に直流電圧を供給するための抵抗９２、９３と、ポンプレーザ節電手段１２と、から構成されている。また、ポンプレーザ節電手段１２は、リレーのコイルのための抵抗９１と、リレーのコイル１０と、リレーＳＷ１１と、から構成されている。

通常時、つまり必要な給電電流が供給されている時、リレーＳＷ１１はａ端子の方に接続されている。このため、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７１を駆動し、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７２を駆動し、光増幅器４１、４２は光増幅作用を発生させている。

ここで、ケーブル接地障害等により光中継器への給電電流が低下した時、以下のようにポンプレーザ節電手段１２が動作する。まず、抵抗９１の電圧が下がることより、リレーのコイル１０が動作して、リレーＳＷ１１はａ端子からｂ端子にスイッチし、ｂ端子の方に接続されるようになる。これにより、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３から切り離され、ＬＤ駆動回路６２への電源供給が停止する。一方、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２および抵抗９３の両端に生ずる直流電圧を受けることとなり、ＬＤ駆動回路６１への供給電圧が倍増する。

このように、本実施形態では、ＬＤ駆動回路６２の電圧をＬＤ駆動回路６１に与えることにより、光中継器への給電電流が低下した時でも、ＬＤ駆動回路６１によりポンプレーザ７１を駆動することが可能になる。この時、光増幅器４２はポンプレーザ７２を駆動することができないため、光増幅作用を行うことができない。しかし、光増幅器４１はポンプレーザ７１を駆動することができ、光増幅作用を行うことができる。つまり、供給電圧の低下により、光増幅器４１および光増幅器４２の両方の機能が停止する場合、光増幅器４２の電源を光増幅器４１に供給することにより、光増幅器４１の機能の維持を図っている。その結果、片側のファイバペアの通信を維持することが可能になる。

図７は、本発明の第３の実施形態における光中継器の構成概要図である。

本実施形態の光中継器２は光増幅器４と電源回路５とから構成される。さらに、光増幅器４は信号光の直接増幅を行うエルビウムドープファイバ８と、それをポンプ光によって励起し光増幅作用を発生させる２つのポンプレーザ７１、７２と、ポンプレーザを駆動するためのＬＤ駆動回路６１、６２と、から構成されている。また、電源回路５は、ＬＤ駆動回路６１、６２に電源を供給するための抵抗９２、９３と、ポンプレーザ節電手段１２と、から構成されている。また、ポンプレーザ節電手段１２は、リレーのコイルのための抵抗９１と、抵抗９３に並列に接続された抵抗９４と、リレーのコイル１０と、リレーＳＷ１１と、から構成されている。

通常時、つまり必要な給電電流が供給されている時、リレーＳＷ１１はａ端子およびｃ端子の方に接続されている。このため、抵抗９４は回路から切り離されており、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７１を駆動し、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３の両端に生ずる直流電圧によりポンプレーザ７２を駆動し、光増幅器４は光増幅作用を発生させている。

ここで、ケーブル接地障害等により光中継器への給電電流が低下した時、以下のようにポンプレーザ節電手段１２が動作する。まず、抵抗９１の電圧が下がることより、リレーのコイル１０が動作して、リレーＳＷ１１はａ端子からｂ端子にスイッチし、またｃ端子からｄ端子にスイッチし、ｂ端子およびｄ端子の方に接続されるようになる。これにより、ＬＤ駆動回路６２は抵抗９３から切り離され、電源供給が止まる。一方、ＬＤ駆動回路６１は抵抗９２、抵抗９３および抵抗９４の両端に生ずる直流電圧を受けることとなり、ＬＤ駆動回路６１への供給電圧が増加する。

このように、本実施形態では、１番目の実施形態と同じく、ＬＤ駆動回路６１によりポンプレーザ７１を駆動することで、光増幅器の光出力を維持し、通信を維持することが可能になる。本実施形態の場合、さらに、リレーＳＷ１１がｄ端子の方に接続されることになり、給電路の抵抗９３に抵抗９４が並列に接続される。抵抗９４と抵抗９３が並列に接続されるため、給電路全体の抵抗値が減少する。これにより、給電路全体の電流が若干回復し、１番目の実施形態の場合よりも通信を維持し得る可能性が増加する。

なお、本実施形態における光中継器内の光増幅器の数、光増幅器内のポンプレーザおよびＬＤ駆動回路の数はたんなる例示であり、本発明は、この例示に限定されない。例えば、光中継器内に光増幅器を４つ備える形態または光増幅器内にポンプレーザを４つ備える形態等も考えられる。

なお、本実施形態のそれぞれでは、ポンプレーザ節電手段は電源回路の内部に設けられているが、ポンプレーザ節電手段は電源回路の内部に設ける必要性はない。ポンプレーザ節電手段を光増幅器の内部に設けた実施形態、および電源回路並びに光増幅器の外部に設けた実施形態も考えられる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

Claims (4)

1. 複数の光増幅器と、
   前記光増幅器のいずれかに属し、陸上の伝送装置から送信された信号光を増幅するための複数のポンプレーザと、
   陸上の局から印加される直流の給電電流を電源として、ポンプレーザに電流を供給するための電源回路と、
   前記給電電流の低下に応じて、一部の光増幅器の全ポンプレーザに電流の供給を停止するポンプレーザ節電手段と、
   を含むことを特徴とする光海底ケーブルシステムの光中継器。
2. 前記電源回路は、ポンプレーザに電流を供給するための電圧を両端に発生させる抵抗をさらに含み、
   各ポンプレーザは、前記抵抗の両端に接続され、
   前記ポンプレーザ節電手段は、一部のポンプレーザを抵抗から切断することを特徴とする請求項１に記載の光海底ケーブルシステムの光中継器。
3. 前記ポンプレーザ節電手段は、さらに電源回路内のポンプレーザに電流を供給するための電圧を両端に発生させる抵抗の抵抗値を下げることを特徴とする請求項２に記載の光海底ケーブルシステムの光中継器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光中継器を備えることを特徴とする光海底ケーブルシステム。

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