JP7301788B2 - 光中継器及び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への給電技術に関する。

陸揚局間において無中継での伝送ができない場合、光海底ケーブルシステムには光中継器が設けられる。この様な、光中継器を有する光海底ケーブルシステムには、光中継器に給電するための給電線がケーブル内に設けられ、陸揚局に設置される給電装置は、このケーブル内の給電線を介して各光中継器に給電を行う。

ここで、ケーブル内の給電線に異常が生じ、光中継器に給電できなくなると、光海底ケーブルシステムは信号光を伝送できなくなる。ケーブル内の給電線に異常が生じた場合においても光中継器における信号光の増幅を継続させ、これにより光海底ケーブルシステムの信頼性を高めるためには、ケーブル内の給電線に加えて、他の方法により光中継器に給電する必要がある。また、給電線により光中継器に供給できる電力には制限があるため、光海底ケーブルシステムの伝送容量は、給電線により光中継器に供給できる電力により制限される。したがって、光海底ケーブルシステムの伝送容量を増加させるためには、ケーブル内の給電線に加えて、他の方法により光中継器に給電する必要がある。特許文献１は、洋上又は海中に発電機を設け、当該発電機と光中継器とを給電線で接続し、発電機で発電した電力を光中継器に供給する構成を開示している。

特表２０１８－５０６２２９号公報 特開２００３－１２７９８２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、波やうねり等により発電機が移動することで、発電機と光中継器を接続する給電線が海底で摩耗し、これにより、給電線が海水に露出して漏電する危険性がある。また、海上付近の発電機と海底にある光中継器を接続する給電線は、漁業活動の妨げになり得る。

したがって、ケーブル内の給電線や特許文献１に記載された給電線とは異なる方法により光中継器に給電することが望まれる。なお、ケーブル内の給電線を使用せずに光中継器に給電することができれば、ケーブル内に給電線を設ける必要がなくなり、ケーブル構造を簡略化することができる。

本発明は、ケーブル内の給電線を省略可能とする、光海底ケーブルシステムの信頼性を高くする、或いは、光海底ケーブルシステムの伝送容量を増加させることができる光中継器への給電技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、光海底ケーブルシステムの光中継器は、無線伝送される電力を受電する電力ユニットと、前記電力ユニットから供給される電力に基づいてポンプ光を射出する１つ以上の光源と、前記ポンプ光により信号光の増幅を行う増幅ユニットと、を備え、前記電力ユニットは、ケーブル内の給電線を介して伝送される電力をさらに受電することを特徴とする。

本発明によると、ケーブル内の給電線を省略可能とする、光海底ケーブルシステムの信頼性を高くする、或いは、光海底ケーブルシステムの伝送容量を増加させることができる。

一実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図。 一実施形態による光中継器の構成図。 一実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図。 一実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図である。第１陸揚局に設置される伝送装置１１と、第２陸揚局に設置される伝送装置１２は、光中継器３を介して信号光の送受信を行う。なお、光中継器３は、伝送装置１１と伝送装置１２が送受信する信号光の光増幅を行う。図１に示す光海底ケーブルシステムが有する光中継器３の数は２であるが、光中継器３の数は、１以上の任意の数であり得る。なお、図１の装置間を接続する実線は光ファイバを示している。第１陸揚局に設置される給電装置２１と第２陸揚局に設置される給電装置２２は、光中継器３に給電を行う。なお、図１の装置間を接続する点線は、給電線を示している。例えば、給電装置２１は、正の電圧を給電線に印加し、給電装置２２は、負の電圧を給電線に印加する。なお、通常、光中継器３は、定電流駆動されるため、給電装置２１及び給電装置２２が給電線に印加する電圧は、給電線に流れる電流が光中継器３を駆動するための所定値となる様に制御される。図１において実線で示す光ファイバと点線で示す給電線は、ケーブル内に収容される。

さらに、本実施形態による光海底ケーブルシステムは、各光中継器３に対応して設けられる潜水装置４を備えている。潜水装置４は、太陽光、風力、波力等、任意のエネルギー源を使用して発電する発電装置と、当該発電装置の発電電力により充電される充電装置と、を備えている。また、潜水装置４は、対応する光中継器３の位置情報を有し、洋上においてはＧＰＳ等の衛星測位システムを利用して自装置の位置を判定し、対応する光中継器３に向けて自律的に潜航する機能を有する。なお、海中における潜水装置４による光海底ケーブルの探索には、例えば、特許文献２に記載の構成を使用することができる。さらに、潜水装置４にカメラ等を設け、画像認識技術を使用して、目標とする光中継器３を判定させる構成とすることもできる。この様に、潜水装置４は、利用するエネルギー源に基づき発電し、充電装置に充電を行う。そして、充電装置の充電後、対応する光中継器３に向けて自律的に潜航する。

図２は、本実施形態による光中継器３の構成図である。電力ユニット３４は、給電装置２１及び給電装置２２からケーブル内の給電線により伝送される電力を受電し、光源３６に電力を供給する。また、受電装置３１は、潜水装置４の充電装置から無線伝送される電力に基づき電池ユニット３２を充電する。電力ユニット３３は、電池ユニット３２の電力を光源３５に供給する。なお、電力ユニット３３及び３４は、光中継器３のその他の回路にも電力を供給する。光源３５及び光源３６は、光増幅におけるポンプ光を射出する。具体的には、光源３５が射出するポンプ光は、光学部材である光カプラ３９を介して光増幅部３７及び光増幅部３８の両方に出力される。同様に、光源３６が射出するポンプ光は、光カプラ３９を介して光増幅部３７及び光増幅部３８の両方に出力される。光増幅部３７及び光増幅部３８は、ポンプ光に基づき伝送装置１１と伝送装置１２との間で送受信される信号光の光増幅を行う。

光増幅部３７及び光増幅部３８は、それぞれ、ポンプ光により信号光の増幅を行う１つ以上の光学部材、例えば、１つ以上のエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）を有する。なお、光増幅部３７及び光増幅部３８が有するＥＤＦの合計数は、光海底ケーブルシステムが収容するファイバ数に等しい。例えば、光海底ケーブルシステムの収容ファイバ数を２ｐ（ｐは１以上の整数）とし、光増幅部３７及び光増幅部３８が、それぞれ、ｐ個のＥＤＦを有するものとすることができる。なお、光増幅部３７が有するｐ個のＥＤＦは、伝送装置１１が送信する信号光の増幅を行い、光増幅部３８が有するｐ個のＥＤＦは、伝送装置１２が送信する信号光の増幅を行う。この場合、光カプラ３９が光増幅部３７に出力するポンプ光は、光増幅部３７のｐ個のＥＤＦそれぞれに入力され、光カプラ３９が光増幅部３８に出力するポンプ光は、光増幅部３８のｐ個のＥＤＦそれぞれに入力される。

光源３５は、電池ユニット３２により駆動されるため、例えば、給電装置２１から給電装置２２に至る給電線に障害が生じ、これにより光源３６を駆動できなくなったとしても光中継器３は、光源３５が射出するポンプ光により、伝送装置１１と伝送装置１２の間で送受信される信号光の光増幅を行うことができる。よって、光海底ケーブルシステムの信頼性を高くすることができる。

なお、潜水装置４は、電池ユニット３２の充電が完了すると、自律的に、利用するエネルギー源を利用できる場所（発電場所）に向けて浮上する。例えば、太陽光や風力により発電する場合、発電場所は、対応する光中継器３の設置位置の上（洋上）とすることができる。その後、利用するエネルギー源に基づく発電及び充電装置への充電と、対応する光中継器３に向けての自律的な潜航と、電池ユニット３２への充電と、発電場所への移動との各動作を繰り返し行う。この繰り返し動作は、例えば、潜水装置４にプログラミングされる。

なお、図２の光中継器３は、電力ユニット３３が１つの光源３５を駆動し、電力ユニット３４が１つの光源３６を駆動するものとしたが、電力ユニット３３及び電力ユニット３４のそれぞれが複数の光源を駆動する構成とすることもできる。複数の光源は、例えば、光海底ケーブルシステムが収容するファイバ数と同じとすることができる。つまり、光源を１つのファイバに対応させて設ける構成とすることができる。

＜変形例１＞
図２の構成において、光中継器３は、光カプラ３９を有し、光源３５及び光源３６が射出するポンプ光をそれぞれ光増幅部３７及び光増幅部３８に出力していた。しかしながら、光カプラ３９を設けず、例えば、光源３５が射出するポンプ光を光増幅部３７に出力し、光源３６が射出するポンプ光を光増幅部３８に出力する構成とすることもできる。

例えば、給電線の構成により、電力ユニット３４の出力電力で増幅できる信号光が、２ｎ個（ｎは１以上の整数）のファイバを伝搬する信号光に制限されるものとする。この場合、光海底ケーブルシステムに収容可能なファイバ数は２ｎ（ｎペア）に制限される。一方、電池ユニット３２により、電力ユニット３３の出力電力で２ｍ個（ｍは１以上の整数）のファイバを伝搬する信号光を増幅できるものとする。この場合、本実施形態の構成により、光海底ケーブルシステムに収容可能なファイバ数を２ｍ＋２ｎ（ｍ＋ｎペア）に増加させることができる。つまり、光海底ケーブルシステムの伝送容量を増加させることができる。なお、この場合、図２の光増幅部３７は、２ｍ個のＥＤＦを含み、光増幅部３８は、２ｎ個のＥＤＦを含むものとなる。

＜変形例２＞
図２の構成において、電力ユニット３４は、給電装置２１及び給電装置２２から受電し、電力ユニット３３は、電池ユニット３２から受電していた。しかしながら、給電装置２１及び給電装置２２からの電力と、電池ユニット３２からの電力の両方を受電して光源３５及び光源３６を駆動する単一の電力ユニットを使用する構成とすることもできる。

＜変形例３＞
本実施形態による潜水装置４は、発電装置と充電装置を有するものとしていた。しかしながら、発電装置を潜水装置４の外部装置として切り出すこともできる。この場合、発電装置は、例えば、発電に利用するエネルギーを取得する場所に固定的に設けられる。そして、潜水装置４の充電装置は、発電装置から無線充電される。そして、潜水装置４は、発電装置による無線充電と、対応する光中継器３に向けての自律的な潜航と、電池ユニット３２への無線充電と、発電装置の設置場所への移動との各動作を繰り返し行う。

＜変形例４＞
本実施形態の光海底ケーブルシステムは、１つの光中継器３に対して１つの潜水装置４を設けるものであった。しかしながら、１つの光中継器３に対して複数の潜水装置４を設け、光中継器３の電池ユニット３２を省略する構成とすることもできる。具体的には、複数の潜水装置４の内の１つが、常に、光中継器３の近傍に位置し、光中継器３に対して無線電力送信を行う様に構成する。光中継器３の受電装置３１は、この無線送信された電力を電力ユニット３３に供給する。例えば、光中継器３に給電し、その後、発電及び充電を行って、再度、光中継器３に給電するまでのサイクルを、複数の潜水装置４毎に異ならせる様にプログラムすることで、複数の潜水装置４の内の１つが、常に、光中継器３に対して無線電力送信を行う様に構成することができる。これにより、光中継器３の電池ユニット３２を省略することができる。

＜第二実施形態＞
図３は、本実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図である。図１に示す第一実施形態との相違点は、陸揚局に監視制御装置５が設けられることと、複数の光中継器３（図３では２つの光中継器３）に対して１つの潜水装置４が設けられることである。潜水装置４には、対応する複数の光中継器３の位置情報が格納される。また、各光中継器３は、電池ユニット３２の充電量を、制御信号により伝送装置１２を介して監視制御装置５に通知する。なお、本実施形態において、監視制御装置５は、移動通信ネットワーク又は衛星ネットワークを介して、潜水装置４と通信可能に構成される。

監視制御装置５は、充電量が閾値を下回った光中継器３を検出すると、当該光中継器３に対応する潜水装置４に対して、当該光中継器３への充電を指示する。潜水装置４は、監視制御装置５から通知された光中継器３の位置に潜航して、当該光中継器３に給電を行う。

＜変形例１＞
なお、本実施形態では、複数の光中継器３に対して１つの潜水装置４を設けるとしたが、第一実施形態と同様に、１つの光中継器３に対して１つの潜水装置４を設ける構成とすることもできる。つまり、各潜水装置４は、監視制御装置５からの充電指示を受けたことに応答して、潜航及び光中継器３への充電を行う。そして、発電場所への移動後は、発電及び充電装置への充電を行いながら、次の充電指示まで待機する構成とすることもできる。また、第一実施形態の変形例で述べた様に、発電装置を潜水装置４の外部に設ける構成とすることもできる。

＜第三実施形態＞
第二実施形態では、複数の光中継器３に対して１つの潜水装置４を設けていた。言い換えると、第二実施形態では、１つの潜水装置４が複数の光中継器３に充電を行っていた。本実施形態では、複数の潜水装置４を１つのグループとし、潜水装置４の各グループを複数の光中継器３に対応づける。そして、グループ内の各潜水装置４は、対応する複数の光中継器３の充電を行う。

例えば、第一実施形態の変形例３で述べた様に、発電装置を潜水装置４の外部装置とする場合、１つのグループに１つの発電装置を設ける構成とすることができる。言い換えると、１つの発電装置は、グループ内の複数の潜水装置４の充電装置を充電する。この場合、例えば、グループ内の各潜水装置４は、対応する複数の光中継器３の内の所定の１つの光中継器３の充電を行う構成とすることもできる。また、第二実施形態で述べた様に、監視制御装置５を設け、監視制御装置５が、グループ内の各潜水装置４に対して、充電を行う光中継器３を指示する構成とすることもできる。さらに、グループ内の潜水装置４の数を、対応する複数の光中継器３の数より十分大きくすることで、第一実施形態の変形例４で述べた様に、光中継器３の電池ユニット３２を省略する構成とすることもできる。

＜第四実施形態＞
図４は、本実施形態による光海底ケーブルシステムの構成図である。図１に示す第一実施形態との相違点は、潜水装置４に対応する引揚装置６が設けられることである。引揚装置６は、洋上に設けられ、潜水装置４とワイヤ接続される。本実施形態において、引揚装置６は、ワイヤを巻き上げることで、光中継器３に給電を行った潜水装置４の引き揚げを行う。光中継器３が配置される水深によっては、潜水装置４は自律的に浮上できない。したがって、引揚装置６により引き揚げることで、潜水装置４が自律的に浮上できない水深に設けられる光中継器３に対しても本発明を適用することができる。なお、潜水装置４に接続されるワイヤは給電のためのものではないため、特許文献１の構成の様な漏電の危険性はない。また、このワイヤは、常時、海中を縦に貫くものではないため、漁業活動等の支障にはならない。

＜第五実施形態＞
続いて、第五実施形態について、第一実施形態から第四実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態から第四実施形態の光海底ケーブルシステムは、第１陸揚局に設置される給電装置２１と、第２陸揚局に設置される給電装置２２と、を有し、ケーブル内には給電線が設けられていた。そして、光中継器３は、給電線により伝送される電力と、潜水装置４の充電装置から無線伝送される電力と、を受電して動作していた。

本実施形態において、光中継器３は、潜水装置４の充電装置から無線伝送される電力のみにより動作する。したがって、本実施形態では、給電装置２１及び給電装置２２と、ケーブル内の給電線が不要となる。この構成により、ケーブルの構造を簡略化することができる。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

３３、３４：電力ユニット、３５、３６：光源、３７、３８：光増幅部

Claims (10)

1. 光海底ケーブルシステムの光中継器であって、
   無線伝送される電力を受電する電力ユニットと、
   前記電力ユニットから供給される電力に基づいてポンプ光を射出する１つ以上の光源と、
   前記ポンプ光により信号光の増幅を行う増幅ユニットと、
   を備え、
   前記電力ユニットは、ケーブル内の給電線を介して伝送される電力をさらに受電することを特徴とする光中継器。
2. 前記１つ以上の光源は、第１光源と、第２光源と、を有し、
   前記増幅ユニットは、前記第１光源が射出する前記ポンプ光により信号光の増幅を行う第１増幅ユニットと、前記第２光源が射出する前記ポンプ光により信号光の増幅を行う第２増幅ユニットと、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光中継器。
3. 前記１つ以上の光源は、第１光源と、第２光源と、を有し、
   前記増幅ユニットは、前記第１光源が射出する前記ポンプ光及び前記第２光源が射出する前記ポンプ光それぞれを前記増幅ユニットに出力する光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の光中継器。
4. 前記電力ユニットは、
   前記ケーブル内の給電線を介して伝送される電力を受電する第１電力ユニットと、
   前記無線伝送される電力を受電する第２電力ユニットと、
   を備え、
   前記第１光源は、前記第１電力ユニットから電力を供給され、
   前記第２光源は、前記第２電力ユニットから電力を供給される、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光中継器。
5. 前記無線伝送される電力により充電される充電ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光中継器。
6. 光海底ケーブルシステムであって、
   無線送信される電力により動作する１つ以上の光中継器と、
   前記１つ以上の光中継器の内の所定の光中継器の位置に潜航して、前記所定の光中継器に電力を無線伝送する潜水装置と、
   を備え、
   前記潜水装置は、
   発電装置と、
   前記発電装置が発電した電力により充電される充電装置と、
   を備えていることを特徴とする光海底ケーブルシステム。
7. 光海底ケーブルシステムであって、
   無線送信される電力により動作する１つ以上の光中継器と、
   発電装置と、
   前記発電装置が発電した電力により充電される充電装置を備え、前記１つ以上の光中継器の内の所定の光中継器の位置に潜航して、前記所定の光中継器に電力を無線伝送する潜水装置と、
   を備え、
   前記発電装置は、複数の前記潜水装置それぞれの充電装置を充電することを特徴とする光海底ケーブルシステム。
8. 光海底ケーブルシステムであって、
   無線送信される電力により動作する１つ以上の光中継器と、
   前記１つ以上の光中継器の内の所定の光中継器の位置に潜航して、前記所定の光中継器に電力を無線伝送する潜水装置と、
   監視制御装置と、
   を備え、
   前記１つ以上の光中継器は、前記潜水装置により無線伝送される電力により充電される電池ユニットを備え、前記電池ユニットの充電量を前記監視制御装置に通知し、
   前記監視制御装置は、前記充電量に基づき、電力を無線伝送する光中継器を前記潜水装置に通知することを特徴とする光海底ケーブルシステム。
9. 光海底ケーブルシステムであって、
   無線送信される電力により動作する１つ以上の光中継器と、
   前記１つ以上の光中継器の内の所定の光中継器の位置に潜航して、前記所定の光中継器に電力を無線伝送する潜水装置と、
   前記潜水装置とワイヤ接続され、前記所定の光中継器の位置に潜航した前記潜水装置を引き揚げる引揚装置と、
   を備えていることを特徴とする光海底ケーブルシステム。
10. 光海底ケーブルシステムであって、
    無線送信される電力により動作する１つ以上の光中継器と、
    前記１つ以上の光中継器の内の所定の光中継器の位置に潜航して、前記所定の光中継器に電力を無線伝送する潜水装置と、
    を備え、
    前記１つ以上の光中継器は、ケーブル内の給電線を介して伝送される電力によっても動作することを特徴とする光海底ケーブルシステム。

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