JP7597574B2 - 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 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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である。 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時間領域における狭線幅振動監視パルスの構成模式図である。 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ＭＺ光ファイバ干渉計の構成模式図である。 第２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である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (8)

1. 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であって、中継海底光ファイバケーブルの振動を監視し、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、前記検出光源は、検出光信号を出力し、前記中継海底光ファイバケーブルの前記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、各中継セクションの前記ダウンリンク伝送光ファイバにおいて、まずダウンリンク中継増幅器が接続され、それから前記光ファイバ干渉計が接続され、その後にこのセクションの前記ダウンリンク伝送光ファイバが接続され、
   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前記中継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前記中継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前記中継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。
2. ｎ＝２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前記中継海底光ファイバケーブルに対する前記往復遅延時間の２倍であり、前記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つの中継セクションの前記フィルタはこの中継セクションの１×２光ファイバカプラに接続され、前記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ことを特徴とする、
   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。
3. 前記検出光源のパルス幅は１つの中継セクションに対する前記往復遅延時間のｎ倍を下回り、前記パルス幅と前記中継セクションに対する１つの往復遅延時間の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ことを特徴とする、
   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。
4. 第１の中継セクションにおける、前記ダウンリンク中継増幅器、前記光ファイバ干渉計、前記フィルタ、前記光ファイバカプラ、及び前記アップリンク中継増幅器、並びに、前記検出光源、前記サンプリング装置、前記復調装置は、陸地に配置されたローカル装置であることを特徴とする、
   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。
5. 前記光ファイバ干渉計は、ＭＺ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、前記光ファイバスプリッタにおいて、前記検出光信号は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、前記光ファイバサーキュレータの第１ポートに入力され、それから前記光ファイバサーキュレータの第２ポートから出力され、その後に前記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前記３ｄＢ光ファイバカプラに入力され、前記ダウンリンク伝送光ファイバで生成された前記後方レイリー散乱信号は、前記光ファイバサーキュレータの前記第２ポートを通って前記光ファイバサーキュレータに返され、それから前記光ファイバサーキュレータの第３ポートを通って前記３ｄＢ光ファイバカプラに入力されて前記局部光信号と干渉し、前記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前記振動監視信号を出力することを特徴とする、
   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。
6. 前記ＭＺ光ファイバ干渉計において、前記光ファイバスプリッタから前記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、前記光ファイバスプリッタは前記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、前記光ファイバサーキュレータから前記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、前記光ファイバサーキュレータは前記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とを特徴とする、
   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。
7. 前記中継海底光ファイバケーブル振動監視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、前記アップリンク伝送光ファイバは前記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、前記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、前記検出光信号は２つの経路に分岐され、一方の経路において、前記検出光信号は、前記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前記光ファイバ干渉計に入り、他方の経路において、前記検出光信号は、分岐海底ケーブル光ファイバ干渉計に入り、それから前記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、前記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、前記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、前記分岐海底光ファイバケーブルに対する前記振動監視信号が得られ、前記分岐海底光ファイバケーブルに対する前記振動監視信号は、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、それから前記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前記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前記サンプリング装置にアップリンクで伝送され、その後に前記復調装置に入力されることを特徴とする、
   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。
8. 前記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は前記中継海底光ファイバケーブル振動監視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前記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前記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前記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前記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、前記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、前記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前記振動監視信号を伝送することだけが必要であることを特徴とする、
   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。

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