(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システム（１００）であって、
光信号（１０５、１０５ｃ）を放出する第１のトランク端末（１１０）と、
前記光信号（１０５、１０５ｃ）を受信する第２のトランク端末（１２０）と、
水域の底に沿って配置され、前記第１のトランク端末（１１０）を前記第２のトランク端末（１２０）に結合する通信トランク（１０２、１０２ｃ）とを含み、前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）は、前記光信号（１０５、１０５ｃ）を前記第１のトランク端末（１１０）から前記第２のトランク端末（１２０）に送信し、前記光学システムはさらに、
前記第１および第２のトランク端末（１１０、１２０）間の前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に接続された中間ユニット（１５１）を含み、前記中間ユニット（１５１）は、前記第１のトランク端末（１１０）から放出された前記光信号（１０５）を受信し、受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅し、増幅された前記光信号（１０５、１０５ａ）を前記第２のトランク端末（１２０）に送信し、前記光学システムはさらに、
前記中間ユニット（１５１）に接続され、前記中間ユニット（１５１）に電力供給する電源（１６０）を含み、前記電源（１６０）は、前記水域の表面またはその近くに位置し、前記光学システムはさらに、
前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に沿って配置され、分岐端末（１３０）を前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に結合する分岐ユニット（１４０）をさらに含み、前記分岐ユニット（１４０）は光アドドロップマルチプレクサを含み、前記光アドドロップマルチプレクサは、
第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長（λE）の第１の帯域をフィルタリングする第１のフィルタ（１４２）と、
第２の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長（λA）の第２の帯域をフィルタリングする第２のフィルタ（１４２）とを含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第１の帯域と前記第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長（λA）の前記第２の帯域は波長（λE）の前記第１の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し、
波長（λE）の前記第１の帯域は、前記第１の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の第１の部分を含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第２の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、光学システム（１００）。
【請求項２】
前記中間ユニット（１５１）は、
前記電源（１６０）によって電力供給され、光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を放出するレーザ（１７０、１７０ｒ）と、
前記レーザ（１７０、１７０ｒ）ならびに前記第１および第２のトランク端末（１１０、１２０）と通信する光合成器（１５０、１５０ｐ、１５２）とを含み、前記光合成器（１５０）は、
前記第１のトランク端末（１１０）からの前記光信号（１０５、１０５ｃ）と、前記レーザ（１７０、１７０ｒ）からの前記光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）とを受信し、
前記第１のトランク端末（１１０）からの前記光信号（１０５、１０５ｃ）と前記レーザ（１７０、１７０ｒ）からの前記光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）とを合成することによって前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅し、
増幅された前記信号（１０５、１０５ａ）を前記第２のトランク端末（１２０）に出力する、請求項１に記載の光学システム（１００）。
【請求項３】
前記光合成器（１５０、１５２）は、エルビウム添加ファイバー増幅器、海底ファイバーにおけるラマン増幅を可能にするための光合成器／スプリッタ、または光アドドロップマルチプレクサを含む、請求項２に記載の光学システム（１００）。
【請求項４】
前記光合成器（１５０、１５２）と前記レーザ（１７０、１７０ｒ）とを接続し、前記光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を前記レーザ（１７０、１７０ｒ）から前記光合成器（１５０、１５２）に送信する光ファイバー（１０２、１０２ｐ）をさらに含む、請求項２または３に記載の光学システム（１００）。
【請求項５】
前記光合成器（１５０、１５２）は、ラマン増幅器またはエルビウム添加ファイバー増幅器を含む、請求項２に記載の光学システム（１００）。
【請求項６】
前記電源（１６０）は、前記レーザ（１７０、１７０ｒ）に電力供給する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項７】
前記電源（１６０）と前記中間ユニット（１５１）とを結合し、前記中間ユニット（１５１）に電力供給する電力ケーブル（１０４）をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項８】
前記中間ユニット（１５１）は、
受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を電気信号に変換し、
前記電気信号を処理し、
処理された前記電気信号を増幅された光信号（１０５、１０５ａ）に変換するように構成された光通信中継器（１５０、１５０ａ）を含む、請求項１に記載の光学システム（１００）。
【請求項９】
前記電源（１６０）は、風力源、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１０】
波長（λE）の前記第１の帯域は、前記第１の通信セグメント用の波長の重複帯域全体を含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第２の通信セグメントから波長の前記重複帯域を除外する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１１】
波長の前記重複帯域は、波長の前記第１の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１２】
前記第１のフィルタおよび／または前記第２のフィルタ（１４２）は、前記通信スペクトルの波長の一定サイズの重複帯域を提供する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１３】
前記第１のフィルタおよび／または前記第２のフィルタ（１４２）は、前記通信スペクトルの波長の可変サイズの重複帯域を提供するために調節可能である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１４】
フィルタリングは、波長を追加すること、ドロップすること、および／または再使用することを含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光学システム（１００）。
【請求項１５】
方法（１０００）であって、
光信号（１０５、１０５ｃ）を第１のトランク端末（１１０）から、水域の底に沿って配置された通信トランク（１０２、１０２ｃ）に放出するステップを含み、前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）は、前記第１のトランク端末（１１０）を第２のトランク端末（１２０）に結合し、前記光信号（１０５、１０５ｃ）を前記第１のトランク端末（１１０）から前記第２のトランク端末（１２０）に送信し、前記方法はさらに、
前記第１のトランク端末（１１０）と前記第２のトランク端末（１２０）との間の中間ユニット（１５１）で前記光信号（１０５、１０５ｃ）を受信するステップを含み、前記中間ユニット（１５１）は、前記第１および第２のトランク端末（１１０、１２０）間の前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に接続され、前記中間ユニット（１５１）は、前記水域の表面またはその近くに位置する電源（１６０）によって電力供給され、前記方法はさらに、
前記中間ユニット（１５１）で、受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅するステップと、
増幅された前記光信号（１０５、１０５ａ）を前記中間ユニット（１５１）から前記第２のトランク端末（１２０）に送信するステップと、
前記中間ユニット（１５１）と通信する分岐ユニット（１４０）で、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長（λE）の第１の帯域をフィルタリングするステップと、
前記分岐ユニット（１４０）で、第２の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長（λA）の第２の帯域をフィルタリングするステップとをさらに含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第１の帯域と前記第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長（λE）の前記第１の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し、
波長（λE）の前記第１の帯域は、前記第１の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の第１の部分を含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第２の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、方法（１０００）。
【請求項１６】
受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅するステップは、前記中間ユニット（１５１）のレーザ（１７０、１７０ｒ）からの光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を、受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）と合成するステップを含む、請求項１５に記載の方法（１０００）。
【請求項１７】
前記中間ユニット（１５１）で、
受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号を処理するステップと、
処理された前記電気信号を増幅された前記光信号（１０５、１０５ａ）に変換するステップとをさらに含む、請求項１５または１６に記載の方法（１０００）。
【請求項１８】
前記中間ユニット（１５１）は、
前記電源（１６０）によって電力供給され、光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を放出するレーザ（１７０、１７０ｒ）と、
前記レーザ（１７０、１７０ｒ）ならびに前記第１および第２のトランク端末（１１０、１２０）と通信する光合成器（１５０、１５２）とを含み、前記光合成器（１５０、１５２）は、
前記第１のトランク端末（１１０）からの前記光信号（１０５、１０５ｃ）と、前記レーザ（１７０、１７０ｒ）からの前記光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）とを受信し、
前記第１のトランク端末（１１０）からの前記光信号（１０５、１０５ｃ）と前記レーザ（１７０、１７０ｒ）からの前記光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）とを合成することによって前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅し、
増幅された前記信号（１０５、１０５ａ）を前記第２のトランク端末（１２０）に出力する、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の方法（１０００）。
【請求項１９】
前記電源（１６０）は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源のうちの１つを含む、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法（１０００）。
【請求項２０】
波長の前記重複帯域は、波長の前記第１の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法（１０００）。
【請求項２１】
方法（１１００）であって、
水域の底に沿って配置された通信トランク（１０２、１０２ｃ）に接続された中間ユニット（１５１）で光信号（１０５、１０５ｃ）を受信するステップを含み、前記中間ユニット（１５１）は、第１のトランク端末（１１０）を第２のトランク端末（１２０）に結合し、前記方法はさらに、
前記中間ユニット（１５１）で、前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に光を注入することによって、受信された前記光信号（１０５）を増幅するステップを含み、前記中間ユニット（１５１）は、
前記通信トランク（１０２、１０２ｃ）に接続された光合成器（１５０、１５２）と、
前記光合成器（１５０、１５２）と光通信し、光出力を前記光合成器（１５０、１５２）に送信するレーザ（１７０、１７０ｒ）とを含み、前記方法はさらに、
前記中間ユニット（１５１）と通信し、前記水域の表面またはその近くに位置する電源（１６０）を使用して、前記レーザ（１７０、１７０ｒ）に電力供給するステップと、
前記中間ユニット（１５１）と通信する分岐ユニット（１４０）で、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長（λE）の第１の帯域をフィルタリングするステップと、
前記分岐ユニット（１４０）で、第２の通信セグメント用の前記通信スペクトルの波長（λA）の第２の帯域をフィルタリングするステップとをさらに含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第１の帯域と前記第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長（λE）の前記第１の帯域と重複し、前記重複帯域は可変サイズを有し、
波長（λE）の前記第１の帯域は、前記第１の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の第１の部分を含み、波長（λA）の前記第２の帯域は、前記第２の通信セグメント用の波長の前記重複帯域の残りの部分を含む、方法（１１００）。
【請求項２２】
受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を増幅するステップは、前記中間ユニット（１５１）の前記レーザ（１７０、１７０ｒ）からの光出力（１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を、受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）と合成するステップを含む、請求項２１に記載の方法（１１００）。
【請求項２３】
前記中間ユニット（１５１）で、
受信された前記光信号（１０５、１０５ｃ）を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号を処理するステップと、
処理された前記電気信号を増幅された前記光信号（１０５、１０５ａ）に変換するステップとをさらに含む、請求項２１または２２に記載の方法（１１００）。
【請求項２４】
前記レーザ（１７０、１７０ｒ）は、前記電源（１６０）またはその近くに、もしくは、前記光合成器（１５０、１５２）またはその近くに位置する、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の方法（１１００）。
【請求項２５】
前記電源（１６０）は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含む、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の方法（１１００）。
【請求項２６】
波長の前記重複帯域は、波長の前記第１の帯域のスペクトルエッジと波長の前記第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む、請求項２１〜２５のいずれか１項に記載の方法（１１００）。
【請求項２７】
前記光合成器（１５０、１５２）は、ラマン増幅器またはエルビウム添加ファイバー増幅器を含む、請求項２１〜２６のいずれか１項に記載の方法（１１００）。
【請求項２８】
コンピュータに実行されるプログラムであって、
前記プログラムは、前記コンピュータに、請求項１５〜２７のいずれか１項に記載の方法を実行させる、プログラム。                                                                             
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、大洋横断光ファイバーケーブルに沿って電源を使用することによるような、ローカルに電力供給される光通信ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
海底光通信ケーブルは、地上配備局同士を接続する、海底に敷設された光ケーブルである。光通信ケーブルは海を越えて信号を搬送して、異なる大陸間での海を越えたケーブル通信を可能にする。大洋横断海底光ケーブルは各々、複数（最大８個）の対のファイバーを含み、各対は各方向に１つのファイバーを有している。海底光通信ケーブルは複数の区分に分割され、各区分は海底中継器によって他の区分に接続されている。信号が海を越えて搬送されるにつれて、信号は、それらの電力の一部を失う場合がある。各海底中継器は複数のエルビウム添加ファイバー増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）を含み、各ファイバーの各方向における信号につき１つの増幅器となっている。各ＥＤＦＡは、信号がファイバーの前の区分でのその伝搬中に経験する損失を補償するのに十分な利得を有する。中継器間のケーブル（すなわちファイバー）区分の典型的な長さは約６０ｋｍである。長さが１０，０００ｋｍの典型的な太平洋横断ケーブルは、約１５０〜１８０台の中継器を有する。したがって、中継器は、別の地上配備局から信号を受信する地上配備局が信号を理解することを保証する。言い換えれば、中継器は、信号伝搬中の損失を補償するために信号の電力を高める。光信号がより明瞭かつより正確になるにつれて、より複雑な信号がある地上配備局から別の地上配備局に送信され得るため、増加した電力はより高い容量に変換される。
【０００３】
図１を参照して、光通信システム１０は、通信トランク１０２に結合された第１および第２のトランク端末１１０、１２０（局とも呼ばれる）を含む。通信トランクは、１台以上の中継器１５０を含んでいてもよい。中継器１５０は、給電機器、たとえば海岸のそばに位置する電源１１２により、定電流、典型的には１アンペアによって電力供給される。抵抗が１オーム／キロメートルと低い大面積銅導体でも、銅の電気抵抗率はゼロではないため、給電電圧はケーブルの各区分で６０ボルト降下し、そのため、太平洋横断ケーブル用の銅における熱放散によって給電電圧のおよそ半分が失われる。いくつかの例では、各電源１１２は、最大１５キロボルトの給電電圧を提供できる。給電電圧を１５ｋＶよりも高くなるようさらに増加させることは、寿命が２５年のケーブル動作中に不良をもたらすかもしれない。給電機器１１２は、銅ケーブルなどの電力ケーブル１１３によって中継器１５０に電力供給する。銅ケーブルにおける熱放散により、および１５０〜１８０台という多数の中継器により、給電電圧の半分が失われた場合、各中継器での電圧降下は５０ボルト未満に制限される。海底ファイバーに放出される典型的な出力電力は、各方向につき１７ｄＢｍ（５０ｍＷ）である。ダイオードレーザにおける３０％という非常に効率的な電気から光への変換、およびダイオードレーザによってポンプされたＥＤＦＡの１０％という効率を仮定すると、各ＥＤＦＡは、定電流１Ａで約２ボルトの電力降下を必要とする。このため、中継器ごとに５０Ｖの給電電圧は、中継器におけるＥＤＦＡの数を２０〜２５個に制限し、すなわち、１０〜１２個以下のファイバー対についての損失の補償をサポートする。今日の海中ケーブルの多くは、６個のファイバー対を有する。このため、海岸からの中継器の給電は、大洋横断海底ケーブルの容量のさらなる増大を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
概要
本開示は、従来の大洋横断光ファイバーケーブルの制限に、制限された電力および帯域幅という欠点なく対処する。現在の制限を克服するための１つのメカニズムは、海を越えて延在する通信トランクに沿った電源の使用である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この開示の一局面は、ローカルに電力供給される光通信ネットワークのための光学システムを提供する。光学システムは、光信号を放出する第１のトランク端末と、光信号を受信する第２のトランク端末と、通信トランクと、中間ユニットと、電源とを含む。通信トランクは水域の底に沿って配置され、第１のトランク端末を第２のトランク端末に結合する。通信トランクは、光信号を第１のトランク端末から第２のトランク端末に送信する。中間ユニットは、第１および第２のトランク端末間の通信トランクに接続される。中間ユニットは、第１のトランク端末から放出された光信号を受信し、受信された光信号を増幅し、増幅された光信号を第２のトランクに送信する。電源は中間ユニットに接続され、中間ユニットに電力供給する。電源は、水域の表面またはその近くに位置する。
【０００６】
この開示の実現化例は、以下のオプションの特徴のうちの１つ以上を含んでいてもよい。いくつかの実現化例では、中間ユニットは、電源によって電力供給され、光出力を放出するレーザと、レーザならびに第１および第２のトランク端末と通信する光合成器とを含む。光合成器は、第１のトランク端末からの光信号と、レーザからの光出力とを受信することと、第１のトランク端末からの光信号とレーザからの光出力とを合成することによって光信号を増幅することと、増幅された信号を第２のトランク端末に出力することとを含む。
【０００７】
いくつかの例では、光合成器は、光増幅器、光合成器／スプリッタ、または光アドドロップマルチプレクサを含む。システムはさらに、光合成器とレーザとを接続し、光出力をレーザから光合成器に送信する光ファイバーを含んでいてもよい。光合成器は、海底ファイバーにおいてラマン増幅を可能にするための波長スプリッタ、またはエルビウム添加ファイバー増幅器を含んでいてもよい。電源はレーザに電力供給してもよい。
【０００８】
システムは、電源と中間ユニットとを結合し、中間ユニットに電力供給する電力ケーブルを含んでいてもよい。中間ユニットは、光通信信号の品質を高めるための光通信増幅器または光再生器を含んでいてもよい。電源は、風力源、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含んでいてもよい。
【０００９】
いくつかの例では、システムは、通信トランクに沿って配置され、分岐端末を通信トランクに結合する分岐ユニットを含む。分岐ユニットは光アドドロップマルチプレクサを含み、光アドドロップマルチプレクサは、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第１の帯域をフィルタリングする第１のフィルタと、第２の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第２の帯域をフィルタリングする第２のフィルタとを含む。波長の第２の帯域は、第１の帯域と第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長の第１の帯域と重複し、重複帯域は可変サイズを有する。波長の第１の帯域は、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域の第１の部分を含んでいてもよく、波長の第２の帯域は、第２の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含む。
【００１０】
波長の第１の帯域は、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域全体を含んでいてもよく、波長の第２の帯域は、第２の通信セグメントから波長の重複帯域を除外する。波長の重複帯域は、波長の第１の帯域のスペクトルエッジと波長の第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含んでいてもよい。第１のフィルタおよび／または第２のフィルタは、通信スペクトルの波長の一定サイズの重複帯域を提供してもよい。第１のフィルタおよび／または第２のフィルタは、通信スペクトルの波長の可変サイズの重複帯域を提供するために調節可能であってもよい。フィルタリングは、波長を追加すること、ドロップすること、および／または再使用することを含んでいてもよい。
【００１１】
この開示の別の局面は、ローカルに電力供給される光通信ネットワークのための方法を提供する。方法は、光信号を第１のトランク端末から、水域の底に沿って配置された通信トランクに放出するステップを含む。通信トランクは、第１のトランク端末を第２のトランク端末に結合し、光信号を第１のトランク端末から第２のトランク端末に送信する。方法はさらに、第１のトランク端末と第２のトランク端末との間の中間ユニットで光信号を受信するステップを含む。中間ユニットは、第１および第２のトランク端末間の通信トランクに接続される。中間ユニットは、水域の表面またはその近くに位置する電源によって電力供給される。方法はさらに、中間ユニットで、受信された光信号を増幅するステップと、増幅された光信号を中間ユニットから第２のトランク端末に送信するステップとを含む。
【００１２】
いくつかの実現化例では、受信された光信号を増幅するステップは、中間ユニットのレーザからの光出力を、受信された光信号と合成するステップを含む。方法はさらに、中間ユニットでの、光信号の品質を高めるための光再生を含んでいてもよい。たとえば、光再生器が、受信された光信号を電気信号に変換し、電気信号を処理し、電気信号を増幅された光信号に変換してもよい。中間ユニットはさらに、電源によって電力供給され、光出力を放出するレーザと、レーザならびに第１および第２のトランク端末と通信する光合成器とを含んでいてもよい。光合成器は、第１のトランク端末からの光信号と、レーザからの光出力とを受信することと、第１のトランク端末からの光信号とレーザからの光出力とを合成することによって光信号を増幅することと、増幅された信号を第２のトランク端末に出力することとを含んでいてもよい。電源は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源のうちの１つを含んでいてもよい。
【００１３】
いくつかの例では、方法は、中間ユニットと通信する分岐ユニットで、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第１の帯域をフィルタリングするステップと、分岐ユニットで、第２の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第２の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長の第２の帯域は、第１の帯域と第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長の第１の帯域と重複する。重複帯域は可変サイズを有する。波長の第１の帯域は、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域の第１の部分を含んでいてもよく、波長の第２の帯域は、第２の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含む。波長の重複帯域は、波長の第１の帯域のスペクトルエッジと波長の第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含んでいてもよい。
【００１４】
この開示のさらに別の局面は、ローカルに電力供給される光通信ネットワークのための第２の方法を提供する。方法は、水域の底に沿って配置された通信トランクに接続された中間ユニットで光信号を受信するステップを含み、中間ユニットは、第１のトランク端末を第２のトランク端末に結合する。方法はさらに、中間ユニットで、通信トランクに光を注入することによって、受信された光信号を増幅するステップを含む。中間ユニットは、通信トランクに接続された光合成器と、光合成器と光通信し、光出力を光合成器に送信するレーザとを含む。方法はさらに、中間ユニットと通信し、水域の表面またはその近くに位置する電源を使用して、レーザに電力供給するステップを含む。
【００１５】
いくつかの例では、受信された光信号を増幅するステップは、中間ユニットのレーザからの光出力を、受信された光信号と合成するステップを含む。方法はさらに、レーザポンプが誘導ラマン散乱のプロセスを通して信号を増幅するように、中間ユニットで、信号周波数とは異なる周波数を有するレーザポンプ光を結合するステップを含む。レーザは、信号周波数よりも高い周波数を有していてもよく、効率的なラマン増幅を可能にする。レーザは、電源またはその近くに、もしくは、光合成器またはその近くに位置していてもよい。電源は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含んでいてもよい。
【００１６】
いくつかの実現化例では、方法は、中間ユニットと通信する分岐ユニットで、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第１の帯域をフィルタリングするステップと、分岐ユニットで、第２の通信セグメント用の通信スペクトルの波長の第２の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長の第２の帯域は、第１の帯域と第２の帯域との間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長の第１の帯域と重複し、重複帯域は可変サイズを有する。波長の第１の帯域は、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域の第１の部分を含み、波長の第２の帯域は、第２の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含む。波長の重複帯域は、波長の第１の帯域のスペクトルエッジと波長の第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む。光合成器は、ラマン増幅器または高出力エルビウム添加ファイバー増幅器を含んでいてもよい。
【００１７】
この開示の１つ以上の実現化例の詳細を、添付図面および以下の説明において述べる。他の局面、特徴、および利点は、説明および図面から、および請求項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
図面の説明
【図１】海岸電源を有する光通信システムの先行技術の概略図である。
【図２】通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図３】通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図４】通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有し、１つ以上の分岐ユニットを有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図５】中継器が電気的部分から分離されている、通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図６】合成器／スプリッタが電気的部分から分離されている、通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図７】通信トランクに沿って海面またはその近くに電源を有し、１つ以上の高高度通信装置に接続する１つ以上の分岐ユニットを有する例示的な光通信システムの概略図である。
【図８Ａ】光通信システムを含む地球規模の通信システムの例示的な通信気球の斜視図である。
【図８Ｂ】光通信システムを含む地球規模の通信システムの例示的な衛星の斜視図である。
【図９】相互接続された１つ以上の通信システムを含むネットワークの概略図である。
【図１０】光通信の方法のための動作の例示的な構成の概略図である。
【図１１】光通信の方法のための動作の例示的な構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
さまざまな図面における同じ参照符号は、同じ要素を示す。
詳細な説明
図２を参照して、光通信システム１００は、通信トランク１０２に結合された第１および第２のトランク端末１１０、１２０（局とも呼ばれる）を含む。結合は、１つのシステム要素によって搬送される信号を「結合された」要素に付与する任意の接続、リンクなどであってもよい。結合された要素同士は、必ずしも互いに直接接続されなくてもよく、信号を操作または修正し得る中間構成要素または装置によって分離されてもよい。通信トランク１０２は、光信号１０５を関連付けられた光チャネル／波長λ上で搬送する複数の光ケーブルセグメント１０２、１０２ａ〜ｎ（たとえば光海底ケーブル）を含んでいてもよい。
【００２０】
各ケーブルセグメント１０２は、第１および第２のトランク端末１１０、１２０間に光信号１０５の双方向通信用の伝送経路を提供するために、光ファイバー対を含む光ファイバーケーブルの１つ以上の区分と、１台以上の中継器１５０とを含んでいてもよい。システム１００は、たとえば端末１１０、１２０のうちの少なくとも２つの間の長さが約６００ｋｍを上回る長距離システムとして構成されてもよく、水域、たとえば海にまたがって、長さが６，０００〜１２，０００ｋｍであってもよい。
【００２１】
中継器１５０は、伝送経路上での信号減衰を補償する任意の光増幅器構成を含んでいてもよい。たとえば、１台以上の中継器１５０は、エルビウム添加ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）、ラマン増幅器、またはハイブリッドラマン／ＥＤＦＡ増幅器などの光増幅器として構成されてもよい。光増幅器は、光信号をまず電気信号に変換することなく、光信号を直接増幅する装置である。光増幅器は、光キャビティのないレーザと考えられてもよい。添加ファイバー増幅器（Doped fiber amplifier：ＤＦＡ）は、添加された光ファイバー（すなわち、物質の光学特性を変更するために（超低濃度で）物質に挿入される微量不純物元素であるドーパントを含有する光ファイバー）を、光信号を増幅するための利得媒質として使用する光増幅器である。増幅されるべき信号とポンプレーザとが添加ファイバーに多重化され、信号は、添加イオンとの相互作用を通して増幅される。ＥＤＦＡは、シリカファイバーのコアに３価エルビウムイオンが添加された、ＤＦＡの最も一般的な例であり、９８０ｎｍまたは１，４８０ｎｍの波長のレーザで効率的にポンプされ、１，５５０ｎｍの領域で依然として利得を呈し得る。ラマン増幅器では、非線形体制での光媒体においてより低い周波数の信号光子がより高い周波数のポンプ光子の非弾性散乱を誘発する場合、信号は、誘導ラマン散乱（stimulated Raman scattering：ＳＲＳ）現象に基づくラマン増幅によって強くされる。これは、ポンプ周波数と信号周波数との間の余分なエネルギーが媒体の振動状態に渡されて別の信号光子が生成されることをもたらし、光増幅を可能にする。したがって、（ＥＤＦＡとは異なり）ラマン増幅は、光ファイバー内で信号とポンプレーザとの間に非線形の相互作用を生成する。ラマン増幅の主な利点は、各ファイバーセグメント１０２内で分散された増幅を提供するその能力であり、それは、次の増幅器１５０の前のファイバーセグメント１０２の長さを増加させる。システム帯域幅は、システム１００内の光増幅器の使用可能な帯域幅と一致してもよい。各中継器１５０は、（図１に示すような海岸電源１１２の代わりに）ローカル電源１６０を通してローカルに電力供給され、それは、図１に関して示され説明された物理的制限を排除する。各中継器１５０に電力供給するローカル電源１６０を追加することにより、光通信システム１００は、各ケーブルトランクが含むファイバー対の数を増加させる。たとえば、各ケーブルトランクは以前、５〜６個のファイバー対を含んでいたが、ローカル電源１６０を追加することにより、それは１０倍〜１００倍に増加され得る。いくつかの例では、中継器１５０は、１台の中継器１５０が故障した場合にシステム１００が故障しないように、冗長性のために並べられる。加えて、故障した中継器１５０に隣接する中継器１５０に電力供給する電源１６０は、作業中の隣接する中継器１５０に供給される電力を増加させることによって、故障した中継器１５０を補償してもよい。別の例では、１つ以上の中継器１５０は、光信号を電気信号に変換し、電気信号を処理し、次に電気信号を光信号に再変換し、変換された光信号を出力（送信）することにより、光信号を再生成するために使用される光通信中継器（光−電気−光（optical-electrical-optical：ＯＥＯ）としても公知）として構成されてもよい。光通信中継器は、光ファイバーの減衰および光信号の歪みによる損失を克服することによって光通信リンクの範囲を広げるために使用される。
【００２２】
ローカル電源１６０は、電源１６０と中継器１５０とを接続する電力ケーブル１０４を通して、中継器１５０に電力提供する。ローカル電源１６０は太陽光発電バッテリであってもよく、または波エネルギーに基づいていてもよく、もしくは化石燃料、または双方の組合せに基づいていてもよい。電力の他の例も、同様に可能である。
【００２３】
図３を参照して、いくつかの実現化例では、電源１６０は海底またはその近くに位置する。そのような電源１６０は、波動、温度勾配、または発電の他の好適な方法に基づいて電力を生成してもよい。波力は、電力を生成して電気を提供し、水を蒸留し、水を汲み上げるための、または任意の他の使用のための、海面波によるエネルギーの移送、およびそのエネルギーの取込である。いくつかの例では、電源１６０は、電源１６０を保守するためにボートが電源１６０に到達し得るように、海底と海面との間に位置付けられる。
【００２４】
図４を参照して、いくつかの実現化例では、１つ以上の分岐端末１３０が、対応する分岐ユニット１４０によって、第１および第２のトランク端末１１０、１２０間の通信トランク１０２に結合される。分岐ユニット１４０は、ＯＡＤＭ（optical add-drop multiplexer：光アドドロップマルチプレクサ）分岐ユニットであってもよい。光通信ネットワークにおいて使用されるＯＡＤＭは、複数の波長信号から波長チャネルを除去し、それらの信号にチャネルを追加することができる。さらに、１台以上の中継器１５０およびリンクする光ケーブル１０２が、分岐端末１３０をその対応する分岐ユニット１４０に結合してもよい。システム１００はしたがって、端末１１０、１２０、１３０間で光信号１０５の双方向または一方向通信を提供するように構成されてもよい。
【００２５】
分岐ユニット１４０は、高速波長λE用の高速経路（たとえば、局Ａから局Ｂまで）と、アド／ドロップ経路（たとえば、局Ａから局Ｃまで、および／または局Ｂから局Ｃまで）との間の容量宛先変更の機能を可能にする。これはたとえば、各ＯＡＤＭ１４０で波長λAの帯域を同時にアド／ドロップするによって行なわれ得る。「アド／ドロップ」、「アド／ドロップする」、および「アド／ドロップされた」という用語は、１つ以上の波長λを追加（アド）するか、１つ以上の波長λをドロップするか、または、波長λを追加して他をドロップする動作を指す。それらの用語は、追加動作およびドロップ動作双方を要求するよう意図されてはおらず、追加動作およびドロップ動作を除外するよう意図されてもいない。それらの用語は、動作を追加またはドロップすること、もしくは、動作を追加およびドロップすること双方を指すための便利な方法として使用されるに過ぎない。
【００２６】
一般に、分岐ユニット１４０は、チャネルλを通信トランク１０２に追加し、および通信トランク１０２からドロップしてもよい。いくつかの実現化例では、端末１１０、１２０、１３０のうちの１つ以上で波長分割多重（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）信号１０５が生じ、分岐ユニット１４０は、発信元のトランク端末１１０、１２０から通信トランク１０２を通って受信側のトランク端末１１０、１２０または他の分岐ユニット１４０へ途切れずに伝わるように、いくつかのチャネルλを分岐ユニット１４０に通すように構成されてもよい。分岐ユニット１４０は、１つ以上の他のチャネルλを分岐端末１３０に追加し、または分岐端末１３０からドロップしてもよい。たとえば、第１のトランク端末１１０で生じるＷＤＭ信号１０５は、１つ以上のチャネルλを占める情報を含んでいてもよい。同様に、分岐端末１３０で生じるＷＤＭ信号１０５は、１つ以上のチャネルλを占めてもよい。双方のＷＤＭ信号１０５は分岐ユニット１４０に送信されてもよく、それは、第２のトランク端末１２０への割込みなく、あるチャネルλを発信元の第１のトランク端末１１０から通信トランク１０２に沿って分岐ユニット１４０に通す。分岐ユニット１４０は、第１のトランク端末１１０から生じる１つ以上のチャネルλをドロップし、すなわち当該チャネルλから情報を抽出して、ドロップされたチャネルλを分岐端末１３０に通すように構成されてもよい。分岐ユニット１４０はまた、第１のトランク端末１１０から生じるＷＤＭ信号１０５に、分岐端末１３０から生じるあるチャネルλを追加し、すなわち当該チャネルλについての情報を挿入し、結果として生じるＷＤＭ信号１０５（追加された情報を含む）を第２のトランク端末１２０上に通すように構成されてもよい。いくつかの例では、第１のトランク端末１１０から生じるＷＤＭ信号１０５は分岐ユニット１４０で完全に終端され、その場合、分岐端末１３０からの追加情報は、第２のトランク端末１２０上に通されるであろう。他の分岐ユニット１４０は同様に、あるチャネルλを通過させ、追加し、および／またはドロップしてもよい。
【００２７】
任意の分岐ユニット１４０が海中環境に配置されてもよく、海底に載置されてもよい。それに加えて、またはそれに代えて、分岐ユニット１４０は地表環境にあってもよく、分岐端末１３０と同じ中央局で共同設置されてもよい。通信トランク１０２はこのため、海岸陸地間にまたがっていてもよく、または、２つの端末局間の地球上接続を提供してもよい。ＯＡＤＭ１４０は、信号１０５において高速波長λEとアド／ドロップ波長λAとのトラフィックミックスを提供する１つ以上の調整可能／調節可能フィルタ１４２を含んでいてもよい。
【００２８】
複数の端末／局１１０、１２０、１３０は、ＯＡＤＭ１４０における光学フィルタを使用してスペクトル全体を複数の帯域Ｂに分離することにより、同じファイバー対の光学帯域幅を共有する。１つの帯域Ｂは、スペクトル的に互いに隣接して存在する２つ以上の波長λ（チャネルとも呼ばれる）を含む。各ＯＡＤＭ１４０で信号波長λの１つ以上の帯域Ｂをアド／ドロップすることにより、帯域のスペクトルエッジに隣接する波長λを有する信号１０５は、非対称ペナルティおよび高い損失によって影響される。「スペクトルエッジ」という用語は、波長λの特定の帯域Ｂ内に含まれないある波長λに直接隣接する、波長λのその帯域内に含まれる波長λを指す。ド／ドロップされた帯域内の波長λを有する信号１０５はいずれも、このスペクトルの歪みを経験しない。
【００２９】
いくつかの実現化例では、中継器１５０は、中継器１５０に接続されたローカル電源１６０を有する。中継器１５０への接続のタイプは、中継器１５０のタイプに依存し得る。図２〜４を参照して、中継器１５０は、電力を必要とする能動中継器１５０ａであり、接続された電源１６０は、電力ケーブル１０４を通して中継器１５０ａに電力供給する。しかしながら、図５〜７を参照して、中継器１５０が受動中継器１５０ｐ（中継器１５０ｐに電力供給する電子機器がない中継器１５０ｐ）である場合、接続された電源１６０は、電力ケーブル１０４を通してレーザ１７０に電力供給し、レーザ１７０は次に、光ファイバー１０２を通して受動中継器１５０ｐに光を送出する。図５〜７のシステム１００は、電子層、すなわち電源１６０およびレーザ１７０を、光学層、すなわち受動中継器１５０ｐから分離する。したがって、電源１６０またはレーザ１７０が保守を必要とする場合、それらは、それらに容易に到達できる場所に位置付けられる。レーザ１７０は、電磁放射の誘導放出に基づいた光増幅のプロセスを通して光を生成する装置である。レーザ１７０は光をコヒーレントに放出し、それはレーザ１７０が狭い箇所に集束されることを可能にする。たとえば、空間コヒーレンスは、レーザ光線（光）が長距離にわたって狭くあり続けることを可能にする。
【００３０】
図５を参照して、光通信システム１００は、通信トランク１０２ｃに結合された第１および第２のトランク端末１１０、１２０（局とも呼ばれる）を含む。結合は、１つのシステム要素によって搬送される信号１０５、１０５ｃを「結合された」要素に付与する任意の接続、リンクなどであってもよい。結合された要素同士は、必ずしも互いに直接接続されなくてもよく、信号１０５、１０５ｃを操作または修正し得る中間構成要素または装置によって分離されてもよい。通信トランク１０２は、光信号１０５、１０５ｃを関連付けられた光チャネル／波長λo上で搬送する複数の光ケーブルセグメント１０２、１０２ａ〜ｎ（たとえば光海底ケーブル）を含んでいてもよい。
【００３１】
各ケーブルセグメント１０２は、第１および第２のトランク端末１１０、１２０間に光信号１０５、１０５ｃの双方向通信用の伝送経路を提供するために、光ファイバー対を含む光ファイバーケーブルの１つ以上の区分と、１台以上の受動中継器１５０ｐとを含んでいてもよい。システム１００は、たとえば端末１１０、１２０のうちの少なくとも２つの間の長さが約６００ｋｍを上回る長距離システムとして構成されてもよく、水域、たとえば海にまたがって、長さが６，０００〜１２，０００ｋｍであってもよい。
【００３２】
受動中継器１５０ｐは、伝送経路上での信号減衰を補償する任意の光増幅器構成を含んでいてもよい。たとえば、１台以上の中継器１５０は、エルビウム添加ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）、ラマン増幅器、またはハイブリッドラマン／ＥＤＦＡ増幅器などの光増幅器として構成されてもよい。受動中継器１５０ｐは、通信トランク１０２ｃとポンプファイバー１０２ｐとを合成する。ポンプファイバー１０２ｐは、受動中継器１５０ｐの添加光ファイバーを励起するために（たとえば、エルビウムイオンを励起するために）、（光エネルギーを有する）レーザ光線１０５ｐを送出する。ＥＤＦＡ受動中継器１５０ｐは、波長選択結合器を使用して、ポンプファイバー１０２ｐからの比較的高出力の光線１０５ｐを、通信トランク１０２ｃからの入力信号１０５ｃと合成する。通信トランク１０２ｃの入力通信信号１０５ｃと、ポンプファイバー１０２ｐの高出力の光線１０５ｐとは、著しく異なる波長にある。ポンプファイバー１０２ｐは、受動中継器１５０ｐのエルビウム（Ｅｒ3+添加ファイバー）の吸収帯域幅内の波長を有する光１０５ｐを出力する。合成された光（すなわち、ポンプファイバー１０２ｐからの光１０５ｐと通信トランク１０２ｃからの信号１０５ｃ）は、ファイバーのコアにエルビウムイオンが含まれた受動中継器１５０ｐ内のファイバーの区分に導かれる。これにより、ポンプファイバー１０２ｐからの高出力の光線は、エルビウムイオンをそれらのより高いエネルギー状態に励起するようになる。ポンプファイバー１０２ｐの高出力の光線とは異なる波長の通信トランク１０２ｃの通信信号１０５ｃの光子が、励起されたエルビウム原子に遭遇すると、エルビウム原子はそれらのエネルギーの一部を通信トランク１０２ｃの通信信号１０５ｃに引き渡し、それらのより低いエネルギー状態に戻る。エルビウムはそのエネルギーを追加の光子の形で引き渡し、追加の光子は、通信トランク１０２ｃからの通信信号１０５ｃである、増幅中の信号と同じ位相および方向にある。したがって、信号１０５ｃは、その伝わる方向における増幅信号１０５ａとして増幅される。ポンプファイバー１０２ｐのポンプ波長λｐの選択は、エルビウムＥｒ3+吸収スペクトル、および、ポンプ信号１０５ｐを受動中継器１５０ｐに送出するために使用されるファイバーの電力の低損失に基づく。いくつかの例では、ポンプ波長λｐの波長範囲は、１４００ｎｍ以内および１５００ｎｍ未満である。海岸に位置する電源１１２（図１）から電力ケーブル１１３を排除することにより、システム１００は、通信トランク１０２におけるファイバーの数を、１００〜１，０００個のファイバー、場合によってはそれ以上を含むように増加させることができる。したがって、各ローカル電源１６０は、１ｋＷ（キロワット）〜１０ｋＷの電力をレーザ１７０に供給することにより、１００〜１，０００個のファイバーに電力供給する。
【００３３】
図６は、受動増幅器１５０ｐを波長スプリッタ１５２と置き換えたこと以外は、図５と同様である。図示されるように、スプリッタ１５２は、波長ｌａｍｂｄａＰを有するラマンポンプ光を波長ｌａｍｂｄａ０の信号光と合成することにより、伝送ファイバー１０２ｃにおけるラマン増幅を可能にする。スプリッタ１５２は海底に位置付けられ、通信トランク１０２ｃおよびポンプ光ファイバー１０２ｐと通信している。レーザ１７０はラマンレーザ１７０ｒであってもよく、それは、基本的な光増幅メカニズムが、シミュレートされたラマン散乱である、特定のタイプのレーザである（これは、光を増幅するためにシミュレートされた電子遷移に依存する従来のレーザとは異なる）。ラマンレーザ１７０ｒは光学的にポンプされる。しかしながら、ポンピングは、従来のレーザのような反転分布を生成しない。代わりに、ポンプ光子は吸収され、シミュレートされたラマン散乱によってより低周波のレーザ光光子として直ちに再放出される。２つの光子エネルギー間の違いは固定され、利得媒質の振動周波数に対応する。このため、ポンプレーザ波長をそれに応じて選択することにより、任意のレーザ出力波長を生成することが可能である（従来のレーザでは、可能なレーザ出力波長は、利得材料の輝線によって定められる）。
【００３４】
ラマンポンプ波長λRを有するラマンポンプ光１０５ｒが、６０〜１００キロメートルごとに通信トランク１０２ｃに注入される。ラマンポンプ波長λRは、ガラスにおける分子振動のエネルギーによって伝送波長λoからシフトされる。この場合、光学層、すなわちスプリッタ１５２と、電気層、すなわち電源１６０およびラマンレーザ１７０ｒとの完全な分離が達成される。ケーブル１０２上に追加要素が搭載されていないため、受動光学層でもあるスプリッタ１５２は寿命が長い。このため、図６に示される構成は、スプリッタ１５２が受動波長スプリッタを含むため、ケーブル１０２の寿命を２５年以上延ばす。さらに、いくつかの例では、ラマン増幅器１５２は、異なる周波数を各々有するいくつかのラマンレーザ１７０ｒによってポンプされると、増幅器帯域幅を、４ＴＨｚのＣ帯域と比べて２〜３倍拡張する。
【００３５】
図２〜６を再度参照して、システム１００は、ローカル電源１６０およびレーザ１７０などのすべての能動電子機器が海面近くに位置するため、機器のより簡単な動作および保守を可能にする。加えて、より多くのファイバー対を追加することによってシステム１００をアップグレードする必要がある場合、既存の通信トランク１０２、１０２ｃに干渉することなく、追加の通信トランク１０２、１０２ｃが追加され、また、既存のポンプファイバー（ケーブル）１０２ｐに干渉することなく、追加のポンプケーブル１０２ｐも追加される。このため、システム１００の帯域幅を拡張するアップグレード中、既存のケーブル１０２は手つかずのままである。さらに、この場合、追加のファイバー１０２をサポートするために、追加のレーザ１７０（図示せず）が追加される。
【００３６】
図７〜８Ｂを参照して、いくつかの実現化例では、前述のシステムと同様の通信システム１００ａは、高高度通信装置（High Altitude Communication Device：ＨＡＣＤ）２００と、ゲートウェイ３００（ソース地上局、宛先地上局、またはリンク地上局など）とをさらに含む。ＨＡＣＤ２００は、地球の大気中に放出された装置である。ＨＡＣＤ２００は、通信気球２００ａ、もしくは、地球低軌道（Low Earth Orbit：ＬＥＯ）または地球中軌道（Medium Earth Orbit：ＭＥＯ）または地球高軌道（High Earth Orbit：ＨＥＯ）（対地同期軌道（Geosynchronous Earth Orbit：ＧＥＯ）を含む）における衛星２００ｂを指してもよい。ＨＡＣＤ２００は、ソース地上局３００から通信２０を受信し、通信信号を宛先地上局３００に再度ルーティングするアンテナ２０７を含む。ＨＡＣＤ２００はまた、受信された通信２０を処理し、通信２０が宛先地上局３００に到達するための経路を定めるデータ処理装置２１０を含む。システム１００は、通信気球２００ａ、衛星２００ｂ、または双方の組合せを含んでいてもよい。
【００３７】
図示されるように、１つ以上のローカル電源１６０は、ＨＡＣＤ装置２００および他のゲートウェイとの通信を提供するゲートウェイ３００を含んでいてもよく、ＨＡＣＤ２００および通信トランク１０２を通して冗長な接続を提供する。ローカル電源１６０およびゲートウェイ３００は、ＨＡＣＤ２００ネットワークへの高帯域接続を提供するために、海におけるＰＯＰ（point of presence：存在点）として作用する。
【００３８】
いくつかの実現化例では、１つ以上のゲートウェイ３００は、中継器としても作用する対応する分岐ユニット１４０によって、第１および第２のトランク端末１１０、１２０間の通信トランク１０２ｃと通信するトランク端末１３０である。図４に関して前述されたように、分岐ユニット１４０は、ＯＡＤＭ（光アドドロップマルチプレクサ）分岐ユニットであってもよい。光通信ネットワークにおいて使用されるＯＡＤＭは、複数の波長信号から波長チャネルを除去し、それらの信号にチャネルを追加することができる。さらに、１台以上の中継器１５０およびリンクする光ケーブル１０２が、分岐端末１３０をその対応する分岐ユニット１４０に結合してもよい。システム１００はしたがって、端末１１０、１２０、１３０間で光信号１０５の双方向または一方向通信を提供するように構成されてもよい。
【００３９】
図８Ａを参照して、通信気球２００ａは、（たとえば、幅約４９フィート、高さ約３９フィートのサイズの）気球２０４と、機器ボックス２０６ａと、ソーラーパネル２０８とを含む。機器ボックス２０６ａはデータ処理装置２１０を含み、それは、高高度気球２００ａがどこに行く必要があるかを判断するためのアルゴリズムを実行し、次に、高高度気球２００ａは各々、それが行くべき場所に連れていく方向に吹く風の層へ動く。機器ボックス２０６ａはまた、電力を蓄えるためのバッテリと、他の通信気球２００ａ、地上のインターネットアンテナ、またはゲートウェイ３００と通信するための送受信機（たとえばアンテナ２０７）とを含む。通信気球２００ａはまた、機器ボックス２０６ａに電力供給するソーラーパネル２０８を含む。いくつかの例では、ソーラーパネル２０８は十分な日光で約１００ワットを生成し、それは、バッテリを充電しながら通信気球２００ａを作動させ続けるのに十分であり、日光がない夜中に使用される。すべての高高度気球２００ａがともに作動している場合、それらは気球配置を形成する。いくつかの実現化例では、地上のユーザは、通信信号を通信気球２００ａに送信する特殊アンテナを有し、ソースまたは宛先地上局３００を不要にする。ローカルインターネットプロバイダに接続し、通信気球２００ａのネットワークを介してユーザにサービスを提供する宛先地上局の範囲内に通信気球２００ａのうちの１つが入るまで、通信２０を受信した通信気球２００ａは、別の通信気球２００ａに通信２０を送信する。
【００４０】
衛星２００ｂは、地球の周りの軌道に乗せられた物体であり、軍事または民間観察衛星、通信衛星、航行衛星、気象衛星、および研究用衛星などの異なる目的を果たし得る。衛星２００ｂの軌道は、衛星２００ｂを使用している目的に一部依存して異なる。衛星軌道は、地表からのそれらの高度に基づいて、地球低軌道（ＬＥＯ）、地球中軌道（ＭＥＯ）、および地球高軌道（ＨＥＯ）として分類され得る。ＬＥＯは、高度が０〜１，２４０マイルの範囲の地心軌道である（すなわち、地球の周りを回る）。ＭＥＯも、高度が１，２００マイル〜２２，２３６マイルの範囲の地心軌道である。ＨＥＯも地心軌道であり、高度は２２，２３６マイルを上回る。対地同期軌道（ＧＥＯ）は、ＨＥＯの特殊なケースである。静止地球軌道（Geostationary Earth Orbit：ＧＳＯ、しかしながらＧＥＯと呼ばれることもある）は、対地同期軌道の特殊なケースである。
【００４１】
協働する複数の衛星２００ｂは衛星配置を形成する。衛星配置内の衛星２００ｂは、ともに動作して地面カバーが重複するよう連携され得る。よくある２タイプの配置は極配置およびウォーカー配置であり、双方とも、最小数の衛星２００ｂを使用しながら最大の地球カバーを提供するように設計されている。
【００４２】
図８Ｂを参照して、衛星２００ｂは、通信気球２００ａのデータ処理装置２１０と同様のデータ処理装置２１０を有する衛星本体２０６ｂを含む。データ処理装置２１０は、衛星２００ｂがどこに向かっているかを判断するためのアルゴリズムを実行する。衛星２００ｂはまた、通信２０を受信し送信するためのアンテナ２０７を含む。衛星２００ｂは、衛星本体２０６ｂに搭載されたソーラーパネル２０８を含む。ソーラーパネル２０８は衛星２００ｂに電力を提供する。いくつかの例では、衛星２００ｂは、日光がソーラーパネル２０８に届いておらず、ソーラーパネル２０８を充電していない場合に使用される再充電可能バッテリを含む。
【００４３】
複数のＨＡＣＤ２００からシステム１００を構成する場合、１つのＨＡＣＤ２００を別のＨＡＣＤ２００にリンクすることにより、トラフィックをシステム１００を通して長距離にわたってルーティングすることが、望ましいことがある。たとえば、２つの衛星２００ｂが衛星間リンクを介して通信してもよく、２つの通信気球２００ａが気球間リンクを介して通信してもよい。そのような装置（衛星２００ｂまたは気球２００ａ）間リンクＩＤＬは、ソースおよび宛先地上局３００から遠いエリアに通信サービスを提供するのに有用であり、また、待ち時間を減少させてセキュリティを向上させ得る（光ファイバーケーブルが遮断され、ケーブルを通るデータが検索され得る）。このタイプの装置間通信は、すべての信号トラフィックが地上配備のゲートウェイ３００から衛星２００ｂに進み、次に地上のユーザに直接戻ってくる、またはその逆も同様である、「曲り管」（bent-pipe）モデルとは異なる。「曲り管」モデルは装置間通信を含まず、代わりに、衛星２００ｂは中継器として作用する。「曲り管」モデルのいくつかの例では、衛星２００ｂによって受信された信号は増幅されてから再送信されるが、信号処理は起こらない。「曲り管」モデルの他の例では、異なる光線へのルーティング、エラー訂正、またはサービス品質制御のうちの１つ以上を可能にするために、信号の一部またはすべてが処理され復号されてもよいが、装置間通信は起こらない。
【００４４】
いくつかの実現化例では、長いスケールのＨＡＣＤ配置（たとえば、気球配置または衛星配置）が、多くの平面または群（図示せず）、および平面ごとのＨＡＣＤ２００の数に関して説明される。同じ平面内のＨＡＣＤ２００は、それらの隣の平面内ＨＡＣＤ２００に対して同じ位置を維持する。しかしながら、隣接する平面における隣のＨＡＣＤ２００に対するＨＡＣＤ２００の位置は、経時変化する。
【００４５】
装置間リンク（Inter-device link：ＩＤＬ）はＨＡＣＤ２００を排除するかまたはＨＡＣＤ２００の数をゲートウェイホップまで減少させ、それは待ち時間を減少させ、ネットワーク能力全体を増加させる。装置間リンクは、ある特定の領域をカバーする１つのＨＡＣＤ２００からの通信トラフィックが、同じ領域をカバーする別のＨＡＣＤ２００にシームレスに渡されることを可能にする。この場合、第１のＨＡＣＤ２００は第１のエリアを去っていき、第２のＨＡＣＤ２００はそのエリアに入っていく。
【００４６】
図９を参照して、いくつかの実現化例では、複数の端末／局１１０、１２０、１３０は、１つ以上の通信トランク１０２を介して接続される。通信トランク１０２は、光信号１０５を関連付けられた光チャネル／波長λ上で搬送する複数の光ケーブルセグメント１０２、１０２ａ〜ｎ（たとえば光海底ケーブル）を含んでいてもよい。いくつかの例では、複数の端末／局１１０，１２０、１３０は、（図７および図８に関して説明されたような）ＨＡＣＤ２００およびゲートウェイ３００を介して接続される。いくつかの例では、ネットワークの一部が保守を必要とする場合に通信を宛先変更するために、１つ以上のスイッチがネットワーク内に配置される。したがって、保守が完了するまで、通信は異なる経路を通る。動作の簡潔性のために、光スイッチはローカル電源１６０に、またはその近くに搭載され得る。
【００４７】
図１０は、光通信の方法１０００のための動作の例示的な構成の概略図であり、方法１０００はブロック１００２で、光信号１０５、１０５ｃを第１のトランク端末１１０から、水域の底に沿って配置された通信トランク１０２、１０２ｃに放出するステップを含む。通信トランク１０２、１０２ｃは、第１のトランク端末１１０を第２のトランク端末１２０に結合し、（波長λを有する）光信号１０５、１０５ｃを第１のトランク端末１１０から第２のトランク端末１２０に送信する。ブロック１００４で、方法１０００はさらに、第１のトランク端末１１０と第２のトランク端末１２０との間の中間ユニット１５１で光信号１０５、１０５ｃを受信するステップを含む。中間ユニット１５１は、第１および第２のトランク端末１１０、１２０間の通信トランク１０２に接続される。中間ユニット１５１は、電源１７０が保守を必要とする場合の電源への簡単なアクセスのために水域の表面またはその近くに位置する電源１６０によって電力供給される。方法１０００はさらに、ブロック１００６で、中間ユニット１５１で、通信トランク１０２ｃから受信された受信光信号１０５、１０５ｃを増幅するステップと、ブロック１００８で、増幅された光信号１０５、１０５ａを中間ユニット１５１から第２のトランク端末１２０に送信するステップとを含む。
【００４８】
いくつかの実現化例では、通信トランク１０２ｃから受信された受信光信号１０５、１０５ｃを増幅するステップは、レーザ１７０、１７０ｒからの光出力１０５、１０５を、中間ユニット１５１のポンプファイバー１０２ｐを介して、受信された光信号１０５、１０５ｃと合成するステップを含む。方法１０００はさらに、中間ユニット１５１で（たとえば、光通信中継器を使用して）、受信された光信号１０５、１０５ｃを電気信号に変換するステップと、電気信号を処理するステップと、電気信号を増幅された光信号１０５、１０５ａに変換するステップとを含んでいてもよい。いくつかの例では、中間ユニット１５１は、電源１６０によって電力供給され、電力ファイバー１０２、１０２ｐを通して光出力１０５、１０５ｐ、１０５ｒを放出するレーザ１７０と、レーザ１７０ならびに第１および第２のトランク端末１１０、１２０と通信する光合成器１５０とを含んでいてもよい。光合成器１５０は、第１のトランク端末１１０からの光信号１０５、１０５ｃと、レーザ１７０、１７０ｒからの光出力１０５とを受信することと、第１のトランク端末１１０からの光信号１０５、１０５ｃとレーザ１７０、１７０ｒからの光出力１０５、１０５ｐ、１０５ｒとを合成することによって光信号１０５、１０５ｃを増幅することと、増幅された信号１０５、１０５ａを第２のトランク端末１２０に出力することとを含んでいてもよい。電源１６０は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源のうちの１つを含んでいてもよい。
【００４９】
いくつかの例では、方法１０００は、中間ユニット１５１と通信する分岐ユニット１４０で、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λEの第１の帯域をフィルタリングするステップと、分岐ユニット１４０で、第２の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λAの第２の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長の第２の帯域は、第１の帯域λEと第２の帯域λAとの間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長λEの第１の帯域と重複する。重複帯域は可変サイズを有する。波長の第１の帯域λEは、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域の第１の部分を含み、波長λAの第２の帯域は、第２の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含んでいてもよい。波長の重複帯域は、波長の第１の帯域のスペクトルエッジと波長の第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含んでいてもよい。
【００５０】
図１１は、光通信の方法１１００のための動作の例示的な構成の概略図であり、方法１１００はブロック１１０２で、水域の底に沿って配置された通信トランク１０２、１０２ｃに接続された中間ユニット１５１で光信号１０５、１０５ｃを受信するステップを含み、中間ユニット１５１は、第１のトランク端末１１０を第２のトランク端末１２０に結合する。ブロック１１０４で、方法１１００はさらに、中間ユニット１５１で、通信トランク１０２ｃに光（たとえば、レーザ１７０、１７０ｒからの光信号１０５、１０５ｐ、１０５ｒ）を注入することによって、受信された光信号１０５、１０５ｃを増幅するステップを含む。中間ユニット１５１は、通信トランク１０２ｃに接続された光合成器１５０、１５２と、光合成器１５０、１５２と光通信し、光出力１０５、１０５ｐ、１０５ｒを光合成器１５０に送信するレーザ１７０、１７０ｒとを含む。ブロック１１０６で、方法１１００はさらに、中間ユニット１５１と通信し、水域の表面またはその近くに位置する電源１６０を使用して、レーザ１７０、１７０ｒに電力供給するステップを含む。
【００５１】
いくつかの例では、通信トランク１０２、１０２ｃからの受信された光信号１０５、１０５ｃを増幅するステップは、中間ユニット１５１のレーザ１７０からの光出力１０５、１０５ｐ、１０５ｒを、通信トランク１０２、１０２ｃからの受信された光信号１０５、１０５ｃと合成するステップを含む。レーザ１７０は、電源１６０またはその近くに、もしくは、光合成器またはその近くに位置していてもよい。電源１６０は、波力源、太陽光電源、熱起電力源、または燃料電源を含んでいてもよい。
【００５２】
いくつかの実現化例では、方法１１００は、中間ユニット１５１と通信する分岐ユニット１４０で、第１の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λEの第１の帯域をフィルタリングするステップと、分岐ユニット１４０で、第２の通信セグメント用の通信スペクトルの波長λAの第２の帯域をフィルタリングするステップとを含む。波長λAの第２の帯域は、第１の帯域λEと第２の帯域λAとの間で保護帯域を有さず、波長の重複帯域において波長λEの第１の帯域と重複し、重複帯域は可変サイズを有する。波長λEの第１の帯域は、第１の通信セグメント用の波長の重複帯域の第１の部分を含み、波長の第２の帯域は、第２の通信セグメント用の波長の重複帯域の残りの部分を含む。波長の重複帯域は、波長の第１の帯域のスペクトルエッジと波長の第２の帯域のスペクトルエッジとの間に共通の波長を含む。光合成器は、ラマン増幅器または高出力エルビウム添加ファイバー増幅器を含んでいてもよい。
【００５３】
ここで説明されたシステムおよび手法のさまざまな実現化例は、デジタル電子および／または光回路、集積回路、特別に設計されたＡＳＩＣ（application specific integrated circuit：特定用途向け集積回路）、コンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および／またはそれらの組合せにおいて実現され得る。これらのさまざまな実現化例は、少なくとも１つのプログラマブルプロセッサを含むプログラマブルシステム上で実行可能および／または解釈可能な１つ以上のコンピュータプログラムにおける実現を含み得る。当該プログラマブルプロセッサは、専用または汎用であってもよく、記憶システム、少なくとも１つの入力装置、および少なくとも１つの出力装置との間でデータおよび命令を送受信するために結合されている。
【００５４】
これらのコンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、またはコードとしても公知）は、プログラマブルプロセッサ用のマシン命令を含み、高レベルの手続き型および／またはオブジェクト指向プログラミング言語で、および／または、アセンブリ／マシン言語で実現され得る。ここに使用されるように、「マシン読取可能媒体」および「コンピュータ読取可能媒体」という用語は、マシン命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される、任意のコンピュータプログラム製品、非一時的なコンピュータ読取可能媒体、機器および／または装置（たとえば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ））を指し、マシン命令をマシン読取可能信号として受信するマシン読取可能媒体を含む。「マシン読取可能信号」という用語は、マシン命令および／またはデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の信号を指す。
【００５５】
多くの実現化例が説明されてきた。にもかかわらず、さまざまな変更が、この開示の精神および範囲から逸脱することなく行なわれ得る、ということが理解されるであろう。たとえば、ここに開示された概念は、ＯＡＤＭを有する分岐ユニットが容易にアクセス可能および交換可能ではない海底ネットワークについて説明されたが、この開示は、非海中（すなわち陸上）ネットワークにも同様に適用可能である。さらに、重複帯域ＢOを使用することによる柔軟なアド／ドロップの概念は、スペクトル共有以外の次元にも拡張可能である。時分割多重化、マルチコアファイバーまたは多くのモードファイバーを使用する空間分割多重化、偏波分割多重化など、固有の直交性を有する任意の他の次元が、重複帯域ＢOを使用する柔軟なアド／ドロップのために使用可能である。したがって、他の実現化例は特許請求の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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