海底ケーブルの仕組み — データが光速で海底を走る

あなたが海外のウェブサイトを開くとき、データは光の速度で海底ケーブルの中を旅しています。太平洋を横断するのにかかる時間はわずか 0.06 秒。この驚異的な速度を実現する仕組みを、5つのステップで解説します。

Step 1: データを光信号に変換する

すべてのデジタルデータ（テキスト、画像、動画）は「0」と「1」のビット列に変換されます。このビット列を レーザー光のオン・オフに変換するのが、陸上の通信局に設置されたトランスポンダーです。

現代のケーブルでは波長多重（WDM）技術により、1 本の光ファイバーに 100 以上の異なる波長（色）の光信号を同時に通します。目に見える光が赤から紫まであるように、通信用レーザーも波長を微妙にずらすことで、1本のファイバーに多数のチャネルを詰め込めるのです。1チャネルあたりの速度は現在 400Gbps〜800Gbps に達しています。

Step 2: ケーブルの中を光が走る

光ファイバーは直径わずか 9マイクロメートル（髪の毛の約8分の1）のガラスの芯です。光はこの極細のガラスの中を 全反射しながら進みます。速度は真空中の光速の約2/3、秒速約 20万km。東京からロサンゼルスまで約9,000kmの距離を、光は 45ミリ秒（0.045秒）で駆け抜けます。

光ファイバーは通常、ファイバーペア（送信用と受信用の2本1組）として使用されます。最新の太平洋横断ケーブルは12〜24ファイバーペアを搭載しています。

Step 3: 中継器で信号を増幅する

光信号は長距離を伝搬するうちに弱くなります（光ファイバーの減衰は1kmあたり約 0.2dB）。これを補うのが、約 60〜80km 間隔で海底に設置された中継器です。

中継器の心臓部は光増幅器（EDFA: エルビウム添加ファイバー増幅器）です。エルビウムという希土類元素を添加した特殊なファイバーにポンプレーザーの光を照射すると、弱まった信号光がエネルギーを受け取って増幅されます。信号を電気に変換せず、光のまま増幅するのがポイント。これにより超高速・大容量の伝送が可能になっています。

太平洋横断ケーブルには 100 基以上の中継器が並びます。中継器は海底から給電され、25 年間メンテナンスフリーで動作し続ける設計です。

Step 4: 陸揚げ局で地上に接続する

海底ケーブルは陸揚げ局（Cable Landing Station）で地上ネットワークに接続されます。日本には千倉（千葉県）、志摩（三重県）、北九州など 20 以上の陸揚げ地点があります。

陸揚げ局では光信号が復調され、国内の通信事業者やデータセンターのネットワークに引き渡されます。ここには PFE（Power Feed Equipment）も設置されており、海底の中継器に電力を供給しています。給電電圧は最大 15,000V、直流です。

Step 5: 世界中のネットワークがつながる

陸揚げ局から先は、地上の光ファイバー網を通じて各都市のインターネットエクスチェンジ（IX）やデータセンターに接続されます。東京の JPIX や JPNAP、大阪の BBIX など、日本の IX は世界中のネットワークが集まるハブとして機能しています。

通信容量の進化

海底ケーブルの容量は指数関数的に増加してきました。2001 年の TPC-5 は 640Gbps。2016 年の FASTER は 60Tbps。2025 年に運用を開始したJUNOは 360Tbps。これは 4K 動画を約 900 万本同時にストリーミングできる帯域です。

しかもケーブルの物理的寿命は 25 年。その間に伝送技術が進歩するため、ソフトウェアのアップグレードで初期容量の 数倍まで増速されます。

衛星通信との根本的な違い

Starlink などの衛星通信は「容量」と「遅延」の面で海底ケーブルに遠く及びません。Starlink の衛星コンステレーション全体の帯域は数十 Tbps 程度で、海底ケーブル1本分にも満たないのが現状です。ただし、ケーブルが届かない離島や洋上では衛星通信が唯一の手段。両者は競合ではなく補完の関係にあります。