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海底光缆

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海底光缆(Submarine Optical Fiber Cable)又称海底通讯电缆,它是铺设在海底,用以设立国家之间的电信传输的一类光缆。它采用绝缘外皮包裹的导线,分海底通信光缆和海底光力光缆。前者主要用于通讯业,后者主要用于水下传输大功率光能。根据不同的海洋环境和水深,还可分为深海光缆和浅海光缆,相应地在光缆结构上表现为单层铠装层和双层铠装层。

海底光缆的发展

  • 海底线缆通信已有一百多年历史,1850年盎格鲁-法国电报公司开始在英法之间铺设了世界第一条海底电缆,只能发送莫尔斯电报密码。1852年海底电报公司第一次用缆线将伦敦和巴黎联系起来。1866年英国在美英两国之间铺设跨大西洋海底电缆(The Atlantic Cable)取得成功,实现了欧美大陆之间跨大西洋的电报通讯。1876年,贝尔发明电话后,海底电缆具备了新的功能,各国大规模铺设海底电缆的步伐加快了。1902年环球海底通信电缆建成。

    中国第一条海底电缆是清朝时期台湾首任巡抚刘铭传,在1886年铺设通联台湾全岛以及大陆的水路电线,主要作为发送电报用途。到1888年共完成架设两条水线,一条是福州川石岛与台湾沪尾(淡水)之间的177海里水线,主要是提供台湾府向清廷通报台湾的天灾、治安、财经,并提供商务通讯使用;另外一条为台南安平通往澎湖的53海里水线。福建外海川石岛的大陆登陆点依旧存在,但是台湾淡水的具体登陆点已经不可考。

    同陆地电缆相比,海底电缆有很多优越性:一是铺设不需要挖坑道或用支架支撑,因而投资少,建设速度快;二是除了登陆地段以外,电缆大多在一定深度的海底,不受风浪等自然环境的破坏和人类生产活动的干扰,所以,电缆安全稳定,抗干扰能力强,保密性能好。

海底光缆的结构

  • 海底光缆系统由置于海底的光中继器和光缆构成。光纤要耐相当于几百至一千大气压的水压,耐磨耐腐蚀,耐受数千至1万伏的高电压,铺设时还要承受数吨的张力,有铠装层防止渔轮拖网、船锚及鲨鱼的伤害,光缆断裂时,尽可能减少海水渗入光缆内的长度,能防止从外部渗透到光缆内的氢气与防止内部产生的氢气,使用寿命要求在25年以上。海底中继器为光放大中继链路,由放大光信号的掺铒光纤(EDF)及相应的泵浦激光源构成,链路结构极其简单。除此之外,在陆地站点还设置了高压供电的电源装置和接受光信号的末端装置等。

    典型海底光缆的结构包括:1 绝缘聚乙烯层、2 聚酯树酯或沥青层、3 钢绞线层、4 铝制防水层、5 聚碳酸酯层、6 铜管或铝管、7 石蜡,烷烃层、8 光纤束。

海底光缆的比较

  • 1、海底光缆与人造卫星的比较:

    海底光缆和卫星通信是两种最为重要的洲际通信手段,与人造卫星相比,海底光缆有着诸多优势,如可防止电磁波的干扰,所以海缆的信噪比较低;海底光缆使用寿命为25年,而通信卫星的使用寿命只有10~15年,所以卫星传输只能作为补充手段。因此,掌握海底光缆技术,尤其是深海光缆技术对我国至关重要。

    2、海底光缆的深、浅海光缆比较:

    与浅海光缆(深度小于500米)相比,深海光缆(深度大于1000米)的技术难点在于后者要更抗压、抗拉、抗海水入侵以及同样易于填埋。国际深海光缆市场需求十分大,自1985年世界上第一条海底光缆问世以来,每年拥有超过10万公里深海光缆的市场需求。

海底光缆的维修

  • 1、机器人潜下水后,通过扫描检测,找到破损海缆的精确位置。

    2、机器人将浅埋在泥中的海缆挖出,用电缆剪刀将其切断。船上放下绳子,由机器人系在光缆一头,然后将其拉出海面。同时,机器人在切断处安置无线发射应答器。

    3、用相同办法将另一段光缆也拉出海面。和检修电话线路一样,船上的仪器分别接上光缆两端,通过两个方向的海缆登陆站,检测出光缆受阻断的部位究竟在哪一端。之后,收回较长一部分有阻断部位的海缆,剪下。另一段装上浮标,暂时任其漂在海上。

    4、接下来靠人工将备用海缆接上中美海缆的两个断点。连接光缆接头,可是个“技术含量”极高的活,非一般人能够胜任,必须是经过专门的严格训练、并拿到国际有关组织的执照后的人员,才能上岗操作。像这样的“接头工”,上海电信方面目前只有三四名。

    5、备用海缆接上后,经反复测试,通讯正常后,就抛入海水。这时,水下机器人又要“上阵”了:对修复的海缆进行“冲埋”,即用高压水枪将海底的淤泥冲出一条沟,将修复的海缆“安放”进去。

海底光缆的应用

  • 海底光缆是目前世界上最重要的通信手段之一。1986年,美国ATT公司在西班牙加那利群岛和相邻的特内里弗岛之间,铺设了世界第一条商用海底光缆,全长120公里。1988年,美国与英国、法国之间铺设了世界第一条跨大西洋海底光缆(TAT-8)系统,全长6700公里,含有3对光纤,每对的传输速率为280Mb/s,中继站距离为67公里。这标志着海底光缆时代的到来。

    1989年,跨越太平洋全长13200公里的(TPC-3)海底光缆也建设成功,从此,海底光缆就在跨洋洲际海缆领域取代了同轴电缆。铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜,改用光缆只需几吨石英玻璃材料就可以了。与昂贵的铜材相比,沙石中就含有石英,几乎取之不尽。此外一根头发般细小的光纤,其传输的信息量相当于一捆饭桌般粗细的铜线。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话,而一对细如蛛丝的光导纤维理论上可以同时接通一百亿路电话!

    据不完全统计,从1987年到2001年,全世界大大小小总共建设了170多个海底光缆系统,总长近亿公里,大约有130余个国家通过海底光缆联网。目前,全世界超过80%的通信流量都由海底光缆承担,最先进的光缆每秒钟可以传输7T(1T等于1024G)数据,几乎相当于普通1M家用网络带宽的730万倍。通过太平洋的海底光缆已经有五条,每天有数亿网民使用这些线路。

海底光缆的分布

  • 海底光缆是国际互联网的骨架。光缆的多少,代表一国与互联网的联系是否紧密。

    有人利用微软的Bing地图,以及wikipedia的数据,做出了一幅互动式的世界海底光缆分布图。

    从地图上可以看到,中国大陆的海底光缆连接点只有三个,因此非常容易对出入境的信息进行控制。

    第一个是青岛(2条光缆)。

    第二个是上海(6条光缆)。

    第三个是汕头(3条光缆)。

    由于光缆之间存在重合,所以实际上,中国大陆与Internet的所有通道,就是3个入口6条光缆。

    1. APCN2(亚太二号)海底光缆

    带宽:2.56Tbps

    长度:19000km

    经过地区:中国大陆、香港、台湾、日本、韩国、马来西亚、菲律宾。

    入境地点:汕头,上海。

    2. CUCN(中美)海底光缆

    带宽:2.2Tbps

    长度:30000km

    经过地区:中国大陆,台湾,日本,韩国,美国。

    入境地点:汕头,上海。

    3. SEA-ME-WE 3(亚欧)海底光缆

    带宽:960Gbps

    长度:39000km

    经过地区:东亚,东南亚,中东,西欧。

    入境地点:汕头,上海。

    4. EAC-C2C海底光缆

    带宽:10.24Tbps

    长度:36800km

    经过地区:亚太地区

    入境地点:上海,青岛

    5. FLAG海底光缆

    带宽:10Gbps

    长度:27000km

    经过地区:西欧,中东,南亚,东亚

    入境地点:上海

    6. Trans-Pacific Express(TPE,泛太平洋)海底光缆

    带宽:5.12Tbps

    长度:17700km

    经过地区:中国大陆,台湾,韩国,美国

    入境地点:上海,青岛

    作为比较,台湾有9条光缆,香港和韩国各有11条光缆,而日本至少有11个入口15条光缆。

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