海底光缆

　　海底电缆，又称海底通讯电缆，是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底。首批海底通讯电缆提供电报通讯，后来开始引入电话通讯，以及互联网通讯。现代的电缆还使用了光纤技术，并且设立更先进的电话通讯、互联网与私人数据通讯，被称为海底光缆。

　　截至2005年时，除南极洲之外，海底电缆已经覆盖可联通地球上所有洲。

简述

　　海底光缆根据不同的海洋环境和水深，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。在产品型号表示方法上用DK表示单层铠装，用SK表示双层铠装。规格由光纤数量和类别表示。

作用

　　世界各国的网络可以看成是一个大型局域网，海底和陆上光缆将它们连接成为互联网，光缆是Internet 的“中枢神经”，而美国几乎是Internet 的“大脑”。美国作为Internet 的发源地，存放着很多的Web和IM（如MSN）等服务器，全球解析域名的13个根服务器就有10个在美国，登录多数 .com 、.net 网站或发电子邮件，数据几乎都要到美国绕一圈才能到达目的地。连接“中枢神经”和“大脑”的是海底光缆系统，它分为岸上设备和水下设备两大部分。岸上设备将语音、图象、数据等通信业务打包传输。水下设备负责通信信号的处理、发送和接收。水下设备分为海底光缆、中继器和“分支单元”三部分：海底光缆是其中最重要的也是最脆弱的部分。

　　互联网服务现在本身就弱，运营商与用户签约时本来就没有就速率进行过详细约定。当海缆断了之后，首先要照顾的是专门的租用业务，其次是话音业务和数据业务，再次才能排上互联网。

　　海缆现在是分区维护的，出于安全目的，海缆平时也需维护。如果有人把海缆捞出来，加进光纤，就可以偷走信息。如果发生战争，也可能有人破坏光缆。但是，不管怎么说，海缆是现在通信的最好解决办法，别的方法如卫星、微波可以作为补充，但是现在看来无法取代海缆，因为它们的信道有限。能让广大用户以便宜的方式进行沟通的方式，非海缆莫属。

优势

　　海底光缆是用绝缘外皮包裹的导线束铺设在海底，分海底通信光缆和海底光力光缆。前者主要用于通讯业务，后者主要用于水下传输大功率光能。与人造卫星相比，海底光缆有很多优势：海水可防止外界光磁波的干扰，所以海缆的信噪比较高；海底光缆通信中感受不到时间延迟；海底光缆的设计寿命为持续工作25年，而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽。

材质

　　海底光缆的结构要求坚固、材料轻，但不能用轻金属铝，因为铝和海水会发生电化学反应而产生氢气，氢分子会扩散到光纤的玻璃材料中，使光纤的损耗变大。因此海底光缆既要防止内部产生氢气，同时还要防止氢气从外部渗入光缆。为此，在90年代初期，研制开发出一种涂碳或涂钛层的光纤，能阻止氢的渗透和防止化学腐蚀。光纤接头也要求是高强度的，要求接续保持原有光纤的强度和原有光纤的表面不受损伤。

兴起历史

　　海底光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。

　　同陆地光缆相比，海底光缆有很多优越性：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。

商业电缆

　　全世界第一条海底电缆是1850年在英国和法国之间铺设，由 John Watkins Brett 's 盎格鲁-法国电报公司（Anglo-French Telegraph Company）开设一条穿越英吉利海峡的电缆，品质粗劣，没有其他任何保障。1851年11月13日，受保护的核心，即真正的电缆，被架设起来，1852年，大不列颠及爱尔兰被连接在一起。1852年海底电报公司第一次将缆线联系伦敦到巴黎。1853年，英格兰由一个电缆横跨北海，被加入到荷兰。

电报电缆

　　1858年赛勒斯由西场（Cyrus West Field），他们说服英国工业家基金第一次尝试在打下一个跨大西洋的电报电缆。从一开始，并在运作中，只有1个月。这项技术一直存在不少问题。科学家们试图在1865年和1866年不断尝试更新的技术，大东电报局则用更为先进的技术，并产生了世界上第一个成功的跨大西洋电缆。1870年在印度又完成这项技术。

　　1863年电缆从孟买连结到阿拉伯半岛。

海底电缆

　　1902年至1903年，海底电缆从美国大陆连接夏威夷，1902年连接关岛，1903年连接菲律宾。1902年加拿大，澳大利亚，新西兰和斐济也完成连线。

中国大陆

　　中国大陆的第一条海底电缆是在1988年完成：

　　福建至台湾

　　福州川石岛与台湾（淡水）之间，长177海里。（已停用）

中国台湾

　　台湾的第一条海底电缆是在1987年完成：

　　台湾至日本：台湾淡水与日本长崎之间。（已停用）

　　台南至澎湖：

　　清代台湾台南安平通往澎湖，长53海里。

　　国际电缆登陆点：

　　宜兰头城：电缆从宜兰县头城镇连结，美、日、东北亚、东南亚、澳、纽、菲律宾等地。

　　屏东枋山：电缆从屏东县枋山乡连结中国大陆、琉球、日本、韩国、关岛，以迄美国西海岸的加州和奥勒冈州。

发展历史

　　1988年，在美国与英国、法国之间敷设了越洋的海底光缆（TAT-8）系统，全长6700公里。这条光缆含有3对光纤，每对的传输速率为280Mb/s，中继站距离为67公里。这是第一条跨越大西洋的通信海底光缆，标志着海底光缆时代的到来。1989年，跨越太平洋的海底光缆（全长13200公里）也建设成功，从此，海底光缆就在跨越海洋的洲际海缆领域取代了同轴电缆，远洋洲际间不再敷设海底电缆。

　　即使是如此严密的防护，在80年代末还是发现过深海光缆的聚乙烯绝缘体被鲨鱼咬坏造成供电故障的实例。

　　海缆系统的远程供电十分重要，海底电缆沿线的中继器，要靠登陆局远程供电工作。海底光缆用的数字中继器功能多，比海底电缆的模拟中继器的用电量要大好几倍，供电要求有很高的可靠性，不能中断。因此在有鲨鱼出没的地区，在海底光缆的外面还要加上钢带绕包两层和再加一层聚乙烯外护套。 进入90年代，海底光缆已经和卫星通信成为当代洲际通信的主要手段。我国自1989年开始到1998年底已经先后参与了18条国际海底光缆的建设与投资。其中第一个在中国登陆的国际海底光缆系统是1993年12月建成的中国——日本（C-J）海底光缆系统。1996年2月中韩海底光缆建成开通，分别在我国青岛和韩国泰安登陆，全长549公里；1997年11月，我国参与建设的全球海底光缆系统（FLAG）建成并投入运营，这是第一条在我国登陆的洲际光缆系统，分别在英国、埃及、印度、泰国、日本等12个国家和地区登陆，全长27000多公里，其中中国段为622公里；

　　2000年9月14日，随着亚欧海底光缆上海登陆站的开通，由中国电信集团公司参与建设、连接亚欧海底33个国家和地区的亚欧海底光缆系统，经过三年多的建设正式开通。它的建成标志着我国国际通信水平又迈上一个新台阶。

　　亚欧海底光缆系统西起英国，经地中海连接法国、意大利等国，通过红海进入印度洋到新加坡，然后再向东，经马来西亚、菲律宾、越南等到达中国，最后通达日本、韩国。它全长约3.8万公里，连接33个国家和地区，共计39个登陆站。亚欧海底光缆系统在我国上海、汕头各设1个登陆站。

中国现状

特征

　　海底光缆作为当代国际通信的重要手段，承担了90%的国际通信业务，是全球信息通信的主要载体。也是我国光纤企业新的高利润增长点。

　　我国海缆建设模式与国际仍有差距

　　海底光缆工程是一项复杂的系统工程，其建设一般包括海缆路由选择、海缆工程线路设计、海缆敷设、系统建设、系统验收等。这一市场长期被欧美与日本企业占据。我国目前也仅有华为海洋力争打造成为海底光通信系统综合提供商，具备承担国际海底光通信系统建设的能力。

　　同时，我国海缆系统建设最大的问题便是海缆系统集成问题。目前，国际市场采用通信设备总包商、光缆制造企业及施工单位共同合作的海缆建设模式，而我国海缆建设采用条块化分割模式，由设计院与运营商进行前期论证和线路设计，由海缆制造企业提供海缆与附件，由海缆施工单位敷设，再由业主或运营商进行系统集成。这种模式不利于整合系统集成能力，不利于形成一到两家实力雄厚的海缆系统集成商，更不利于中国海缆系统走向国际。

　　海缆技术不断突破，我国企业面临“走出去”困局

　　海底光缆的生产技术主要有海缆专用光纤制造、海缆专用激光焊接不锈钢管光单元制造、内层钢丝铠装、无缝铜管制造、绝缘层挤制、外层钢丝铠装、外被层PP绳与沥青制造。

　　但国际几大通信设备总包商、光缆制造企业及施工单位共同合作形成了战略联盟，并已形成了垄断，从而提高了市场竞争门槛，抑制了其它国家海缆企业的发展。同时，我国深海光缆的技术、设备以及设计施工能力仍然存在不足、缺乏行业整合、资本市场缺乏信心等原因导致我国深海光缆系统得不到国际运营商的认可和信任。我国海缆“走出去”需要我国运营商积极参与国内海底光缆产业链的培养，与海底光缆制造企业、设备总包商、施工维护单位等通力合作，形成海缆综合系统总包商，共同带动国内海光缆产业健康发展，全力进军国际市场。

　　浅海虽有斩获，深海仍被钳制

　　国际深海光缆每年的铺设量就达到近万公里的规模。中国已参与十八条国际海底光缆的建设与投资，其中有八条在中国大陆登陆。然而，深海光缆的提供一直为跨国公司所垄断，对国际深海光缆通信干线，中国企业仍受到钳制，至今未能涉及。

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。

　　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。

工程开发

典型结构

　　海底光缆的结构解析，见右图。 深海光缆的结构比较复杂：光纤设在U形槽塑料骨架中，槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包，在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满，再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝，使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套。这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入。在有鲨鱼出没的地区，在海缆外面还要再加一层聚乙烯护套。

　　1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

设计要求

　　海底光缆设计必须保证光纤不受外力和环境影响，其基本要求是：能适应海底压力、磨损、腐蚀、生物等环境；有合适的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；具有一个低电阻的远供电回路；能承受敷设与回收时的张力；使用寿命一般要求在25年以上。

　　深海（深度在1000米以上）海底光缆采用无钢丝铠装结构，但光缆缆心的结构和加强构件（一般为中心钢丝）必须能保护光纤，以防止海水的高压力与敷设、回收时的高张力。为了防止鲨鱼伤害，还应在鲨鱼出没海域的深海光缆护套上螺旋绕包二层钢带，并挤一层聚乙烯外护套。

　　浅海（水深在1000米以内）海底光缆的缆心结构与深海光缆相同，但浅海光缆要有单层或双层钢丝铠装。铠装层数和钢丝外径要根据海缆路由的海底环境、水深、能否埋设、渔捞等情况而定。

铺设

　　海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。在浅海，如水深小于200米的海域缆线采用埋设，而在深海则采用敷设。水力喷射式埋设是主要的埋设方法。埋设设备的底部有几排喷水孔，平行分布于两侧，作业时，每个孔同时向海底喷射出高压水柱，将海底泥沙冲开，形成海缆沟；设备上部有一导缆孔，用来引导电缆（光缆）到海缆沟底部，由潮流将冲沟自动填平。埋设设备由施工船拖曳前进，并通过工作电缆作出各种指令。敷缆机一般没有水下埋设设备，靠海缆自重敷设在海底表面。

　　船不断往前开，然后用水下机器人冲一个沟，将光缆放入，然后再用水下机器人把泥沙冲回去，覆盖光缆，然后不断前进，当需要驳接时则在船上先接完成，然后密封，再继续铺设。目前的海底光缆全部都为光纤的，电缆的已经很少了，并且目前铺设的全部都是埋进泥土里的了，就是用水下机器人冲一个沟然后放进去再埋上泥土。

　　水下机器人其实是利用一个高压水泵，将水加压到很高的压力喷射出去，从而冲出沟槽来的。至于维护，这个没有什么维护可言，通常不需要维护，只需要定期用水下机器人勘察是否光缆有露即可，如果有则将泥沙覆盖上去。另外如果断了，用衰减检测仪测量就可以得到具体位置，然后去到那捞上来，进行驳接或者其他方式，通常都是将损坏的一段全部切掉，换上新的一段。

事故处理

断裂原因

　　海缆断裂一般有两大原因。一是地震、海啸等不可抗力，二是人为原因。一旦断缆，不仅在国际通信上造成巨大影响，因此造成的损失更是无法估算。

损害

　　电缆往往容易遭到捕鱼的拖网渔船，船锚破坏，甚至鲨鱼咬断。电缆有时也被敌军部队在战时破坏。1929年纽芬兰大地震，发生了一系列的跨大西洋电缆所引发大规模的海底崩塌。

　　一旦多条海底电缆同时受损（如遭地震破坏），有可能导致区域性互联网和长途电话服务的中断，造成难以估算的损失，例如2006年恒春地震正是一例。

　　修理深电缆，损坏的部分是带到水面上修理。深水带的电缆必须剪断被破坏的部份，再带到水面上修复，重新修复的部份会较原来的更长一些。

　　一些港口附近重要的电缆线，成立有专门修复电缆的修复舰。新斯科细亚哈利法克斯附近就有设立数家像 CS Cyrus West Field等修复公司。有些大型的电信业者如法国电信、日本电信电话等拥有自己的海缆船。

修复过程

　　海底光缆通常埋在海床下1—2米深的地方，由于海床不是很规则，光缆有时候免不了会露出来。渔船下锚和使用拖网捕鱼时都可能将光缆毁坏，因此，在海底有光缆通过的地方被划作禁止抛锚区，不许船只停靠。这个原理和陆地上的光缆一样，我们经常在路上看到这样的标志“地下有光缆，禁止施工”。海底光缆需要保护，也需加强技术提高海缆自身的抗拉性。

　　修复工作的第一步是找到断点。海缆工程师可以通过电话和互联网中断情况找到断点的大概位置。岸上终点站可以发射光脉冲，正常的光纤可以一直在海中传输这些脉冲，但是如果光纤在哪里断了，脉冲就会从那一点弹回，岸上终点站这样就可以找到断点。之后就需要船只运来新的光缆进行修补，但第一步是要把断的光纤捞上来。

　　如果光缆在水下不足2000米的深处，可以使用机器人打捞光缆，一般位于水深约3000米至4000米海域，只能使用一种抓钩，抓钩收放一次就需要12个小时以上。将断掉的光缆捞到船上后需要在中间加缆，这个工作是由专业性很强的技师来完成的。

　　1、机器人潜下水后，通过扫描检测，找到破损海底光缆的精确位置。

　　2、机器人将浅埋在泥中的海底光缆挖出，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，通过两个方向的海底光缆登陆站，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底光缆，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底光缆接上海底光缆的两个断点。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。

　　5、备用海底光缆接上后，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：对修复的海底光缆进行"冲埋"，即用高压水枪将海底的淤泥冲出一条沟，将修复的海底光缆"安放"进去。

　　同时，海上大风大浪等恶劣天气可能造成修复工作的缓慢。