作者 www.linkwan.com 林和安

海底光缆

光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。即：由光纤(光传输载体)经过一定的工艺而形成的线缆。海底光缆，则是铺设在海洋底部的光缆统称。海底光缆系统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。

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。

海底光绪的构造

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。为保证通信光纤不受外力和环境影响，海底光缆必须要经受住海底压力、磨损、腐蚀、生物等环境；按照这些特定的要求，海底光缆的基本结构是将经过一次或两次涂层处理后的光纤螺旋地绕包在中心，加强构件(用钢丝制成)的周围。并放在专制的不锈钢管中。该管外绕高强度拱形结构的钢丝。钢丝层又包上铜管，又使得光缆铺设时不发生微/宏弯。最后挤塑外护套。

图1：典型海底光缆的结构解析

图1为海底光缆的结构解析。其中1代表聚乙烯层，2代表聚酯树酯或沥青层，3代表钢绞线层，4代表铝制防水层，5代表聚碳酸酯层，6代表铜管或铝管，7代表石蜡，烷烃层，8代表光纤束。

深海光缆的结构要求更高，光纤设在螺旋形的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，这个铜管还是传送远供电流的导体。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，同时也是为了在敷设和回收修理时可以承受巨大的张力和压力。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后，再加一层聚乙烯外护套。

海底光缆的铺设

海底电缆工程被世界各国公认为复杂困难的大型工程。根据不同的海洋环境和水深，海底光缆的铺设也分别采用不同的方法。

在浅海，如水深小于200米的海域缆线采用埋设。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，并通过工作电缆做出各种指令。而在深海则采用敷设方式，靠海缆自重敷设在海底表面。

海底光缆的修复

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。一旦光缆出现问题，在茫茫大海中，从深达几百米甚至几千米的海床上找到直径不到10厘米的海缆，就如同大海捞针。再探测到光缆的断裂点，并将之打捞上来，重新接续好放回海底，其技术难度可想而知。

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耗费十数个小时。

06年台湾南部地震受损光缆修复示意图

海底光缆的具体修复过程如下

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中美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。像这样的”接头工”，上海电信方面目前只有三四名。

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。

中国海底光缆发展及分布

海底光缆以其大容量、高质量、高清晰度、低价格，和安全可靠等优势，不仅完全取代了海底电缆，也逐步取代了卫星通信，成为目前国际间主要的通信手段。据不完全统计，从1990年到2000年的这10年间，全球共建设海底光缆传输系统100多个，总投资约 120多亿美圆，总长度约为 24万公里左右。

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，标志着国际通信进入了一个崭新的历史时期。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。

1993年中国第一条国际海底光缆系统的建成，到现在已经拥有7个大型国际海底光缆系统并且还正在建设更多的国际海底光缆系统。以下为部分海底光缆系统的简要介绍。

我国海底光缆分布示意图

[亚欧3号国际海底光缆（SEA-ME-WE3）]该系统是我国第一条由中国电信运营商投资并拥有产权的跨洋国际海底光缆通信系统。该系统连接中国电信的广东汕头登陆局和上海崇明登陆局，是我国通往东亚、南亚、中东、北非、西欧以及澳大利亚等国家和地区的重要通信通道，光缆总长度约为36000公里。

[亚太2号海底光缆系统（APCN2）]连接亚洲国家和地区的亚太2号海底光缆系统，是目前重要的国际光缆之一全长约19000公里，共有10个登陆站。中国登陆站在上海崇明和广东汕头，其他登陆方还有日本、韩国、香港、马来西亚、新加坡、菲律宾和中国台湾。该系统的传输速率为10Gb/s x 64个波长，共有四对光纤组成。该系统采用了具有自逾功能的环型网络结构，终期容量为2560Gb/s。该系统于2001年底开通。

[中美海底光缆系统（CH-US）]它连接亚洲和北美洲的中美海底光缆系统，是目前重要的国际光缆之一，全长约30000公里，共有9个登陆站，中国的登陆站分别为上海崇明和广东汕头。其他登陆方还有日本、韩国、美国和中国台湾。该系统的传输速率为2.5Gb/s x8个波长，共有四对光纤组成，采用具有自逾功能的环型网络结构。该系统于2000年1月开通部分段落。

[环球海底光缆系统（FLAG）]连接亚洲、中东和欧洲的大型国际海底光缆系统，全长27000公里，共有12个登陆站。该系统为分支型网络结构。中国的登陆站为上海南汇。该系统的传输速率为5Gb/s，共有两对光纤，并于1997年9月开通投产。

[中日海底光缆系统（CJ）]连接中国上海南汇和日本宫崎的中日海底光缆系统，全长 1260公里，传输速率为560Mb/s,共有两对光纤组成，能够提供7560条电话电路，是我国第一条国际间的海底光缆系统。该系统于1990年开始酝酿建设，到1993年10月开通投产，期间建设周期用了近3年时间。