海底光纜如何中繼信號?最大距離是多少?設備型號有哪些?

海底光纜如何中繼信號?最大距離是多少?設備供電怎麼解決?還是有超級牛X的光纖收發器最大傳輸距離超過1000千米,型號能介紹一下嗎?
像我們單位用的光纖收發器最大就80km,一般也就用10km的產品,cisco的光模塊也就20km左右。如果海底光纜信號需要中繼,供電太難解決了,設備維修成本太高了,在海底這樣的極端環境設備故障率不好保證啊!


一個個的回答這個問題。
1,海底光纜的中繼大體上是與岸上一樣的, 採用的是有源光放大設備,上面有同學說光纖放大器不用電的,這是不符合能量守恆定理的。
2,最大距離幾乎橫跨整個地球都是沒有問題的,具體原因下面會提到。
3,具體的設備型號我就沒有去爬了,基本上google一下世界上的幾家設備廠商,都可以得到答案的。

說一下海底光信號中繼的問題。在長距離的有中繼的海底光纜傳輸系統中, 由於光纜敷設在海底, 以現有的技術條件, 無法通過海底自然環境就地對海底中繼器等用電單元進行供電, 只能由岸上的端站供電設備( Power Feed Equipment, PFE) 進行遠程供電 , 它的基本原理是通過基於微處理器的控制系統, 將標準的 48 V 電力轉換為電流恆定、 電壓可達數千伏甚至上萬伏的電力對海底光纜系統的海底設備進行供電。供電線路有兩種類型, 一是採用獨立的電纜, 二是利用內部帶銅管導體的海底光纜進行導電。獨立電纜供電不僅成本十分昂貴, 而且工程建設複雜, 維護困難, 一般採用的是後者。

傳統海底光纜遠程供電系統包括端站 PFE、 海底光纜中的供電導體、 分支單元和中繼器中的電力設備。這裡簡單說一下海底光纜供電的兩種常見基本形式,見下圖:

這兩種工作原理基本上是相同的,但是海底環境複雜,還有很多其他的保護設備和措施。相比於單端供電,兩端供電更穩定,因為正常情況下, 供電兩端站 PFE 設備的供電電壓保持相同, 均勻承擔負載的供電任務。當其中一端的 PFE 設備發生故障不能供電時, 另一端的PFE 能自動提高輸出電壓, 單獨承擔起整個海底光纜系統的供電任務。
除了供電結構的不同,供電主要有串聯和並聯兩種模式。兩種模式在不同的情況下使用。因為並聯模式電能使用效率高,並且並聯供電方式還具有可分支的特點,因此創建海底光纜網路相對較容易,供電能力強。而串聯供電系統具有較強的抵抗海底光纜故障的能力,海底光纜故障定位較容易;供電線路與海洋地的絕緣較容易做到;在普通海底光纜通信系統中應用較多,技術較成熟等優點。所以在構建海底光纜網路時究竟採取哪種遠程供電方式,要綜合考慮全系統的各方面因素,選擇適合本系統的供電方式。
最後分享一張聯接中國的國際海底光纜系統一覽圖吧:

參考文獻:
[1] 忽 冉, 周學軍, 程 嵐, 陳雄明 .海底光纜網路遠程供電技術研究 [A].光纖與電纜及其應用技術.2010 (5).
[2] 葉銀燦. 海底光纜工程發展20 年 [A].海洋學研究,2009, (9),24卷第3期.


前面的葉青年的回答基本上已經解答了題主的問題,我也簡單補充一下吧,歡迎拍磚。

題主說的是光纖收發器是業務層設備上的,其實業務層設備的下層還有傳輸層。比如說,如果想從北京開一條電路到廣州,距離有2200km,以上的各種光纖收發器都不夠用了,這時就需要傳輸層提供。傳輸把通過光信號進行復用、放大、整形、補償等一些列手段,把業務層的信號進行超長距離的傳送。這就是我們電話可以從北京打到廣州的原理,理論上傳送的距離是可以無限長的。這中間需要光纖的放大和光信號的再生,需要設置中繼站點。前面已經有人提到了摻餌光纖放大器,大部分情況是這樣的,但不用電就不靠譜了,這也是需要能量的。中繼站點在陸地上很容易,但在海底就不容易了。

先說海纜:

海纜建設投資一般有兩種方式:

一是傳統俱樂部方式:由經營國際通信的運營者共同出資建設海纜系統。運營者根據出資的比例承擔海纜系統的建設和維護費用,並以此比例擁有該海纜系統的所有權。採用成立管理委員會的方式進行管理,管理委員會由每個發起方各派一名代表組成,對建設和運營方面的進行管理。管委會應對所有主要問題做出必要的決定來保證本協議目標的實現。

二是私營財團方式:由國際財團、銀行或其他金融機構甚至海纜系統的供應商建立一個控股公司,融資建設海纜系統。大家就可以購買Dark Fiber,類似從批發商那裡購買商品。

海底光纜的布放排名第一的回答說的太簡單了,其實是個很複雜的過程。沒有那麼多的沿岸可以用,如果可以的話,大家就建陸地系統了。一般敷設較淺的海底光纜也容易遭受外力破壞,如船隻的拋錨等,前些年由於魚船的違規操作曾經造成過幾次光纜被拉斷,全國互聯網都變龜速的情況。海纜的布放需要對擬布放的海域有深入的調查和了解。需要海底的地形、地貌、登陸岸灘情況、海洋水文、氣象、資源、航道資源等多方面進行大量的調查和深入的論證。

海底光纜也要有多重保護,能夠經受十幾年的海底生物咬噬和磨損的影響,還要能海水壓力和滲透以及海水的腐蝕,可以由海底機器人完成光纜的掩埋。話說鯊魚超喜歡拿這東西磨牙,埋到泥沙下面也能挖出來,可能是鯊魚探測到這裡面有電流。

現在在光纜內直接供電比較多了,光纜的結構可以看圖。原理就是排名第一的說的那樣,通過把變電,把高壓電加到海纜裡面,到目的地再降壓使用。

海纜登陸的照片

中國的海纜布放船

(以上圖片均取自網路,如有侵權請通知我刪除)

再說傳輸系統:

海底光纜基本靠島嶼進行連接,有時會有長距離的海域沒法登陸。這時,普通的EDFA放大器就不行了,需要超強的光纖放大器,很多地方用了一種叫做拉曼的放大器。拉曼放大器是一個很毒的利器,發射的光線在10km之外還能融化鐵塊。再有就是通過複雜的演算法在光強很弱的情況下還原信號,技術複雜,造價比較高。通過這兩種技術的組合,可以實現300km以上不需要對光信號進行放大。

目前世界上有幾家海纜公司,中國的華為和英國的一家海纜布放公司在天津成立了華為海纜公司就可以做海纜系統,此外全球還有NEC、ASN等多家公司做海纜承包和系統建設。設備與陸地上的系統設備略有不同,型號就不說了,通信設備更新換代太快。

最後說一下可靠性

通信的系統要做到電信級的質量都需要有保護的,海纜系統也不例外。一般故障發生後會通過迂迴電路實現業務的保護。但整體容量就小了。渤海光纜斷了後網其實沒有斷,只是訪問美國的網速大受影響。海纜的故障搶修一直都是世界範圍內的難題,修復海纜的成本也是居高不下。


在海底光纜的應用中,通常可以分為有中繼系統和無中繼系統,其中是否有中繼主要取決於在鏈路部署中繼站點是否有可能,成本是否可以接受,整個傳輸鏈路的帶寬和速率也是要考慮的因素。
對於無中繼系統而言,實際上還分為採用有源光放和遠程泵浦光放兩種。在長達幾百或上千公里級的鏈路中需要增加這樣的光放站點已保證接收端的光功率在接收範圍內。
關於其他回答中的不用電的光放實際是就是遠程泵浦,放在水下的RGU模塊是純無源的,其能量來源於遠端隨傳輸光纖一起傳過來的泵浦光,而這是泵浦光是來自於放置在發射端的RPU模塊。這是符合能量守恆定律的,當然,不會有不符合能量守恆定律的實際產品的。。。
有源的光放包括常見的摻鉺光纖放大器和拉曼放大器。這些都是要在光放站點進行供電的。
關於可靠性的問題,海底光放的要求要遠高於目前陸地商用產品,所以國內做的相對也比較少。
對於有中繼系統而言,通常也是要用到上述光放,只是由於距離過長或者鋪設當時的技術限制,在鏈路中添加了其他回答中提到的中繼器,對業務信號進行整形。


想不到這麼冷門的題目也有好幾個回答,果然高手在民間。作為一個當初差點投身海纜事業的半個圈內人,簡潔補充一下:1.國內現在能生產的單盤海纜最大長度,從網上新聞通稿來看已經接近100km了,這意味著用這一盤纜可以實現100km無中繼傳輸,而如果使用康寧之前推出的低損耗大有效面積光纖,無中繼傳輸距離更是可以達到400km(當然這對海纜生產工藝、運輸和鋪放有點要求太高),總之,對於許多近海的海纜需求來說,完全可以通過無中繼的方式實現。2.對於有中繼傳輸,直接上光電複合纜吧,光纖傳信號,銅導體傳電壓,結構多樣,技術也不複雜,可以參考電力架空上常用的opgw。海纜布放時在船上把兩盤纜和中繼系統對接焊好一起鋪下去。3.海纜之貴,不在海纜,中繼器這些設備的小錢,而是在於施工和整個系統的集成,感興趣的同志可以去查下租一條海纜施工船的日租金是多少。沒有雄厚的資金支持,就別想沾邊海纜項目了。


光纖放大器


有光纖放大器的,不用電


1:海底光纜並不是像你想像的那樣直接從海洋中拉直過去,大部份的海底光纜都是沿海岸線布放的,這也就為什麼你經常聽到海底光纜斷了,在N年前華為收購了一家美國公司,這家當時已實現G級信號無中繼傳輸5000KM+,前幾年有消息說已達到13000KM+,你有興趣搜一下"華為海洋", 2:看上一回答,


推薦閱讀:

中國的通信技術與日本,歐美差距大嗎?

TAG:光學 | 通信工程 | 海底光纜 | 網路設備 | 光電科技 |