原 書 前 言原 書 前 言海底光纜：一個戰(zhàn)略領域25年來，光纜系統(tǒng)以驚人的速度遍布陸地和海底�，F在，鋪設在海床上的海底光纜大約有100萬km。這些光纜支撐著我們整個通信骨干網的99%。很多衛(wèi)星通信站已被拆除，成為了歷史。
　　沒有哪一種技術能像海底光纜這樣，雖然不為人所知，卻對我們的社會產生如此廣泛的影響。發(fā)達國家早在一個世紀以前就確定了海底光纜的戰(zhàn)略地位。
　　本書是《海底光纜通信系統(tǒng)》的第2版，它全面而詳細地介紹了海底光纜通信系統(tǒng)，涵蓋了所有的技術方面，提供了海底光纜系統(tǒng)設計規(guī)則、所需技術以及專業(yè)海底設備的理論和實踐背景。此外，本書還描述了相關產業(yè)的發(fā)展情況，包括設備設計、安裝以及海上作業(yè)等�？紤]到本書的完整性，我們亦收錄了歷史和運行方面的信息。
　　本書自2002年首次出版以來，在學術界一直被當作重要的參考文獻。自第一代光子學參考合集［1］和一些優(yōu)秀的歷史收藏本［2］發(fā)布以來，鮮有可與之媲美之作。
　　為什么要再版？本書的第1版寫于2001年，當時正值互聯網泡沫時期。包括海底光纜在內的電信業(yè)發(fā)展基本陷于停滯，直到2007年方有所好轉。在此期間，本書的第1版在相關技術領域仍代表著最高水平。2007年電信業(yè)開始復蘇，截至2015年，電信技術再次獲得了快速發(fā)展，在這種背景下，本書的第1版就顯得陳舊了。
　　正如摩爾定律有所放緩一樣，光傳輸也面臨著達到信息譜密度香農極限的問題，海底光纜也毫無例外地遭遇了容量極限的挑戰(zhàn)，而這正為修訂版的發(fā)布提供了合適的時機。
　　這個新版本保留了對適用性廣的光學技術、設備、操作和海上敷設工程的說明，旨在為此領域工作者提供重要參考。本書不僅全面覆蓋并更新了相關領域的知識，亦填補了一些空白。
　　新增內容具有以下特色：
　　1）針對通信的超長距離海底傳輸技術。
　　2）海底光纜的其他應用，如科研、石油和天然氣。
　　解決了針對復合型網絡和寬帶服務的高速網絡發(fā)展問題，即1） 100Gbit/s信道或以上的相干光技術。
　　2）濕端設備光纖網絡和可重配性。
　　完整概述了該領域的知識演變，闡述了大型海底項目的戰(zhàn)略重要性，包括1）海底網絡的技術運營周期和組織運營周期。
　　2）通過相干技術放大的海底光纜的升級。
　　本書目標和大綱自2002年本書第1版出版以來，技術領域的演變發(fā)展十分迅速。第2版的目標是更新內容，實現技術和操作上的完整性，并繼續(xù)作為海底光纜領域的主要參考文獻。本書內容安排如下：
　　第Ⅰ部分簡要介紹海底網絡。
　　第1章：José Chesnoy編寫的“海底光纜通信介紹”一章，介紹了海底通信系統(tǒng)的概況。
　　第2章：Gérard Fouchard編寫的“海底通信系統(tǒng)的歷史回顧”一章，完整地概述從第一代到2015年安裝系統(tǒng)的歷史發(fā)展。
　　第Ⅱ部分介紹了現代海底光纜網絡和系統(tǒng)的設計背景，針對所有長距到無中繼應用再到非通信應用。
　　第3章：Philippe Gallion編寫的“非相干和相干數字光纖通信的基本原理”一章，介紹了光纖通信的理論背景，從其調制到接收，完整描述了從電噪聲源到光噪聲源的信號質量，并詳細介紹了帶光放大器的系統(tǒng)。本修訂版增加了對相干傳輸基礎知識的介紹。
　　第4章：Dominique Bayart編寫的“光放大”一章，運用基礎知識和基本原理，全面介紹了主要光纖放大器——摻鉺光纖和拉曼光纖放大器技術的最新知識，以幫助讀者正確理解通過級聯放大器產生的信號和噪聲。
　　第5章：Gabriel Charlet和Pascal Pecci編寫的“超長距離海底傳輸”一章，從理論和實踐上介紹了WDM（密集波分復用）光放大鏈路的設計。這是基礎章節(jié)，涵蓋了超長距放大系統(tǒng)的WDM系統(tǒng)設計的所有理論和實踐知識。本章較第1版做出了明顯修改，涵蓋了所有關于海底傳輸的現代知識。
　　第6章：Eduardo F�盡ateo編寫的“超長距離海底網絡中傳輸損傷的補償技術”，這一章是新增內容，旨在介紹各種光技術和處理技術，以及針對線性和非線性效應帶來的系統(tǒng)劣化影響，改善傳輸質量的技術。
　　第7章：Herve Fevrier、Bertrand Clesca、Philippe Perrier、Do�睮l Chang和Wayne Pelouch編寫的“無中繼傳輸”一章，介紹了無中繼傳輸系統(tǒng)這一領域中全面而最新的知識。
　　第8章：Stephen Lentz編寫的“海底光纜的新應用”一章是新增章節(jié)，全面介紹了近年來發(fā)展的科研、石油和天然氣領域的應用。
　　第Ⅲ部分介紹了海底設備及海底網絡所涉及的所有技術的實現情況。
　　第9章�…≡瓡�由于在翻譯過程中分為了上、下兩冊，第9章~第17章見《海底光纜通信系統(tǒng)(原書第2版)下冊：設備及運行維護》。——譯者注：Olivier Courtois和Caroline Bardelay�睪uyot編寫的“海底網絡的架構和管理”一章，描述了包括網絡管理在內的海底網絡。相較于第1版而言，本章有相當大的更新，納入了直接IP連接、ROADM介紹及其對網絡管理的影響。
　　第10章：Koji Takehira編寫的“海底系統(tǒng)供電”一章，這是新增章節(jié)，更全面地介紹了該海底系統(tǒng)供電，對于海底網絡而言具有特別的戰(zhàn)略性和針對性。
　　第11章：Scott R�盉ickham, HazellMatthews和SnigdharajMishra編寫的“海纜光纖”一章，介紹了海纜光纖的最新狀況，包括它們朝著新的低損耗、有效面積大的現代光纖方向的研究進展。
　　第12章：Neal Bergano, Bruce Nyman, Maurice Kordahi, Barbara Dean, HaifengLi和Lara Garrett編寫的“海底設備”一章，全面地介紹了海底硬件的關鍵部分—濕式設備。此外還針對海底網絡的可靠性方面進行了全新的綜合性分析。
　　第13章：Jean Francois Libert和GaryWaterworth編寫的“海纜技術”一章，涵蓋了海底光纜設備技術方面的問題。
　　第14章：Arnaud Leroy和OmarAitSab編寫的“海底線路終端”一章。本章專門介紹傳輸設備。第2版適當涉及現代的相干技術和信號處理，全部進行了重新修訂。
　　第Ⅳ部分完整地描述了操作方面的技術，以確保本書涉及范圍的完整性。
　　第15章：LoicLefur編寫的“系統(tǒng)規(guī)劃和部署”一章，是新增章節(jié)，從理念提出到系統(tǒng)驗收，詳細介紹了海底項目的整個周期。
　　第16章：Robert Hadaway編寫的“海纜升級”一章，也是新增章節(jié)，為適應新技術時代的需要，開啟的新篇章。
　　第17章：John Horne和RaynaldLeconte編寫的“海纜及其維護”一章，對海洋敷設和維護技術進行了升級。
　　本書編輯特別感謝所有參與者，感謝他們?yōu)榫帉懗鲆槐靖哔|量書籍所投入的時間，以及他們的原創(chuàng)性貢獻。這一高級別專家小組為本合集所貢獻的獨特內容，彌補了之前任何出版物中均沒有涉及的空白。沒有他們的參與，便沒有我們現在的成就。
　　三段序言均由行業(yè)內關鍵人員撰寫：Yves Ruggeri代表重要電信運營商和Suboptic組織；ValeyKamalov代表Webco運營商；Neal Bergano是歷史海纜供應商的主要代表。在此，對他們表示衷心的感謝。
　　最后，編者還希望特別緬懷于2005年離開我們的Jean Jerphagnon。他獻出畢生精力，促進海底光纜技術的發(fā)展，他是一位十分有影響力的專家，同時也是本書第1版的發(fā)起人。我們相信，看到該領域在過去十年間取得如此巨大的進步，他會非常欣慰。
　　主編José Chesnoy
　　原 書 序 一這個信息時代的發(fā)展幾乎完全是由海底光纜來推動的。我們必須知道，99%的國際數據都是通過大量數百萬美元造價的海底光纜傳輸的。2005年全球互聯網連接用戶首次達到了10億；2010年互聯網連接用戶達到了20億；2014年實現了第三個10億用戶的互聯網連接。在虛擬的世界里，一個國家實現和保持強勁增長與發(fā)展勢頭的能力取決于其基礎設施、通信的便捷性以及信息流的效率。信息的獲取與社會經濟發(fā)展之間的關聯性已經成為普遍共識。
　　海底光纜產業(yè)競爭激烈，但是也存在著大量的合作，因為很多項目的范圍和規(guī)模都要求業(yè)內的多個參與者共同實施。全球多個地區(qū)通信業(yè)的去管制化促進了私營海纜公司的發(fā)展。鑒于在世界范圍內敷設海底光纜的經濟、財政和地緣政治因素的挑戰(zhàn)，海纜系統(tǒng)聯盟組織就成了一種有效的投資和管理模式。業(yè)內人士也認識到有必要建立一個組織，以協(xié)調、鼓勵和促進多個行業(yè)參與者的可持續(xù)發(fā)展與合作。1996年成立的 SubOptic 就發(fā)揮了這種關鍵作用。
　　供應商仍然是技術革新和進步的主要推動力。同時，通信業(yè)務的增長、多樣化和互通性需求的提高，促進了現有海纜的不斷升級和新海纜線路的建設，這不僅要在海纜發(fā)達地區(qū)還要在欠發(fā)達地區(qū)進行。當今世界的變化速度超過以往，而互聯網及其應用業(yè)務（OTT）的出現加速了這個變化，同時它們深刻改變了網絡的流量特性和格局。
　　部署在全球范圍內海床上的海底光纜對于我們的日常生活以及國家級別的數據安全來說至關重要，但它也是脆弱的，因為海底光纜不易修復，而且基本上不被公眾所認知。
　　本書詳細地介紹了海底光纜領域的各方面知識，記錄了海底光纜產業(yè)的詳盡事實和信息，可以說是對今天高度互聯世界的“無名英雄”即海底光纜的致敬。
　　Yves RuggeriOrange 公司海底網絡戰(zhàn)略部副總裁SubOptic 執(zhí)行委員會主席原 書 序 二原 書 序 二信息革命帶來了互聯網時代，而光通信網絡在大容量數據傳輸中起著關鍵作用。在過去的一個世紀，世界范圍的通信網絡經歷了迅猛增長，而不遠的將來這個增長勢頭仍然強勁。由于用戶數量的增長以及互聯網的普及，非洲和亞洲一些尚未聯網的地區(qū)將接入互聯網。集成電路性能的提升加速了網絡的發(fā)展，自20世紀中葉以來，晶體管的尺寸幾乎每兩年減小一半。新的基于互聯網的全球經濟需要一個大容量和高可靠性的全球網絡，而這網絡目前受到了海底通信光纜的限制。
　　信息傳輸領域內的創(chuàng)新層出不窮。自從2002年《海底光纜通信系統(tǒng)》的初版問世以來，光纖通信行業(yè)進入了“相干傳輸”時代。我們現在的傳輸容量比5年前超出了一個數量級。我們將信息編碼成電磁波的相位、偏振和幅度。如果邁克爾·法拉第知道我們在跨大西洋的單根光纖上就實現了10000000000000bit/s的數據傳輸，他將為我們而自豪。威廉·湯姆森爵士（即開爾文爵士）也會對我們的成就贊嘆不已。開爾文爵士在1858年建造了第一根海纜，其傳輸速率為每分鐘一個單詞。湯姆森爵士和賽勒斯·菲爾德（美國商人，電信業(yè)先驅）會驚訝地發(fā)現，他們在第一根跨大西洋線路中所開發(fā)的很多工具沿用至今。初看起來現代通信海纜與1858年的海纜相似，后者基于銅導體，并帶有古塔膠（反式膠）絕緣體。在現代海纜中，古塔膠已經被聚乙烯取代，我們仍然采用銅作為海底中繼器的供電導體，并在20世紀的最后十年中增加了光纖。本書旨在幫助研究者和工程師們改變未來的全球海底通信。我們可以找到比1858年以來一直使用的銅導體更好且更廉價的導體嗎？我們能夠找到比一百年前發(fā)明的聚乙烯的絕緣性能更好的材料嗎？我們還有很多問題需要解決：海底光纜的成本對于很多發(fā)展中國家來說仍然是難以承受的，海纜的修復可能耗費數周時間。我們今天敷設海纜的速度和1858年英國皇家海軍艦艇“阿伽門農號”的敷設速度差不多。Suboptic組織是獨一無二的，因為它關注環(huán)境的影響、海纜安全和數據的安全，并維持足夠數量的布纜船以應對海洋作業(yè)的挑戰(zhàn)。本書詳細介紹了海底光纜項目各個方面的問題。
　　在嚴苛環(huán)境條件下，海底光纜的設計、安裝和維護基于了幾代工程師們的經驗積累，本書正是該領域全球頂尖專家共同的智慧結晶。
　　海底光纜通信系統(tǒng)項目的巨大投資以及系統(tǒng)的復雜性要求海纜系統(tǒng)要具有較長的壽命周期，而現代的海纜系統(tǒng)設計壽命通常為25年。成功的安裝、運行和修復取決于海纜系統(tǒng)的架構和部件的可靠性。工程技術上的驚人成就凝聚了信息科學、非線性光學、電子工程、材料科學、工程實踐、項目管理、海洋專業(yè)和高可靠性標準等方面的知識。海底光纜通信系統(tǒng)將繼續(xù)服務于社會，而本書的讀者也將為我們提供有益的反饋。
　　Valey KamalovGoogle 公司信息傳輸工程師2015年7月原 書 序 三原 書 序 三地球各大洲之間通過海底光纜網絡連接成一體。我們每次瀏覽互聯網、撥打越洋電話或者向其他洲的朋友發(fā)送短信時都會用到海底光纜通信系統(tǒng)。但是，世界上多數人每天使用這個系統(tǒng)時卻不知道它的存在，當你使用智能手機拍照，然后發(fā)送給朋友時，你是否會想到（或關心）接收者在地球的哪個方位？雖然這個人可能在地球的另一端，但是你的照片能瞬間送達，這就像魔術！
　　大家使用海底光纜的最簡單例子就是在網上搜索信息，搜索結果來自于供應商本地數據中心的數據。但是，這些分布在全球各地的數據中心每天都會通過海底光纜在洲際之間傳輸。
　　我們常說全球99%的通信容量由海底光纜支撐。人們可能會說99%這個百分比，是因為他們不知道確切的數字。但據我估計，海底光纜所支撐的典型互聯網流量百分比更可能是99��999%！顯然，海底光纜才是真正實現網絡“全球化”的關鍵。
　　自海底電話電纜首次在1950年推出以來，海纜通信產業(yè)經歷了巨大的技術變革，這些變革促進了海底通信容量的迅猛增長。首先是20世紀80年代模擬同軸電纜向數字單模光纖系統(tǒng)的轉變。盡管這樣的變革是巨大的技術挑戰(zhàn)，最初容量的增加也比較有限，但在當時人們普遍認為光纖通信系統(tǒng)有著巨大的容量潛力。然而，電光再生器的使用成為實現光纖系統(tǒng)所有潛力的一個“瓶頸”。20世紀90年代推出了基于光放大器的中繼器，它是革命性的技術。在過去20年中，光纖系統(tǒng)的容量實現了3個數量級的增長，這種系統(tǒng)單信道的傳輸速率為再生系統(tǒng)的10倍。然后是波分復用技術在寬帶光纖放大中繼器中的應用，以及今天的相干收發(fā)技術。TAT��12/13是第一個基于光放大器的跨大西洋系統(tǒng)，它于1996年投入使用，每光纖對的單信道傳輸速率為5Gbit/s。而當今最先進的光纖系統(tǒng)可以支持每光纖對大于10000Gbit/s 的傳輸速率（大于100個信道，每信道速率100Gbit/s）。
　　這些大容量海底光纜系統(tǒng)位于地球的最遙遠地方——全球各大洋的海底。這樣遙遠的環(huán)境要求光纜系統(tǒng)具備一定程度的特有的可靠性，這種高可靠性的實現是通過采用各種技術手段來提升其質量和生產工藝，過去數年的技術變革促進了光纜系統(tǒng)容量的持續(xù)增長。
　　本書全面綜述了基于海底光纜的國際通信網絡技術，首先介紹了光纖通信的基礎知識，然后介紹了關于海底光纜的所有重要課題。在光纖產業(yè)中，海底光纜通信系統(tǒng)的一些特征，例如終端站之間的長距離傳輸，以及在嚴苛海底環(huán)境中水下設備的布放等，都是非常重要的，而且是獨一無二的。海底光纜通信系統(tǒng)的這些特征必須要求特殊的設計，包括高性能終端站設備，特殊供電性能，當然也包括用于部署和維護海底設備的各種海洋裝備。
　　Neal S.Bergano泰科電子海底通信部研發(fā)副總和首席技術官