原 書 前 言原 書 前 言海底光纜：一個(gè)戰(zhàn)略領(lǐng)域25年來(lái)，光纜系統(tǒng)以驚人的速度遍布陸地和海底。現(xiàn)在，鋪設(shè)在海床上的海底光纜大約有100萬(wàn)km。這些光纜支撐著我們整個(gè)通信骨干網(wǎng)的99%。很多衛(wèi)星通信站已被拆除，成為了歷史。
　　沒(méi)有哪一種技術(shù)能像海底光纜這樣，雖然不為人所知，卻對(duì)我們的社會(huì)產(chǎn)生如此廣泛的影響。發(fā)達(dá)國(guó)家早在一個(gè)世紀(jì)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(xì)地介紹了海底光纜通信系統(tǒng)，涵蓋了所有的技術(shù)方面，提供了海底光纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)則、所需技術(shù)以及專業(yè)海底設(shè)備的理論和實(shí)踐背景。此外，本書還描述了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，包括設(shè)備設(shè)計(jì)、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(yùn)行方面的信息。
　　本書自2002年首次出版以來(lái)，在學(xué)術(shù)界一直被當(dāng)作重要的參考文獻(xiàn)。自第一代光子學(xué)參考合集［1］和一些優(yōu)秀的歷史收藏本［2］發(fā)布以來(lái)，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(dāng)時(shí)正值互聯(lián)網(wǎng)泡沫時(shí)期。包括海底光纜在內(nèi)的電信業(yè)發(fā)展基本陷于停滯，直到2007年方有所好轉(zhuǎn)。在此期間，本書的第1版在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域仍代表著最高水平。2007年電信業(yè)開始復(fù)蘇，截至2015年，電信技術(shù)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(dá)到信息譜密度香農(nóng)極限的問(wèn)題，海底光纜也毫無(wú)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(shí)機(jī)。
　　這個(gè)新版本保留了對(duì)適用性廣的光學(xué)技術(shù)、設(shè)備、操作和海上敷設(shè)工程的說(shuō)明，旨在為此領(lǐng)域工作者提供重要參考。本書不僅全面覆蓋并更新了相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，亦填補(bǔ)了一些空白。
　　新增內(nèi)容具有以下特色：
　　1）針對(duì)通信的超長(zhǎng)距離海底傳輸技術(shù)。
　　2）海底光纜的其他應(yīng)用，如科研、石油和天然氣。
　　解決了針對(duì)復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)和寬帶服務(wù)的高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)展問(wèn)題，即1） 100Gbit/s信道或以上的相干光技術(shù)。
　　2）濕端設(shè)備光纖網(wǎng)絡(luò)和可重配性。
　　完整概述了該領(lǐng)域的知識(shí)演變，闡述了大型海底項(xiàng)目的戰(zhàn)略重要性，包括1）海底網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)運(yùn)營(yíng)周期和組織運(yùn)營(yíng)周期。
　　2）通過(guò)相干技術(shù)放大的海底光纜的升級(jí)。
　　本書目標(biāo)和大綱自2002年本書第1版出版以來(lái)，技術(shù)領(lǐng)域的演變發(fā)展十分迅速。第2版的目標(biāo)是更新內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和操作上的完整性，并繼續(xù)作為海底光纜領(lǐng)域的主要參考文獻(xiàn)。本書內(nèi)容安排如下：
　　第Ⅰ部分簡(jiǎn)要介紹海底網(wǎng)絡(luò)。
　　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(xiàn)代海底光纜網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景，針對(duì)所有長(zhǎng)距到無(wú)中繼應(yīng)用再到非通信應(yīng)用。
　　第3章：Philippe Gallion編寫的“非相干和相干數(shù)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(diào)制到接收，完整描述了從電噪聲源到光噪聲源的信號(hào)質(zhì)量，并詳細(xì)介紹了帶光放大器的系統(tǒng)。本修訂版增加了對(duì)相干傳輸基礎(chǔ)知識(shí)的介紹。
　　第4章：Dominique Bayart編寫的“光放大”一章，運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)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(shù)的最新知識(shí)，以幫助讀者正確理解通過(guò)級(jí)聯(lián)放大器產(chǎn)生的信號(hào)和噪聲。
　　第5章：Gabriel Charlet和Pascal Pecci編寫的“超長(zhǎng)距離海底傳輸”一章，從理論和實(shí)踐上介紹了WDM（密集波分復(fù)用）光放大鏈路的設(shè)計(jì)。這是基礎(chǔ)章節(jié)，涵蓋了超長(zhǎng)距放大系統(tǒng)的WDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有理論和實(shí)踐知識(shí)。本章較第1版做出了明顯修改，涵蓋了所有關(guān)于海底傳輸?shù)默F(xiàn)代知識(shí)。
　　第6章：Eduardo F�盡ateo編寫的“超長(zhǎng)距離海底網(wǎng)絡(luò)中傳輸損傷的補(bǔ)償技術(shù)”，這一章是新增內(nèi)容，旨在介紹各種光技術(shù)和處理技術(shù)，以及針對(duì)線性和非線性效應(yīng)帶來(lái)的系統(tǒng)劣化影響，改善傳輸質(zhì)量的技術(shù)。
　　第7章：Herve Fevrier、Bertrand Clesca、Philippe Perrier、Do�睮l Chang和Wayne Pelouch編寫的“無(wú)中繼傳輸”一章，介紹了無(wú)中繼傳輸系統(tǒng)這一領(lǐng)域中全面而最新的知識(shí)。
　　第8章：Stephen Lentz編寫的“海底光纜的新應(yīng)用”一章是新增章節(jié)，全面介紹了近年來(lái)發(fā)展的科研、石油和天然氣領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　第Ⅲ部分介紹了海底設(shè)備及海底網(wǎng)絡(luò)所涉及的所有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)情況。
　　第9章�…≡瓡�由于在翻譯過(guò)程中分為了上、下兩冊(cè)，第9章~第17章見《海底光纜通信系統(tǒng)(原書第2版)下冊(cè)：設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)》�！�—譯者注：Olivier Courtois和Caroline Bardelay�睪uyot編寫的“海底網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和管理”一章，描述了包括網(wǎng)絡(luò)管理在內(nèi)的海底網(wǎng)絡(luò)。相較于第1版而言，本章有相當(dāng)大的更新，納入了直接IP連接、ROADM介紹及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(duì)于海底網(wǎng)絡(luò)而言具有特別的戰(zhàn)略性和針對(duì)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(xiàn)代光纖方向的研究進(jìn)展。
　　第12章：Neal Bergano, Bruce Nyman, Maurice Kordahi, Barbara Dean, HaifengLi和Lara Garrett編寫的“海底設(shè)備”一章，全面地介紹了海底硬件的關(guān)鍵部分—濕式設(shè)備。此外還針對(duì)海底網(wǎng)絡(luò)的可靠性方面進(jìn)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(shù)”一章，涵蓋了海底光纜設(shè)備技術(shù)方面的問(wèn)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(shè)備。第2版適當(dāng)涉及現(xiàn)代的相干技術(shù)和信號(hào)處理，全部進(jìn)行了重新修訂。
　　第Ⅳ部分完整地描述了操作方面的技術(shù)，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(yàn)收，詳細(xì)介紹了海底項(xiàng)目的整個(gè)周期。
　　第16章：Robert Hadaway編寫的“海纜升級(jí)”一章，也是新增章節(jié)，為適應(yīng)新技術(shù)時(shí)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(hù)”一章，對(duì)海洋敷設(shè)和維護(hù)技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)。
　　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|(zhì)量書籍所投入的時(shí)間，以及他們的原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。這一高級(jí)別專家小組為本合集所貢獻(xiàn)的獨(dú)特內(nèi)容，彌補(bǔ)了之前任何出版物中均沒(méi)有涉及的空白。沒(méi)有他們的參與，便沒(méi)有我們現(xiàn)在的成就。
　　三段序言均由行業(yè)內(nèi)關(guān)鍵人員撰寫：Yves Ruggeri代表重要電信運(yùn)營(yíng)商和Suboptic組織；ValeyKamalov代表Webco運(yùn)營(yíng)商；Neal Bergano是歷史海纜供應(yīng)商的主要代表。在此，對(duì)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(xiàn)出畢生精力，促進(jìn)海底光纜技術(shù)的發(fā)展，他是一位十分有影響力的專家，同時(shí)也是本書第1版的發(fā)起人。我們相信，看到該領(lǐng)域在過(guò)去十年間取得如此巨大的進(jìn)步，他會(huì)非常欣慰。
　　主編José Chesnoy
　　原 書 序 一這個(gè)信息時(shí)代的發(fā)展幾乎完全是由海底光纜來(lái)推動(dòng)的。我們必須知道，99%的國(guó)際數(shù)據(jù)都是通過(guò)大量數(shù)百萬(wàn)美元造價(jià)的海底光纜傳輸?shù)摹?005年全球互聯(lián)網(wǎng)連接用戶首次達(dá)到了10億；2010年互聯(lián)網(wǎng)連接用戶達(dá)到了20億；2014年實(shí)現(xiàn)了第三個(gè)10億用戶的互聯(lián)網(wǎng)連接。在虛擬的世界里，一個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)和保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)與發(fā)展勢(shì)頭的能力取決于其基礎(chǔ)設(shè)施、通信的便捷性以及信息流的效率。信息的獲取與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)性已經(jīng)成為普遍共識(shí)。
　　海底光纜產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，但是也存在著大量的合作，因?yàn)楹芏囗?xiàng)目的范圍和規(guī)模都要求業(yè)內(nèi)的多個(gè)參與者共同實(shí)施。全球多個(gè)地區(qū)通信業(yè)的去管制化促進(jìn)了私營(yíng)海纜公司的發(fā)展。鑒于在世界范圍內(nèi)敷設(shè)海底光纜的經(jīng)濟(jì)、財(cái)政和地緣政治因素的挑戰(zhàn)，海纜系統(tǒng)聯(lián)盟組織就成了一種有效的投資和管理模式。業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)識(shí)到有必要建立一個(gè)組織，以協(xié)調(diào)、鼓勵(lì)和促進(jìn)多個(gè)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(guān)鍵作用。
　　供應(yīng)商仍然是技術(shù)革新和進(jìn)步的主要推動(dòng)力。同時(shí)，通信業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)、多樣化和互通性需求的提高，促進(jìn)了現(xiàn)有海纜的不斷升級(jí)和新海纜線路的建設(shè)，這不僅要在海纜發(fā)達(dá)地區(qū)還要在欠發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行。當(dāng)今世界的變化速度超過(guò)以往，而互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用業(yè)務(wù)（OTT）的出現(xiàn)加速了這個(gè)變化，同時(shí)它們深刻改變了網(wǎng)絡(luò)的流量特性和格局。
　　部署在全球范圍內(nèi)海床上的海底光纜對(duì)于我們的日常生活以及國(guó)家級(jí)別的數(shù)據(jù)安全來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，但它也是脆弱的，因?yàn)楹５坠饫|不易修復(fù)，而且基本上不被公眾所認(rèn)知。
　　本書詳細(xì)地介紹了海底光纜領(lǐng)域的各方面知識(shí)，記錄了海底光纜產(chǎn)業(yè)的詳盡事實(shí)和信息，可以說(shuō)是對(duì)今天高度互聯(lián)世界的“無(wú)名英雄”即海底光纜的致敬。
　　Yves RuggeriOrange 公司海底網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略部副總裁SubOptic 執(zhí)行委員會(huì)主席原 書 序 二原 書 序 二信息革命帶來(lái)了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，而光通信網(wǎng)絡(luò)在大容量數(shù)據(jù)傳輸中起著關(guān)鍵作用。在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)，世界范圍的通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了迅猛增長(zhǎng)，而不遠(yuǎn)的將來(lái)這個(gè)增長(zhǎng)勢(shì)頭仍然強(qiáng)勁。由于用戶數(shù)量的增長(zhǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，非洲和亞洲一些尚未聯(lián)網(wǎng)的地區(qū)將接入互聯(lián)網(wǎng)。集成電路性能的提升加速了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，晶體管的尺寸幾乎每?jī)赡隃p小一半。新的基于互聯(lián)網(wǎng)的全球經(jīng)濟(jì)需要一個(gè)大容量和高可靠性的全球網(wǎng)絡(luò)，而這網(wǎng)絡(luò)目前受到了海底通信光纜的限制。
　　信息傳輸領(lǐng)域內(nèi)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(wèn)世以來(lái)，光纖通信行業(yè)進(jìn)入了“相干傳輸”時(shí)代。我們現(xiàn)在的傳輸容量比5年前超出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。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?cè)诳绱笪餮蟮膯胃�光纖上就實(shí)現(xiàn)了10000000000000bit/s的數(shù)據(jù)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(huì)對(duì)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(gè)單詞。湯姆森爵士和賽勒斯·菲爾德（美國(guó)商人，電信業(yè)先驅(qū)）會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，他們?cè)诘谝桓�跨大西洋線路中所開發(fā)的很多工具沿用至今。初看起來(lái)現(xiàn)代通信海纜與1858年的海纜相似，后者基于銅導(dǎo)體，并帶有古塔膠（反式膠）絕緣體。在現(xiàn)代海纜中，古塔膠已經(jīng)被聚乙烯取代，我們?nèi)匀徊捎勉~作為海底中繼器的供電導(dǎo)體，并在20世紀(jì)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(lái)的全球海底通信。我們可以找到比1858年以來(lái)一直使用的銅導(dǎo)體更好且更廉價(jià)的導(dǎo)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(wèn)題需要解決：海底光纜的成本對(duì)于很多發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)仍然是難以承受的，海纜的修復(fù)可能耗費(fèi)數(shù)周時(shí)間。我們今天敷設(shè)海纜的速度和1858年英國(guó)皇家海軍艦艇“阿伽門農(nóng)號(hào)”的敷設(shè)速度差不多。Suboptic組織是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗�關(guān)注環(huán)境的影響、海纜安全和數(shù)據(jù)的安全，并維持足夠數(shù)量的布纜船以應(yīng)對(duì)海洋作業(yè)的挑戰(zhàn)。本書詳細(xì)介紹了海底光纜項(xiàng)目各個(gè)方面的問(wèn)題。
　　在嚴(yán)苛環(huán)境條件下，海底光纜的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)基于了幾代工程師們的經(jīng)驗(yàn)積累，本書正是該領(lǐng)域全球頂尖專家共同的智慧結(jié)晶。
　　海底光纜通信系統(tǒng)項(xiàng)目的巨大投資以及系統(tǒng)的復(fù)雜性要求海纜系統(tǒng)要具有較長(zhǎng)的壽命周期，而現(xiàn)代的海纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命通常為25年。成功的安裝、運(yùn)行和修復(fù)取決于海纜系統(tǒng)的架構(gòu)和部件的可靠性。工程技術(shù)上的驚人成就凝聚了信息科學(xué)、非線性光學(xué)、電子工程、材料科學(xué)、工程實(shí)踐、項(xiàng)目管理、海洋專業(yè)和高可靠性標(biāo)準(zhǔn)等方面的知識(shí)。海底光纜通信系統(tǒng)將繼續(xù)服務(wù)于社會(huì)，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(guò)海底光纜網(wǎng)絡(luò)連接成一體。我們每次瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、撥打越洋電話或者向其他洲的朋友發(fā)送短信時(shí)都會(huì)用到海底光纜通信系統(tǒng)。但是，世界上多數(shù)人每天使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)卻不知道它的存在，當(dāng)你使用智能手機(jī)拍照，然后發(fā)送給朋友時(shí)，你是否會(huì)想到（或關(guān)心）接收者在地球的哪個(gè)方位？雖然這個(gè)人可能在地球的另一端，但是你的照片能瞬間送達(dá)，這就像魔術(shù)！
　　大家使用海底光纜的最簡(jiǎn)單例子就是在網(wǎng)上搜索信息，搜索結(jié)果來(lái)自于供應(yīng)商本地?cái)?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。但是，這些分布在全球各地的數(shù)據(jù)中心每天都會(huì)通過(guò)海底光纜在洲際之間傳輸。
　　我們常說(shuō)全球99%的通信容量由海底光纜支撐。人們可能會(huì)說(shuō)99%這個(gè)百分比，是因?yàn)樗麄儾恢�道確切的數(shù)字。但據(jù)我估計(jì)，海底光纜所支撐的典型互聯(lián)網(wǎng)流量百分比更可能是99��999%！顯然，海底光纜才是真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)“全球化”的關(guān)鍵。
　　自海底電話電纜首次在1950年推出以來(lái)，海纜通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了巨大的技術(shù)變革，這些變革促進(jìn)了海底通信容量的迅猛增長(zhǎng)。首先是20世紀(jì)80年代模擬同軸電纜向數(shù)字單模光纖系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。盡管這樣的變革是巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，最初容量的增加也比較有限，但在當(dāng)時(shí)人們普遍認(rèn)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(shí)現(xiàn)光纖系統(tǒng)所有潛力的一個(gè)“瓶頸”。20世紀(jì)90年代推出了基于光放大器的中繼器，它是革命性的技術(shù)。在過(guò)去20年中，光纖系統(tǒng)的容量實(shí)現(xiàn)了3個(gè)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng)，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(fù)用技術(shù)在寬帶光纖放大中繼器中的應(yīng)用，以及今天的相干收發(fā)技術(shù)。TAT��12/13是第一個(gè)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(duì)的單信道傳輸速率為5Gbit/s。而當(dāng)今最先進(jìn)的光纖系統(tǒng)可以支持每光纖對(duì)大于10000Gbit/s 的傳輸速率（大于100個(gè)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(yuǎn)地方——全球各大洋的海底。這樣遙遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)是通過(guò)采用各種技術(shù)手段來(lái)提升其質(zhì)量和生產(chǎn)工藝，過(guò)去數(shù)年的技術(shù)變革促進(jìn)了光纜系統(tǒng)容量的持續(xù)增長(zhǎng)。
　　本書全面綜述了基于海底光纜的國(guó)際通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，首先介紹了光纖通信的基礎(chǔ)知識(shí)，然后介紹了關(guān)于海底光纜的所有重要課題。在光纖產(chǎn)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(zhǎng)距離傳輸，以及在嚴(yán)苛海底環(huán)境中水下設(shè)備的布放等，都是非常重要的，而且是獨(dú)一無(wú)二的。海底光纜通信系統(tǒng)的這些特征必須要求特殊的設(shè)計(jì)，包括高性能終端站設(shè)備，特殊供電性能，當(dāng)然也包括用于部署和維護(hù)海底設(shè)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(shù)官