在數字浪潮席卷全球的當下，短視頻的沉浸式體驗、跨國即時通訊的暢所欲言以及全天候全球資訊的實時推送，早已成為我們生活的日常。

當指尖劃過屏幕時，你是否有想過這些穿越重洋、橫跨大陸的海量數據，究竟如何突破深海阻隔，精準抵達每一個智能終端（例如手機、平板）？

讓我們一同潛入信息時代的“深海秘境”，解碼海底光纜——這條維系全球數字生態的關鍵“大動脈”。

1

海底光纜是什么

顧名思義，海底光纜就是鋪設在海底的光纜，用于實現國家或地區之間信息數據傳輸的線纜。

根據美國TeleGeography公司發布的調查數據，截至2024年初，全球已投產和規劃中的海底光纜總數超過574條，總長度超過140萬公里，足以繞地球赤道30多圈。

這些海底光纜每日承載著超過1500萬筆交易的數據，傳輸著超過10萬億美元的金融交易數據。

如果沒有這些鋪設在全球海底的數百條光纜作為數據高速公路，我們習以為常的5G網絡、云計算、視頻流、金融交易以及科研、外交等都不可能實現。

那是否是僅僅將光纜丟到海底，就可以實現這么強大的數據傳輸能力嗎？

答案當然是否定的，接下來文檔君將詳細介紹一下海底光纜系統怎么組成。

2

海底光纜系統由什么組成

海底光纜系統就像一個復雜的大家庭，它主要由水下設備和岸上設備兩大部分組成。

水下設備

水下設備是海底光纜系統的信息通道，主要由海底光纜和中繼器/光放大器組成。

• 海底光纜：海底光纜實際上是穿了多層“保護衣”的光纖束。

  單條光纜內部通常集成64~128根頭發絲般纖細的光纖。

  借助密集波分復用（DWDM）技術，每根光纖可同時承載100~200路不同波長的光信號，如同并行運行的超高速數據車道。

  單根光纖的傳輸速率可達100Gbps甚至400Gbps，整條光纜系統每秒傳輸的數據量相當于同時下載5萬部1080P高清電影，或是實時傳輸10萬路高清視頻通話，支撐著全球95%以上的國際數據交互。

• 中繼器/光放大器：由于光信號在光纖中傳輸時會出現衰耗，隨著傳輸距離的增加，信號強度會逐漸減弱。

  根據光纖傳輸理論，1550nm波長的光信號每傳輸1公里大約會產生0.2dB的衰減。

  當傳輸距離超過100公里時，信號質量將嚴重下降，無法滿足通信需求。

  為了實現長距離的穩定通信，在海底光纜系統中，每隔50km~80km就需要設置中繼器/光放大器，對光信號進行放大和再生。

  中繼器/光放大器的工作原理基于光-電-光轉換機制，首先將接收到的微弱光信號轉換為電信號，放大增強信號強度，再重新轉換為光信號繼續傳輸。

  而中繼器/光放大器要正常工作，就離不開穩定的電源供應，這一重任便由遠供電源導體來承擔。

  遠供電源導體連接著岸上設備中的遠供電源設備，通過它將電能傳輸到海底中繼器/光放大器，為其提供持續穩定的電力支持。

  在實際應用中，供電通常采用±20kV至±40kV的高電壓、低電流直流供電方式。

  這種供電模式通過歐姆定律（P=UI）可知，在傳輸功率一定的情況下，提高電壓可降低電流，從而將傳輸線路上的功率損耗（P=I2R）控制在較低水平。

  以一條1000km長的海底光纜為例，采用高電壓供電相比常規電壓可減少約70%的電能損耗，確保中繼器/光放大器能夠獲得足夠的電力，維持正常運轉。

岸上設備

岸上設備是連接世界的 “橋頭堡”，主要由光纜終端設備、遠供電源設備、線路監測設備、網絡管理系統和海洋接地裝置組成。

• 光纜終端設備：光纜終端設備位于陸地，它是海底光纜與陸地通信網絡的 “連接點”。

  在這里，信號會進行一系列的處理、發送和接收工作。

  它就像是一個“翻譯官”，將海底光纜中傳來的光信號轉換為適合陸地網絡傳輸的電信號，同時也能將陸地網絡要發送出去的電信號轉換為光信號，通過海底光纜傳向遠方。

• 遠供電源設備：前面提到中繼器/光放大器需要用電來工作，而遠供電源設備就是為海底中繼器/光放大器提供電力的 “大后方”。

  它通過海底光纜上的遠供電源導體，以高電壓、低電流的直流供電方式，向海底中繼器/光放大器饋電。

  一般供電電流在 1A左右，可供電電壓卻能高達kV級別。

  為了保證供電的穩定性，遠供電源設備通常配備了成排的電池，甚至還有碩大無比的柴油發電機作為備用電源，以應對突發情況。

• 線路監測設備：線路監測設備時刻 “盯著” 海底光纜的運行狀況，就像一個不知疲倦的 “衛士”。

  它可以實時監測光纜的各項參數，一旦發現信號異常、光纜出現故障等情況，能夠迅速發出告警，并通過各種技術手段對故障進行定位，為后續的維修工作提供準確的信息。

• 網絡管理系統：網絡管理系統則像是整個海底光纜系統的 “指揮官”，它負責對整個系統進行全面的管理和調度。

  通過它，工作人員可以對光纜的運行狀態、數據流量、設備性能等進行實時監控和管理，確保整個系統高效、穩定地運行。

• 海洋接地裝置：海洋接地裝置的作用是為海底光纜系統提供一個安全的接地環境，保護設備免受雷擊、電氣干擾等危害，保障整個系統的安全運行。

3

典型的海底光纜系統有哪些

在全球的海洋中，縱橫交錯著眾多海底光纜系統，它們就像一條條無形的紐帶，將世界緊密相連。下面，我們來了解一些連接亞洲的典型海底光纜系統吧。

亞非歐 1 號海纜系統（AAE-1）

AAE-1（Asia Africa Europe-1 Cable System）是一條由中國聯通發起并主導建設，從東南亞到歐洲的超級海底光纜系統，總長度達到了 25000公里。

它就像一條長長的巨龍，連接著中國、埃及、意大利和法國等眾多國家和地區，確保了中國與非洲、歐洲國家的信息高效傳輸。

亞太二號海纜系統（APCN-2）

APCN-2（Asia Pacific Cable Network 2） 是一個長達19000公里的海底光纜系統，它以環形配置連接著日本、韓國、中國大陸、臺灣、香港、菲律賓、馬來西亞和新加坡等 10 個亞洲地區的海底電纜登陸站。

它就像一個緊密相連的 “亞洲環”，將亞洲各國各地區緊密地聯系在一起，保障了亞洲地區之間通信的暢通無阻。

EAC-C2C海纜系統

EAC-C2C 光纜系統是由 EAC（East Asia Crossing，東亞跨洋系統） 網絡和 C2C （City to City，城市間系統）網絡合并而成，是亞洲最大的私營海底光纜網絡。

它的總容量在17.92Tbps 到 30.72Tbps 之間，總長度達 36800公里，環太平洋設計，連接11個國家和地區，覆蓋了日本、韓國、中國大陸、臺灣、香港、菲律賓和新加坡等多個地區。

無論是在容量還是覆蓋范圍上，都展現出了強大的實力，為亞洲地區的通信提供了堅實的保障。

4

海底光纜系統會面臨什么威脅

盡管海底光纜對于全球通信至關重要，并且在設計和建設上采取了各種保護措施，但它依然面臨著諸多威脅，這些威脅就像潛伏在暗處的 “敵人”，隨時可能對海底光纜造成損害，影響全球通信的正常運行。

自然威脅

• 地震是海底光纜的一大 “天敵”。

  海底地震會引發海底地形的劇烈變化，可能導致海底光纜被拉扯、扭曲甚至斷裂。

  例如，2011 年日本遭受的 “3?11” 大地震也導致部分亞洲用戶幾乎失去了全部互聯網服務，充分顯示了地震對海底光纜的巨大破壞力。

• 魚類啃咬：在海洋深處，一些大型魚類，如鯊魚等，可能會因為好奇或者其他原因，對海底光纜進行啃咬。

  雖然現在的海底光纜在設計上已經采用了各種防護措施，如使用凱夫拉纖維來加強保護，但在一些特殊情況下，大型魚類的啃咬仍有可能對光纜造成一定程度的損壞，影響信號傳輸。

人為威脅

• 船舶作業：全球每年都會發生 200 多起光纜破壞事故，其中大約 60% 都是船舶操作失誤導致的。

  漁船的拖網、商船的錨等都可能在不經意間掛住海底光纜，對其造成損壞。

  例如，當漁船在進行拖網作業時，拖網可能會在海底拖動，不小心勾住光纜，隨著漁船的移動，光纜就會被拉扯，嚴重時會導致光纜斷裂。

  商船在拋錨時，如果錨的位置正好在海底光纜上方，也可能對光纜造成破壞。

• 蓄意破壞：一些地方武裝分子、海盜、黑客可能出于各種原因，對海底光纜進行蓄意破壞。

  2007 年，連接中國、東南亞地區和美國的亞洲 - 美國網關光纜（AAG）曾遭受某國漁船的盜割，這些漁船的目的僅僅是想獲取光纜中所含的有限金屬材料。

  這類蓄意破壞活動一旦成功實施，通信網絡運行維護組織很難通過重新規劃路徑的方式快速恢復通信能力，給相關地區的通信帶來極大的影響。

海底光纜作為全球通信的 “隱形動脈”，在當今信息時代發揮著不可替代的重要作用。

雖然它面臨著諸多挑戰，但隨著技術的不斷進步和全球合作的加強，我們有理由相信，未來的海底光纜將更加可靠、高效，為全球通信的發展提供更強大的支撐。

親愛的讀者們，關于海底光纜，你們還有哪些想了解的問題呢？或者對海底光纜的未來發展有什么獨特的見解？歡迎在評論區留言分享哦！讓我們一起探討這個神秘而又重要的領域。

來源：中興文檔

編輯：千里雁啼

轉載內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉載請聯系原公眾號