Вот это – действительно фантастика!
Давид Шарле
За вторую половину XX века ни одно из направлений проводной электросвязи не развивалось так стремительно и эффективно, как телефония по подводным – морским и океанским – кабельным линиям. В 1956 году произошло событие, расцененное как одно из технических чудес текущего столетия: 25 сентября состоялось официальное открытие первой трансатлантической телефонной кабельной линии ТАТ-1, соединившей Старый Свет с Новым. В наше бурное время ежегодно происходит столько эпохальных свершений, что то скромное по сегодняшним меркам событие 56-го года стало как бы достоянием древней истории. С тех пор сменилось два поколения, и даже сегодняшние 40- и 50-летние, не говоря уже о более молодых людях, вообще ничего о линии ТАТ-1 не знают. Поэтому бросим ретроспективный взгляд на почти полувековую историю подводной телефонии.
До 1928 г. телефонной связи между Европой и Америкой вообще не существовало, была только телеграфная – по радио и подводным телеграфным кабелям. С 1928 г. на коротких волнах осуществлялась радиотелефонная связь. Ее недостатки – нестабильность (вследствие атмосферных помех) и, главное, малое число телефонных каналов. Например, 14 каналов работало между Великобританией и США, а между Великобританией и Канадой – только два.
Проблему трансморской и трансокеанской телефонии позволило решить создание в 40-е годы подводных ламповых усилителей, допускающих их многолетнюю эксплуатацию на глубине в несколько тысяч метров.
В 1943 г. первый – экспериментальный – подводный усилитель был встроен в 82-километровый кабель, проложенный во внутреннем Ирландском море. Следующий – действующий – вступил в строй в 1946 г. в Северном море (между Англией и ФРГ) на линии длиной 366 км и успешно проработал 18 лет. В первой половине 50-х годов был проложен ряд морских кабельных телефонных линий длиной до 570 км с числом подводных усилителей до семи. Тогда же началось проектирование трансатлантической магистрали и изготовление для нее кабеля. В течение двух навигаций 1955 и 1956 гг. были проложены две нитки глубоководного участка в 3600 км – между Шотландией и островом Ньюфаундленд. Далее – через остров и по мелководью – линия доходила до Нью-Йорка.
В каждый из двух глубоководных коаксиальных кабелей было вмонтировано по 51 ламповому усилителю одностороннего действия (глубина прокладки до 4200 м). Их питание осуществлялось постоянным током (напряжением ±2300 В) с оконечных береговых станций. Поэтому передача по кабелям шла во взаимно противоположных направлениях. По линии можно было организовать 36 телефонных каналов – вдвое больше того, что предоставляла радиотелефония. 29 каналов работало между Лондоном и Нью-Йорком и шесть – между Лондоном и Монреалем (36-й служил для многоканальной телеграфии). При ширине одного канала в 4 кГц использовался спектр частот 20–164 кГц. Вскоре, с целью повышения пропускной способности линии, частотную полосу одного канала сузили до 3 кГц, благодаря чему число каналов увеличилось до 48 (имеет смысл запомнить технические показатели ТАТ-1 хотя бы до конца чтения настоящей статьи).
Лиха беда – начало. Во второй половине 50-х годов были проложены еще четыре подобные трансокеанские магистрали, в том числе вторая трансатлантическая (ТАТ-2) между Францией и Ньюфаундлендом, а также тихоокеанская: Сан-Франциско – Гонолулу (Гавайские острова).
60-е годы ознаменовались подлинной революцией в технике подводных кабелей. На смену традиционному бронированному глубоководному кабелю пришел безбронный, всю тяжесть которого при погружении с кормы кабелеукладочного судна на дно океана выдерживал несущий трос, скрученный из стальных оцинкованных проволок и расположенный внутри трубчатого внутреннего проводника коаксиального кабеля. Благодаря этому стало возможным прокладывать крупногабаритные (в жестких прямоугольных корпусах) усилители двухстороннего действия и перейти с двухкабельных линий на более экономичные однокабельные. Первая такая линия (под названием "Кантат") соединила в 1961 г. Великобританию с Канадой – также через Ньюфаундленд.
В 60-е и 70-е годы усилилась борьба за дальность связи по подводным телефонным линиям и за повышение их эффективности. В полтора–два раза (с 32 до 44,5 мм) был увеличен диаметр глубоководного кабеля. Напряжение дистанционного питания повысилось до 7 кВ. В линию стало возможным встраивать до 185 усилителей, число каналов возросло до 138. В первой половине 60-х годов были проложены (напрямую, т. е. минуя Ньюфаундленд) две трансатлантические линии: Великобритания – США (ТАТ-3) и Франция – США (ТАТ-4) длиной 6500-6600 км, а также тихоокеанские линии "Транспак" – между США и Японией – через Гавайские острова, атоллы Мидуэй, Уэйк и остров Гуам. Линия "Компак" связала Канаду с Австралией через Гавайи, Фиджи и Новую Зеландию.
Следующим шагом был переход во второй половине 60-х с ламповых усилителей на полупроводниковые (транзисторные), потребляющие в 5-10 раз меньшую мощность, благодаря чему число их в линии можно было увеличивать до 400, что обеспечивало дальность связи до 7400 км. В 1970 году 6400-километровая линия ТАТ-5 соединила США с Испанией. В ней насчитывалось 363 транзисторных усилителя, а число каналов было доведено до 845.
В 1974 году по линии Кантат-2 обеспечивалось 1840 каналов, а в 1976 и в 1983 гг. по линиям ТАТ-6 (Франция – США) и ТАТ-7 (Великобритания – США) – 4200 каналов (в то время в линии можно было встраивать до 800 усилителей через каждые 9,5 км).
Когда в 1978 году после 22 лет безотказной работы линия ТАТ-1 просто была снята с эксплуатации, ее доля в общей пропускной способности всех трансатлантических магистралей составляла менее 1%. Поэтому неудивительно, что это событие, в отличие от ввода ТАТ-1 в эксплуатацию, прошло совершенно незамеченным.
80-е годы можно назвать временем "великого перелома" во всей проводной электросвязи. Началась эпоха оптических кабелей. Первые коммерческие морские волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) длиной 120 и 420 км были проложены в 1985 году. А уже в 1988-м были введены в эксплуатацию две трансокеанские ВОЛС: через Атлантику (ТАТ-8) и через Тихий Океан (Transpacific, ТРС-3) – между США и Японией.
Если по последнему подводному электрическому кабелю ТАТ-7 работало 4200 каналов, то по ВОЛС ТАТ-8 – уже 40 тысяч. Скачок почти в 10 раз!
А все потому, что, во-первых, если в электрическом подводном коаксиальном кабеле внутренние и внешние проводники образуют только одну цепь, то в оптическом кабеле каждая цепь образована парой оптических волокон (ОВ) (так что в кабеле может быть несколько таких цепей). А во-вторых, на всех ВОЛС, в том числе и подводных, применяются уже не аналоговые, а цифровые системы передачи (ЦСП), в которых на один канал отводится не 3 или 4, а 64 кГц, что соответствует скорости передачи 64 кбит/с по европейскому стандарту и 56 кбит/с по североамериканскому. В кабеле ТАТ-8 – три пары ОВ, две рабочие и одна запасная. Передача идет со скоростью 278 Мбит/с. Таким образом, по каждой паре обеспечивается организация 4032 каналов. Методом статистического уплотнения число каналов увеличивается пятикратно, т. е. до 20 тыс. по каждой паре. Расстояние между регенераторами – 50 км (в кабеле ТАТ-7 – всего 9,5 км).
По следующим кабелям ТАТ-9 (1990 г.) и ТАТ-10 (1992 г.) передача шла уже со скоростью 565 Мбит/с. Следовательно, суммарное число каналов (также по двум рабочим парам) достигло 80 тысяч, а длина регенерационного участка составила уже 100 км.
Начиная с ТАТ-8, все морские и океанские линии – волоконно-оптические. В 1995 и 1996 годах на линиях ТАТ-12 и ТАТ-13 был преодолен скоростной барьер в 5 Гбит/с (60 тыс. каналов по одной паре) и впервые применены оптические усилители.
В 1999 г. на базе преимущественно подводных и частично наземных ВОЛС планируется начать осуществление грандиозного проекта – создание глобальной сети связи. Согласно проекту "Оксиджен" (OXYGEN), общая протяженность линий составит 275 тыс. километров. 264 оконечные станции будут расположены в 174 странах.
ЦСП со скоростью передачи 10 Гбит/с должны будут обеспечивать организацию 120 тыс. телефонных каналов по каждой паре ОВ.
Спектральное 16-канальное уплотнение, то есть передача на одной волне одновременно 16 световых сигналов позволит как бы увеличить скорость передачи до 160 Гбит/с и, следовательно, довести число каналов до 1920 тыс. по каждой паре ОВ.
В подводных кабелях разместятся четыре пары ОВ, значит, суммарная скорость передачи, отнесенная ко всему кабелю, составит 640 Гбит/с, а число телефонных каналов – номинально 7680 тыс. (почти восемь миллионов!).
Так менее чем за полстолетия пропускная способность подводных линий "Оксиджен" по сравнению с ТАТ-1 (не забыта цифра 36?) возрастет более чем в двести тысяч раз!
При начале строительства глобальной сети FLAG – Fiber Optic Link Around the Globe (волоконно-оптической линии вокруг земного шара) предполагается трансатлантический и транстихоокеанский участки ввести в строй в 2000 году. Завершить проект намечено в 2003 году.
Статья опубликована в газете "Алло!" №1 (18), 1999 г., стр. 11.
Перепечатывается с разрешения редакции.
