丛书序

前言

第1 章　海底光缆通信系统介绍 1

1. 1　概述 1

1. 2　海底光缆通信系统简介 2

1. 3　海底光缆通信系统的发展历程 5

1. 3. 1　世界海底通信的发展历程 5

1. 3. 2　国内海底光缆通信系统的发展历程 8

1. 3. 3　海底光缆通信系统发展 14

1. 3. 4　推动海底光缆通信发展的主要因素 17

1. 3. 5　海底光缆通信的重要性 18

1. 3. 6　海底光缆通信系统的运维特点及面临的问题 18

1. 3. 7　海底光缆通信系统发展展望 20

1. 4　海底光缆通信系统标准简介 22

1. 4. 1　标准化的必要性、作用 22

1. 4. 2　标准化组织介绍 23

1. 4. 3　ITU-T 的海底光缆通信标准介绍 25

1. 4. 4　国内的主要标准介绍 31

1. 4. 5　小结 36

参考文献 38

第2 章　海底光缆系统分类与组成 39

2. 1　海缆通信系统组成及工作原理 39

2. 1. 1　海缆系统分类及组成 39

2. 1. 2　海底光缆网络拓扑结构 43

2. 1. 3　海底光缆系统传输技术体制 47

2. 1. 4　海底光缆系统保护倒换机制 51

2. 2　海缆通信系统设备 52

2. 2. 1　岸上端站设备 52

2. 2. 2　水下设备 93

Ⅷ

参考文献 105

第3 章　海底光缆通信系统关键技术 106

3. 1　影响海底光缆通信系统性能的主要因素 106

3. 1. 1　光信噪比 106

3. 1. 2　色散 107

3. 1. 3　非线性 108

3. 2　前向纠错技术 108

3. 3　色散补偿与色散管理技术 113

3. 3. 1　单模光纤的色散及对系统的影响 113

3. 3. 2　色散补偿技术 115

3. 3. 3　色散管理技术 121

3. 4　光调制技术 123

3. 4. 1　光调制技术基础 123

3. 4. 2　光调制技术分类 125

3. 4. 3　调制编码方式 126

3. 4. 4　超高速系统其他调制方式 129

3. 5　偏振复用/相干接收技术 131

3. 5. 1　偏振复用/相干接收技术在100Gbit/ s 海底光缆通信系统中的应用 133

3. 5. 2　偏振复用技术 133

3. 5. 3　相干检测技术 134

3. 6　数字信号处理(DSP) 技术 136

3. 6. 1　DSP 在高比特率光纤通信系统中的作用 136

3. 6. 2　DSP 技术的实现 138

3. 6. 3　100Gbit/ s DSP 140

3. 7　超高速传输技术 141

3. 7. 1　100Gbit/ s 系统对OSNR 的要求 141

3. 7. 2　超高速技术实现方式 142

3. 7. 3　基于CO-WDM 技术的超高速传输技术 144

3. 7. 4　基于OFDM 技术的超高速传输技术 146

3. 7. 5　基于奈奎斯特技术的超高速传输技术 148

参考文献 150

第4 章　海底光缆通信系统设计 152

4. 1　系统设计基本原则 152

4. 1. 1　概述 152

4. 1. 2　总体设计要求 153

4. 2　规模容量的确定 154

4. 2. 1　规模容量确定原则 154

4. 2. 2　海底光缆通信系统制式 155

Ⅸ

4. 3　技术方案的确定 156

4. 3. 1　无中继系统技术方案 156

4. 3. 2　有中继系统技术方案 160

4. 4　终端设备的选型 162

4. 4. 1　基本要求 162

4. 4. 2　光传输终端 163

4. 4. 3　光放大器 177

4. 5　海底设备的选型 180

4. 5. 1　海缆接头盒 180

4. 5. 2　海底分支器 182

4. 5. 3　海底光中继器 183

4. 5. 4　海底光均衡器 184

4. 6　海底光缆的选型 184

4. 6. 1　光纤选型 185

4. 6. 2　光缆选型 185

4. 7　海缆监测系统设计 188

4. 8　远供电源系统设计 189

4. 9　网管系统设计 191

4. 10　系统可靠性设计 192

4. 11　系统维护余量设计 194

4. 12　系统工程设计 195

4. 12. 1　海底光缆通信工程内容 195

4. 12. 2　海底光缆通信工程要求 200

4. 12. 3　海底光缆路由桌面预选 201

4. 12. 4　海底光缆路由现场勘察 203

4. 12. 5　海底光缆敷设安装要求 211

4. 12. 6　海底光缆登陆站要求 216

4. 13　维护工具及仪表的配置 217

参考文献 218

第5 章　海底光缆通信系统工程建设技术 220

5. 1　工程建设概述 220

5. 2　通信系统工作环境要求 220

5. 2. 1　机房层高及室内净高要求 220

5. 2. 2　设备供电环境要求 220

5. 2. 3　设备电磁屏蔽要求 221

5. 2. 4　设备防雷与接地要求 221

5. 2. 5　通信系统装机条件要求 221

5. 3　通信系统设备安装 222

Ⅹ

5. 3. 1　设备选型要求 222

5. 3. 2　设备配置要求 223

5. 3. 3　设备布置要求 223

5. 3. 4　设备安装要求 224

5. 3. 5　局内工程布线要求与线缆选择 224

5. 3. 6　电源系统及接地 226

5. 4　通信系统线路工程敷设 227

5. 4. 1　海底光缆线路路由的选择原则 227

5. 4. 2　海底光缆的敷设和工程设计要求 228

5. 4. 3　海缆登陆站的选择 229

5. 4. 4　远供系统工程设计要求 229

5. 4. 5　辅助系统工程设计要求 230

5. 5　海底光缆通信系统测试 230

5. 5. 1　通信设备测试 230

5. 5. 2　通信系统测试 245

5. 5. 3　工程施工注意事项及测试仪表简介 253

5. 6　通信系统工程验收 260

5. 6. 1　海底光缆线路工程验收 260

5. 6. 2　海底光缆传输设备安装工程验收 264

参考文献 270

第6 章　海底光缆通信系统维护管理技术 272

6. 1　概述 272

6. 1. 1　海底光缆通信系统维护管理的目的和作用 272

6. 1. 2　海底光缆通信系统维护管理的内容 272

6. 2　系统开通和业务调度 273

6. 2. 1　光传输终端设备业务开通及调度 273

6. 2. 2　远供电源设备业务开通 277

6. 2. 3　海底光中继器业务开通 280

6. 2. 4　光放大器业务开通 280

6. 3　端站设备维护管理技术 280

6. 3. 1　SDH 设备维护管理 281

6. 3. 2　WDM 设备维护管理 283

6. 3. 3　OTN 设备维护管理 286

6. 3. 4　远供电源设备维护管理 289

6. 4　线路设备维护管理技术 295

6. 4. 1　海底光中继器的维护 295

6. 4. 2　海底光均衡器的维护 297

6. 4. 3　海底分支器的维护 297

Ⅺ

6. 5　光缆线路维护技术 298

6. 5. 1　光缆线路维护建议 298

6. 5. 2　光缆线路的故障类型 299

6. 5. 3　故障定位方法 300

6. 5. 4　故障修复程序 304

6. 5. 5　故障修复方法 305

参考文献 307

第7 章　海底光缆在其他领域的应用 308

7. 1　概述及应用历史 308

7. 1. 1　概述 308

7. 1. 2　海底电缆/光缆应用历史 309

7. 2　海底光缆科学观测站 311

7. 2. 1　科学目标 311

7. 2. 2　设计原则要求 311

7. 2. 3　近海观测站 312

7. 3　区域科学观测站 313

7. 3. 1　系统网络结构 313

7. 3. 2　传感器和器具 316

7. 3. 3　电源子系统 317

7. 3. 4　通信子系统及定时 318

7. 3. 5　遥测和控制 319

7. 3. 6　传感器平台机械设计 320

7. 3. 7　连接器及其光缆终结盒 321

7. 3. 8　设计和可靠性考虑 323

7. 3. 9　运行、维护和管理 324

7. 4　近海油气通信系统 325

7. 4. 1　光纤通信用于油气生产平台 325

7. 4. 2　供电设计考虑 326

7. 4. 3　平台与分支单元连接 327

7. 4. 4　运行和维修 329

7. 5　其他应用 329

7. 5. 1　海底光缆在光纤传感器系统中的应用 329

7. 5. 2　光纤水听器阵列在军事上的应用 330

7. 5. 3　水下综合信息网 333

参考文献 333

附录　本书部分缩略语英-汉对照 3342100433B

本书是“海缆工程技术丛书”的一个分册，系统地介绍了海底光缆通信系统的组成及关键技术、工程设计和建设、设备安装及验收、系统维护管理等方面的知识。读者通过阅读本书能够了解海底光缆通信系统工程建设的一般要求。

本书可作为海缆工程各技术领域的工具书和教材，供海缆通信专业工程设计、施工、维护和管理的人员使用，也可供从事海缆工程专业的科研教学人员参考。

《海底光缆通信系统》的原版全面而详细地介绍了海底光缆通信系统，涵盖了其所有的技术方面，提供了海底光缆通信系统的设计、技术以及专业海底设备的理论和实践背景，是一本不可多得的海底光缆通信领域的专著，可作为海底网络相关科研工作者、高校教师和从事海缆工程技术人员的重要参考文献。为更有针对性地服务于海底光缆通信系统的设计人员和工程技术人员，翻译过程中分为《海底光缆通信系统（原书第2版）上册：设计及应用》和《海底光缆通信系统（原书第2版）下册：设备及运行维护》。

《海底光缆通信系统（原书第2版）上册：设计及应用》首先介绍了海底通信系统的概况以及海底通信系统直到2015年安装系统的历史发展情况；然后全面阐述了光纤通信的基本原理、光放大技术、超长距离海底光缆通信系统的设计及其传输损伤的补偿技术、无中继传输系统的新技术；然后介绍了近年来海底光缆在科研、石油和天然气领域的新应用。

《海底光缆通信系统（原书第2版）下册：设备及运行维护》介绍了海底网络的架构和管理、海底系统供电技术及其设计、海缆光纤的状况以及现代光纤的研究进展；全面阐述了海底设备、海底线路终端设备以及海底光缆设备的技术方面问题；然后介绍了海底系统规划和部署、海缆通信系统升级、海缆线路维护技术。

译者的话

原书序一

原书序二

原书序三

原书前言

第1章海底光缆通信介绍

1.1引言

1.2海底通信系统的结构

1.3太比特海底光通信技术

1.4近期和未来的发展

1.4.1海底光缆的近期发展

1.4.2海底系统的未来发展

参考文献

第2章海底通信系统的历史回顾

2.1引言

2.2海底电缆电报时代

2.2.1早期电报时代（1800—1850年）

2.2.2英国海底电缆时代（1850—1872年）

2.2.3全球网络（1872—1920年）

2.2.4电缆和无线电的竞争（1920—1960年）

2.2.5技术和经济因素

2.3海底同轴电缆电话时代

2.3.1早期海底电话电缆尝试

2.3.2第一代海底同轴电缆（1950—1961年）

2.3.3第二代海底同轴电缆（1960—1970年）

2.3.4宽带海底电缆（1970—1988年）

2.3.5技术和经济因素

2.4海底光缆时代

2.4.1从模拟到数字化（1976—1988年）

2.4.2再生海底光缆系统和联盟组织（1986—1995年）

2.4.3光放大和波分复用技术（1995—2000年）

2.4.4相干光通信技术的时代及其发展（2010至今）

2.4.5新市场和经济影响

2.4.6布缆船和敷设作业

2.5小结

参考文献

第3章非相干和相干数字光纤通信的基本原理

3.1引言

3.2光纤信道

3.2.1光纤带宽

3.2.2光纤信道容量

3.2.3二进制光信道和符号概率

3.3调制格式

3.3.1待调制参数

3.3.2调制信号的光功率谱

3.3.3调制信号基带功率谱的一般表达式

3.3.4开关键控调制方式

3.3.5纯相位调制

3.3.6正交振幅调制

3.4噪声及信号与噪声的相互作用

3.4.1光信噪比和噪声指数

3.4.2光电检测器灵敏度和光电信号转换

3.4.3基础量子噪声

3.4.4光放大噪声

3.4.5增益和衰减分布的影响

3.4.6光噪累积

3.4.7信号和噪声相互作用

3.4.8附加电噪声

3.5直接检测（非相干）光通信

3.5.1定义

3.5.2理想散粒噪声限制接收机

3.5.3较小热噪限制检测的放大器

3.5.4前置放大光信号的检测

3.6相干光通信

3.6.1相干接收机原理

3.6.2单正交测量和平衡零差检测

3.6.3采用双平衡外差检测进行双正交测量

参考文献

第4章光放大

4.1引言

4.2EDFA放大原理

4.2.1基本原理

4.2.2玻璃基质的影响

4.2.3EDFA的基本特性

4.2.4基态模型

4.2.5典型受限掺铒模型

4.2.6光纤参数

4.2.7动态性能

4.2.8噪声特性

4.3海缆系统的特性

4.3.1高噪声性能设计

4.3.2偏振相关的损耗

4.3.3掺铒光纤中的光偏振效应

4.3.4泵浦偏振对PDG的影响

4.3.5光谱烧孔

4.3.6光谱烧孔的建模

4.4长距离应用EDFA的优化

4.4.1暗纤运行

4.4.2WDM输入信号谱运行

4.4.3增益带宽

4.4.4玻璃成分

4.4.5增益漂移对输出OSNR的影响

4.4.6增益均衡

4.5工程特性

4.5.1功率消耗

4.5.2泵浦技术

4.5.3海底工程的特殊性

4.6L波段EDFA的应用

4.6.1系统性能

4.6.2现场实际应用问题

4.6.3C L波段系统

4.6.4高效C L结构

4.7拉曼放大的实现

4.7.1拉曼放大的原理

4.7.2EDFA预放大的实际应用

4.7.3全拉曼放大的海缆链路

4.7.4无中继系统中的拉曼应用

4.8未来放大技术展望

参考文献

第5章超长距离海底传输

5.1引言

5.2色散效应和非线性效应

5.2.1传输限制、衰减、色散和偏振模色散

5.2.2光纤基础设施

5.3调制格式和相干接收机

5.3.1调制格式

5.3.2相干接收机说明

5.4长距离传输系统的主要特性

5.4.1技术挑战：高容量单位光纤

5.4.2光信噪比

5.4.3传输损伤

5.4.4中继器监控

5.4.5功率预算表和典型中继距离

5.5增益均衡

5.5.1功率预加重

5.5.2固定增益均衡器

5.5.3可调增益均衡器

5.5.4非最佳增益均衡的影响

5.6传输系统

5.6.1试验装置

5.6.2NZDSF传输试验

5.6.3 D/-D传输试验

5.6.4相干技术在40Gbit/s色散管理链路的首次部署（NZDSF及 D/-D）

5.6.5 D光纤传输试验

5.7下一代海底系统

5.7.1光谱整形

5.7.2正交幅度调制（QAM）格式

5.7.34D和ND格式

5.7.4香农极限

5.7.5基于DSP的非线性抑制

5.7.6实验室记录的试验和技术

5.7.7空分复用技术，未来的方向？

参考文献

第6章超长距离海底网络中传输损伤的补偿技术

6.1引言

6.2超长距离海底系统线性效应的补偿

6.2.1光域内色散效应的补偿

6.2.2数字相干系统中色散效应的补偿

6.3超长距离海底系统非线性效应的补偿

6.3.1补偿光纤非线性效应的光学技术

6.3.2补偿光纤非线性效应的数字技术：数字反向传输

6.3.3补偿光纤非线性效应的其他数字信号处理技术

参考文献

第7章无中继传输

7.1引言

7.2历史和近期发展

7.2.1信道速率的增加

7.2.2信道数量的增加

7.2.3大有效面积的线路光纤

7.2.4扩展无中继距离

7.3应用

7.4无中继系统技术

7.4.1无中继传输的基础

7.4.2拉曼放大

7.4.3系统结构

7.5光损伤及其限制

7.5.1线性效应造成的限制

7.5.2非线性效应造成的限制

7.6系统实现时要考虑的问题

7.6.1光连接器和光纤损耗

7.6.2远程泵浦光放大器的位置和设计

7.7标准

7.7.1适用标准

7.7.2激光器安全

7.8主要的实验室演示系统

7.9商业无中继系统

7.10展望

参考文献

第8章海底光缆的新应用

8.1引言

8.2海底光缆其他应用的历史及起源

8.2.1海军水听器阵列

8.2.2地震监测

8.2.3重用报废海缆

8.2.4沿海观测站

8.2.5其他科学应用

8.2.6油气生产平台

8.3缆系海洋科学观测系统

8.3.1科研目标

8.3.2设计原则

8.3.3沿海观测站

8.3.4区域观测站

8.4海上油气通信系统

8.4.1优势和商业目的

8.4.2系统结构

8.4.3电力安全

8.4.4平台连接

8.4.5海上作业

8.4.6操作与维护

8.5海上油气监控系统

8.6油气开采海底控制系统

8.7油气通信科研混合系统

8.8“绿色”系统

8.9军事应用

8.10展望未来

参考文献

海底光缆国外

亚欧海底光缆系统西起英国，经地中海连接法国、意大利等国，通过红海进入印度洋到新加坡，然后再向东，经马来西亚、菲律宾、越南等到达中国，最后通达日本、韩国。它全长约3.8万公里，连接33个国家和地区，共计39个登陆站。亚欧海底光缆系统在我国上海、汕头各设1个登陆站。

2020年日本电气完成安哥拉和巴西之间的跨大西洋海底光缆的建设。

海底光缆中国

海底光缆作为当代国际通信的重要手段，承担了90%的国际通信业务，是全球信息通信的主要载体。也是我国光纤企业新的高利润增长点。

我国海缆系统建设最大的问题便是海缆系统集成问题。国际市场采用通信设备总包商、光缆制造企业及施工单位共同合作的海缆建设模式，而我国海缆建设采用条块化分割模式，由设计院与运营商进行前期论证和线路设计，由海缆制造企业提供海缆与附件，由海缆施工单位敷设，再由业主或运营商进行系统集成。这种模式不利于整合系统集成能力，不利于形成一到两家的海缆系统集成商，更不利于中国海缆系统走向国际。

大型的海底光缆建设包括很多承包管理、风险规避等方面的内容，应是我国企业急需提升的领域。

海底光缆的生产技术主要有海缆专用光纤制造、海缆专用激光焊接不锈钢管光单元制造、内层钢丝铠装、无缝铜管制造、绝缘层挤制、外层钢丝铠装、外被层PP绳与沥青制造。

2008年成立的华为海洋总计参与近百个海底光缆铺设或升级项目，该公司全球市场份额从不足5%提升到20%。近年来升级了两条跨大西洋光缆：一条从南非到英国，另一条在巴哈马群岛和亚速尔群岛。

2017年6月27日，在中国联通2017年国际合作伙伴大会上，中国联通、喀麦隆电信、华为海洋共同签署了南大西洋国际海底光缆（SAIL）建设协议。SAIL海缆全长约6000公里，设计容量32Tbit/s，建成后将连接非洲大陆与美洲大陆，成为非洲和南美洲之间传输容量最大、时延最小的海缆路由，可提供优质可靠的洲际通信服务。

截止2020年6月，中国电信国际公司云资源整体布局已覆盖“丝绸之路经济带”“21世纪海上丝绸之路”沿线的主要城市。随着5G时代的到来，中国电信正全面启动5G规模建设，力争2020年完成全国25万个基站建设任务。

2020年8月海南文昌至香港海底光缆项目有序推进，整个海缆从香港到海南文昌登陆点，全程650公里，整个审批已经进入中后期阶段，整个海缆的施工周期大概是3个月左右。

海底光缆相关消息

2020年5月19日中国移动国际有限公司（CMI）、Facebook、南非电信运营商MTN GlobalConnect、法国电信运营商Orange、沙特电信公司、埃及电信、沃达丰及西印度洋电缆公司宣布将合作铺设2Africa海底电缆以服务非洲大陆和中东，并经由东非与其他海缆相连以进一步延伸至亚洲。2Africa海缆全长37,000公里，建成后将是全球最大的海底电缆项目之一。它在非洲16个国家有21个登陆点，将使非洲与欧洲（向东经埃及）及中东（经沙特阿拉伯）无缝互联。

2020年7月，在建设连接南美和亚太地区的首条海底光缆的问题上，智利政府最终选择了日本的方案，将亚太地区的终点设在澳大利亚和新西兰，而不是中国提出的设在上海。

根据国际市场研究机构Technavio日前发布的报告，2020-2024年全球海底光缆市场规模预计将增长43.4亿美元，期间年复合增长率将超过15%。

据报道，Facebook和谷歌正计划铺设两条海底光缆，将美国的西海岸与新加坡和印度尼西亚连接起来。Facebook称，这两条光缆分别为“Echo”和“BiFrost”，将使上述地区的数据容量提高70%，同时也将提高互联网的可靠性。Facebook将同时对这两条电缆进行投资，而谷歌将只投资Echo。该项目仍有待监管部门的批准，因此项目成本尚未披露。