Cable de comunicaciones submarino

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Línea de comunicación transoceánica colocada en el fondo marino
Una sección transversal de la orilla de un cable moderno de comunicación submarino.
1 - Polietileno
2 - Cinta Mylar
3 – Cables de acero empotrados
4 – Barrera de agua de aluminio
5 – Policarbonato
6 – Tubo de cobre o aluminio
7 – Jalea de petróleo
8 – Fibras ópticas
Los cables submarinos se colocan utilizando naves especiales de capa de cable, como los modernos René Descartes[fr], operado por Orange Marine.

Un cable submarino de comunicaciones es un cable tendido en el fondo del mar entre estaciones terrestres para transportar señales de telecomunicaciones a través de tramos de océano y mar. Los primeros cables de comunicaciones submarinos tendidos a partir de la década de 1850 transportaron tráfico telegráfico, estableciendo los primeros enlaces de telecomunicaciones instantáneos entre continentes, como el primer cable telegráfico transatlántico que entró en funcionamiento el 16 de agosto de 1858. Las generaciones posteriores de cables transportaron tráfico telefónico y luego tráfico de comunicaciones de datos.. Los cables modernos utilizan tecnología de fibra óptica para transportar datos digitales, que incluyen teléfono, Internet y tráfico de datos privados.

Los cables modernos suelen tener unos 25 mm (1 pulgada) de diámetro y pesan alrededor de 1,4 toneladas por kilómetro (2,5 toneladas cortas por milla; 2,2 toneladas largas por milla) para las secciones de aguas profundas que comprenden la mayor parte del recorrido. aunque se utilizan cables más grandes y pesados para las secciones de aguas poco profundas cerca de la costa. Los cables submarinos conectaron por primera vez todos los continentes del mundo (excepto la Antártida) cuando Java se conectó a Darwin, Territorio del Norte, Australia, en 1871, anticipándose a la finalización de la Línea telegráfica terrestre australiana en 1872 que conectaba Adelaida, Australia Meridional y de allí al resto de Australia.

Historia temprana: telégrafo y cables coaxiales

Primeras pruebas exitosas

Después de que William Cooke y Charles Wheatstone introdujeron su telégrafo funcional en 1839, la idea de una línea submarina a través del Océano Atlántico comenzó a considerarse como un posible triunfo del futuro. Samuel Morse proclamó su fe en él ya en 1840, y en 1842 sumergió un cable, aislado con cáñamo alquitranado y caucho indio, en el agua del puerto de Nueva York, y telegrafió a través de él. El otoño siguiente, Wheatstone realizó un experimento similar en Swansea Bay. Un buen aislante para cubrir el cable y evitar que la corriente eléctrica se filtrara al agua era necesario para el éxito de una larga línea submarina. El caucho indio había sido probado por Moritz von Jacobi, el ingeniero eléctrico prusiano, desde principios del siglo XIX.

En 1842 apareció otra goma aislante que podía fundirse con el calor y aplicarse fácilmente al alambre. William Montgomerie introdujo en Europa la gutapercha, el jugo adhesivo del árbol Palaquium gutta., un cirujano escocés al servicio de la Compañía Británica de las Indias Orientales. Veinte años antes, Montgomerie había visto látigos hechos de gutapercha en Singapur y creía que serían útiles en la fabricación de aparatos quirúrgicos. Michael Faraday y Wheatstone pronto descubrieron los méritos de la gutapercha como aislante, y en 1845, este último sugirió que debería emplearse para cubrir el cable que se proponía tender desde Dover a Calais. En 1847, William Siemens, entonces oficial del ejército de Prusia, tendió con éxito el primer cable submarino con aislamiento de gutapercha, a través del Rin, entre Deutz y Colonia. En 1849, Charles Vincent Walker, electricista de South Eastern Railway, sumergió 3 km (2 mi) de alambre recubierto con gutapercha frente a la costa de Folkestone, que se probó con éxito.

Primeros cables comerciales

Un sello telegráfico del British & Irish Magnetic Telegraph Co. Limited (c. 1862).

En agosto de 1850, después de haber obtenido una concesión del gobierno francés, John Watkins Brett's English Channel Submarine Telegraph Company tendió la primera línea a través del Canal de la Mancha, utilizando el remolcador convertido Goliath. Era simplemente un alambre de cobre recubierto con gutapercha, sin ninguna otra protección, y no tuvo éxito. Sin embargo, el experimento sirvió para asegurar la renovación de la concesión y, en septiembre de 1851, la reconstituida Submarine Telegraph Company tendió un cable central protegido, o verdadero, desde un casco del gobierno, Blazer, que fue remolcado al otro lado del Canal.

En 1853, se tendieron cables más exitosos, que unieron Gran Bretaña con Irlanda, Bélgica y los Países Bajos, y cruzaron The Belts en Dinamarca. Los británicos & Irish Magnetic Telegraph Company completó el primer enlace irlandés exitoso el 23 de mayo entre Portpatrick y Donaghadee utilizando el minero William Hutt. El mismo barco fue utilizado para el enlace de Dover a Ostende en Bélgica, por la Submarine Telegraph Company. Mientras tanto, el Electric & International Telegraph Company completó dos cables a través del Mar del Norte, desde Orford Ness hasta Scheveningen, Países Bajos. Estos cables fueron tendidos por Monarch, un barco de vapor de paletas que más tarde se convirtió en el primer barco con equipo de tendido de cables permanente.

En 1858, el barco de vapor Elba se utilizó para tender un cable telegráfico de Jersey a Guernsey, a Alderney y luego a Weymouth, y el cable se completó con éxito en septiembre de ese año. Pronto se desarrollaron problemas con once rupturas que ocurrieron en 1860 debido a tormentas, movimientos de arena y mareas y desgaste de las rocas. Un informe a la Institución de Ingenieros Civiles en 1860 estableció los problemas para ayudar en futuras operaciones de tendido de cables.

Cable telegráfico transatlántico

El primer intento de tender un cable telegráfico transatlántico fue promovido por Cyrus West Field, quien persuadió a los industriales británicos para que financiaran y colocaran uno en 1858. Sin embargo, la tecnología de la época no era capaz de respaldar el proyecto; estuvo plagado de problemas desde el principio y estuvo en funcionamiento solo durante un mes. Los intentos posteriores en 1865 y 1866 con el barco de vapor más grande del mundo, el SS Great Eastern, utilizaron una tecnología más avanzada y produjeron el primer cable transatlántico exitoso. Más tarde, Great Eastern tendió el primer cable que llegaba a la India desde Adén, Yemen, en 1870.

Dominio británico del cable temprano

Operadores en la sala de telegramas submarinos de la Oficina Central de Telegrafía de GPO en Londres c. 1898

Desde la década de 1850 hasta 1911, los sistemas de cables submarinos británicos dominaron el mercado más importante, el Océano Atlántico Norte. Los británicos tenían ventajas tanto del lado de la oferta como del lado de la demanda. En términos de suministro, Gran Bretaña tenía empresarios dispuestos a aportar enormes cantidades de capital necesario para construir, tender y mantener estos cables. En términos de demanda, el vasto imperio colonial de Gran Bretaña generó negocios para las compañías de cable de las agencias de noticias, las empresas comerciales y navieras, y el gobierno británico. Muchas de las colonias británicas tenían poblaciones significativas de colonos europeos, por lo que las noticias sobre ellos eran de interés para el público en general en el país de origen.

Los funcionarios británicos creían que depender de las líneas de telégrafo que pasaban por territorio no británico representaba un riesgo para la seguridad, ya que las líneas podían cortarse y los mensajes podían interrumpirse durante la guerra. Buscaron la creación de una red mundial dentro del imperio, que se conoció como All Red Line y, por el contrario, prepararon estrategias para interrumpir rápidamente las comunicaciones enemigas. La primera acción de Gran Bretaña después de declarar la guerra a Alemania en la Primera Guerra Mundial fue hacer que el cable Ship Alert (no el CS Telconia como se informa con frecuencia) cortara los cinco cables que unen Alemania con Francia, España y las Azores, ya través de ellas, América del Norte. A partir de entonces, la única forma en que Alemania podía comunicarse era de forma inalámbrica, y eso significaba que la Sala 40 podía escuchar.

Los cables submarinos fueron un beneficio económico para las empresas comerciales, porque los propietarios de los barcos podían comunicarse con los capitanes cuando llegaban a su destino y dar instrucciones sobre dónde ir a continuación para recoger la carga en función de los precios informados y la información de suministro. El gobierno británico tenía usos obvios para los cables en el mantenimiento de las comunicaciones administrativas con los gobernadores de todo su imperio, así como en la participación diplomática de otras naciones y la comunicación con sus unidades militares en tiempos de guerra. La ubicación geográfica del territorio británico también fue una ventaja, ya que incluía Irlanda en el lado este del Océano Atlántico y Terranova en América del Norte en el lado oeste, lo que la convertía en la ruta más corta a través del océano, lo que reducía significativamente los costos.

Algunos hechos ponen este dominio de la industria en perspectiva. En 1896 había 30 barcos cableros en el mundo, 24 de los cuales eran propiedad de empresas británicas. En 1892, las empresas británicas poseían y operaban dos tercios de los cables del mundo y, en 1923, su participación seguía siendo del 42,7 por ciento. Durante la Primera Guerra Mundial, las comunicaciones telegráficas de Gran Bretaña fueron casi completamente ininterrumpidas, mientras que pudo cortar rápidamente los cables de Alemania en todo el mundo.

Cable a India, Singapur, Asia Oriental y Australia

Eastern Telegraph Company red en 1901. Las líneas puntuadas en todo el Pacífico indican los cables previstos establecidos en 1902-03.

Durante las décadas de 1860 y 1870, el cable británico se expandió hacia el este, hacia el mar Mediterráneo y el océano Índico. Un cable de 1863 a Bombay (ahora Mumbai), India, proporcionó un vínculo crucial con Arabia Saudita. En 1870, Bombay se unió a Londres a través de un cable submarino en una operación combinada de cuatro compañías de cable, a instancias del gobierno británico. En 1872, estas cuatro empresas se combinaron para formar la gigantesca Eastern Telegraph Company, de alcance mundial, propiedad de John Pender. Una escisión de Eastern Telegraph Company fue una segunda compañía hermana, Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, comúnmente conocida simplemente como "la extensión". En 1872, Australia se unió por cable a Bombay a través de Singapur y China y en 1876, el cable unió el Imperio Británico desde Londres a Nueva Zelanda.

Cables submarinos a través del Pacífico

Los primeros cables transpacíficos que brindan servicio de telégrafo se completaron en 1902 y 1903, conectando el territorio continental de EE. UU. con Hawai en 1902 y Guam con Filipinas en 1903. Canadá, Australia, Nueva Zelanda y Fiji también se conectaron en 1902 con el segmento transpacífico de la All Red Line. Japón se conectó al sistema en 1906. El servicio más allá del atolón Midway se abandonó en 1941 debido a la Segunda Guerra Mundial, pero el resto permaneció en funcionamiento hasta 1951 cuando la FCC autorizó el cese de operaciones.

El primer cable telefónico transpacífico se tendió desde Hawái hasta Japón en 1964, con una extensión desde Guam hasta Filipinas. También en 1964, el Commonwealth Pacific Cable System (COMPAC), con una capacidad de 80 canales telefónicos, se abrió al tráfico de Sydney a Vancouver, y en 1967, el sistema South East Asia Commonwealth (SEACOM), con una capacidad de 160 canales telefónicos, se abrió al tráfico.. Este sistema utilizó radio por microondas desde Sydney a Cairns (Queensland), un cable que iba desde Cairns a Madang (Papúa Nueva Guinea), Guam, Hong Kong, Kota Kinabalu (capital de Sabah, Malasia), Singapur, y luego por tierra por radio por microondas a Kuala Lumpur.. En 1991, el sistema de cable del Pacífico Norte fue el primer sistema regenerativo (es decir, con repetidores) en cruzar completamente el Pacífico desde los EE. UU. continentales hasta Japón. La parte estadounidense de NPC se fabricó en Portland, Oregón, de 1989 a 1991 en STC Submarine Systems y, más tarde, en Alcatel Submarine Networks. El sistema fue instalado por Cable & Wireless Marine en CS Cable Venture.

Construcción

Landing of an Italy-USA cable (4.704 millas náuticas de largo), on Rockaway Beach, Queens, Nueva York, enero de 1925.

Los cables transatlánticos del siglo XIX consistían en una capa exterior de alambre de hierro y luego de acero, que envolvía caucho indio y gutapercha, que rodeaba un alambre de cobre multitrenzado en el núcleo. Las partes más cercanas a cada aterrizaje en la costa tenían cables blindados de protección adicionales. La gutapercha, un polímero natural similar al caucho, tenía propiedades casi ideales para aislar cables submarinos, con la excepción de una constante dieléctrica bastante alta que hacía que la capacitancia del cable fuera alta. William Thomas Henley había desarrollado una máquina en 1837 para cubrir cables con hilo de seda o algodón que desarrolló en una capacidad de envolver cables para cables submarinos con una fábrica en 1857 que se convirtió en WT Henley's Telegraph Works Co., Ltd. La India Rubber, Gutta Percha and Telegraph Works Company, establecida por la familia Silver y que dio ese nombre a una sección de Londres, suministró núcleos a Henley's y finalmente fabricó y tendió el cable terminado. En 1870, William Hooper estableció Hooper's Telegraph Works para fabricar su núcleo de caucho vulcanizado patentado, al principio para proporcionar cables terminados a otros fabricantes, que comenzaron a competir con los núcleos de gutapercha. Más tarde, la empresa se expandió a la fabricación completa de cables y al tendido de cables, incluida la construcción del primer buque portacables diseñado específicamente para tender cables transatlánticos.

La gutapercha y el caucho no fueron reemplazados como aislamiento de cables hasta que se introdujo el polietileno en la década de 1930. Incluso entonces, el material solo estaba disponible para los militares y el primer cable submarino que lo usó no se tendió hasta 1945 durante la Segunda Guerra Mundial a través del Canal de la Mancha. En la década de 1920, el ejército estadounidense experimentó con cables aislados con caucho como alternativa a la gutapercha, ya que los intereses estadounidenses controlaban importantes suministros de caucho pero no tenían fácil acceso a los fabricantes de gutapercha. El desarrollo de 1926 por John T. Blake de caucho desproteinizado mejoró la impermeabilidad de los cables al agua.

Muchos de los primeros cables sufrieron el ataque de la vida marina. El aislamiento podría ser comido, por ejemplo, por especies de Teredo (gusano de barco) y Xylophaga. El cáñamo colocado entre el blindaje de alambre de acero dio a las plagas una ruta para comer. El blindaje dañado, que no era poco común, también proporcionó una entrada. Se han registrado casos de tiburones mordiendo cables y ataques de peces sierra. En un caso en 1873, una ballena dañó el Cable del Golfo Pérsico entre Karachi y Gwadar. Aparentemente, la ballena estaba tratando de usar el cable para limpiar percebes en un punto donde el cable descendía por una fuerte pendiente. La desafortunada ballena se enredó la cola en bucles de cable y se ahogó. El barco de reparación de cables Amber Witch solo pudo levantar el cable con dificultad, ya que estaba cargado con el cuerpo de la ballena muerta.

Problemas de ancho de banda

Los primeros cables telegráficos submarinos de larga distancia exhibían problemas eléctricos formidables. A diferencia de los cables modernos, la tecnología del siglo XIX no permitía amplificadores repetidores en línea en el cable. Se utilizaron grandes voltajes para intentar superar la resistencia eléctrica de su enorme longitud, pero los cables' La capacitancia distribuida y la inductancia se combinaron para distorsionar los pulsos del telégrafo en la línea, reduciendo el ancho de banda del cable, limitando severamente la velocidad de datos para la operación del telégrafo a 10-12 palabras por minuto.

Ya en 1816, Francis Ronalds había observado que las señales eléctricas se retrasaban al pasar a través de un cable aislado o un núcleo tendido bajo tierra, y explicó que la causa era la inducción, utilizando la analogía de una botella de Leyden larga. Latimer Clark (1853) notó el mismo efecto en núcleos sumergidos en agua, y particularmente en el largo cable entre Inglaterra y La Haya. Michael Faraday demostró que el efecto fue causado por la capacitancia entre el cable y la tierra (o el agua) que lo rodea. Faraday había notado que cuando un cable se carga con una batería (por ejemplo, al presionar una tecla de telégrafo), la carga eléctrica en el cable induce una carga opuesta en el agua a medida que viaja. En 1831, Faraday describió este efecto en lo que ahora se conoce como la ley de inducción de Faraday. Como las dos cargas se atraen, la carga de excitación se retarda. El núcleo actúa como un condensador distribuido a lo largo del cable que, junto con la resistencia y la inductancia del cable, limita la velocidad a la que viaja una señal a través del conductor del cable.

Los primeros diseños de cables no analizaban correctamente estos efectos. Famoso, E.O.W. Whitehouse había descartado los problemas e insistido en que un cable transatlántico era factible. Cuando posteriormente se convirtió en electricista de Atlantic Telegraph Company, se vio envuelto en una disputa pública con William Thomson. Whitehouse creía que, con suficiente voltaje, cualquier cable podía funcionar. Thomson creía que su ley de los cuadrados mostraba que el retardo no podía superarse con un voltaje más alto. Su recomendación fue un cable más grande. Debido a los voltajes excesivos recomendados por Whitehouse, el primer cable transatlántico de Cyrus West Field nunca funcionó de manera confiable y, finalmente, sufrió un cortocircuito con el océano cuando Whitehouse aumentó el voltaje más allá del límite de diseño del cable.

Thomson diseñó un complejo generador de campo eléctrico que minimizaba la corriente al hacer resonar el cable, y un galvanómetro de espejo de haz de luz sensible para detectar las débiles señales del telégrafo. Thomson se hizo rico con las regalías de estos y varios inventos relacionados. Thomson fue elevado a Lord Kelvin por sus contribuciones en esta área, principalmente un modelo matemático preciso del cable, que permitió el diseño del equipo para una telegrafía precisa. Los efectos de la electricidad atmosférica y el campo geomagnético en los cables submarinos también motivaron muchas de las primeras expediciones polares.

Thomson había producido un análisis matemático de la propagación de señales eléctricas en cables telegráficos en función de su capacitancia y resistencia, pero dado que los cables submarinos largos operaban a velocidades lentas, no incluyó los efectos de la inductancia. Para la década de 1890, Oliver Heaviside había producido la forma general moderna de las ecuaciones del telegrafista, que incluían los efectos de la inductancia y que eran esenciales para extender la teoría de las líneas de transmisión a las frecuencias más altas requeridas para voz y datos de alta velocidad..

Telefonía transatlántica

Cables de comunicación submarinos cruzando la costa escocesa en Scad Head en Hoy, Orkney.

Si bien la instalación de un cable telefónico transatlántico se consideró seriamente desde la década de 1920, la tecnología necesaria para telecomunicaciones económicamente viables no se desarrolló hasta la década de 1940. Un primer intento de tender un cable telefónico pupinizado fracasó a principios de la década de 1930 debido a la Gran Depresión.

TAT-1 (Transatlantic No. 1) fue el primer sistema de cable telefónico transatlántico. Entre 1955 y 1956, se tendió un cable entre Gallanach Bay, cerca de Oban, Escocia y Clarenville, Terranova y Labrador. Fue inaugurado el 25 de septiembre de 1956, contando inicialmente con 36 canales telefónicos.

En la década de 1960, los cables transoceánicos eran cables coaxiales que transmitían señales de banda vocal de frecuencia multiplexada. Una corriente continua de alto voltaje en los repetidores alimentados por el conductor interno (amplificadores de dos vías colocados a intervalos a lo largo del cable). Los repetidores de primera generación siguen estando entre los amplificadores de válvulas más fiables jamás diseñados. Los posteriores fueron transistorizados. Muchos de estos cables aún se pueden usar, pero se han abandonado porque su capacidad es demasiado pequeña para ser comercialmente viables. Algunos se han utilizado como instrumentos científicos para medir las ondas sísmicas y otros eventos geomagnéticos.

Otros usos

En 1942, Siemens Brothers de New Charlton, Londres, junto con el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, adaptaron la tecnología de cables de comunicaciones submarinos para crear el primer oleoducto submarino del mundo en la Operación Plutón durante la Segunda Guerra Mundial. Los cables de fibra óptica activos pueden ser útiles para detectar eventos sísmicos que alteran la polarización del cable.

Historia moderna

Cables ópticos de telecomunicaciones

Mapa mundial mostrando cables submarinos en 2015

En la década de 1980, se desarrollaron los cables de fibra óptica. El primer cable telefónico transatlántico que utilizó fibra óptica fue el TAT-8, que entró en funcionamiento en 1988. Un cable de fibra óptica consta de varios pares de fibras. Cada par tiene una fibra en cada dirección. TAT-8 tenía dos pares operativos y un par de respaldo. Salvo líneas muy cortas, los cables submarinos de fibra óptica incluyen repetidores a intervalos regulares.

Los repetidores de fibra óptica modernos utilizan un amplificador óptico de estado sólido, generalmente un amplificador de fibra dopada con erbio. Cada repetidor contiene equipos separados para cada fibra. Estos comprenden el reformado de señales, la medición de errores y los controles. Un láser de estado sólido envía la señal al siguiente tramo de fibra. El láser de estado sólido excita un tramo corto de fibra dopada que actúa como un amplificador láser. A medida que la luz atraviesa la fibra, se amplifica. Este sistema también permite la multiplexación por división de longitud de onda, lo que aumenta drásticamente la capacidad de la fibra.

Los repetidores funcionan con una corriente continua constante que pasa por el conductor cerca del centro del cable, por lo que todos los repetidores de un cable están en serie. Los equipos de alimentación eléctrica están instalados en las estaciones terminales. Por lo general, ambos extremos comparten la generación de corriente con un extremo que proporciona un voltaje positivo y el otro un voltaje negativo. Existe un punto de tierra virtual aproximadamente a la mitad del cable en condiciones normales de funcionamiento. Los amplificadores o repetidores derivan su potencia de la diferencia de potencial entre ellos. El voltaje que pasa por el cable suele oscilar entre 3000 y 15 000 VCC a una corriente de hasta 1100 mA, y la corriente aumenta con la disminución del voltaje; la corriente a 10.000 V CC es de hasta 1.650 mA. Por lo tanto, la cantidad total de energía enviada al cable suele ser de hasta 16,5 kW.

La fibra óptica utilizada en los cables submarinos se elige por su excepcional claridad, lo que permite tramos de más de 100 kilómetros (62 mi) entre repetidores para minimizar el número de amplificadores y la distorsión que provocan. Los cables no repetidos son más baratos que los cables repetidos y su distancia máxima de transmisión es limitada, aunque esta ha aumentado con los años; en 2014 estaban en servicio cables no repetidos de hasta 380 kilómetros (240 millas) de longitud; sin embargo, estos requieren que se coloquen repetidores sin alimentación cada 100 km.

Diagrama de un repetidor de cable submarino óptico

La creciente demanda de estos cables de fibra óptica superó la capacidad de proveedores como AT&T. Tener que cambiar el tráfico a los satélites resultó en señales de menor calidad. Para abordar este problema, AT&T tuvo que mejorar sus habilidades de tendido de cables. Invirtió 100 millones de dólares en la producción de dos embarcaciones especializadas en el tendido de cables de fibra óptica. Estos incluyeron laboratorios en los barcos para empalmar cables y probar sus propiedades eléctricas. Tal monitoreo de campo es importante porque el vidrio del cable de fibra óptica es menos maleable que el cable de cobre que se usaba anteriormente. Los barcos están equipados con propulsores que aumentan la maniobrabilidad. Esta capacidad es importante porque el cable de fibra óptica debe tenderse directamente desde la popa, que era otro factor con el que los barcos de tendido de cables de cobre no tenían que enfrentarse.

Originalmente, los cables submarinos eran simples conexiones punto a punto. Con el desarrollo de unidades de ramificación submarinas (SBU), un solo sistema de cable podría servir a más de un destino. Los sistemas de cable modernos ahora suelen tener sus fibras dispuestas en un anillo de autorreparación para aumentar su redundancia, con las secciones submarinas siguiendo diferentes caminos en el fondo del océano. Una de las razones de este desarrollo fue que la capacidad de los sistemas de cable se había vuelto tan grande que no era posible respaldar completamente un sistema de cable con capacidad satelital, por lo que se hizo necesario proporcionar suficiente capacidad de respaldo terrestre. No todas las organizaciones de telecomunicaciones desean aprovechar esta capacidad, por lo que los sistemas de cable modernos pueden tener puntos de aterrizaje duales en algunos países (donde se requiere capacidad de respaldo) y solo puntos de aterrizaje únicos en otros países donde no se requiere capacidad de respaldo., la capacidad del país es lo suficientemente pequeña como para ser respaldada por otros medios, o tener respaldo se considera demasiado costoso.

Otro desarrollo de ruta redundante más allá del enfoque de anillos de autorreparación es la red de malla en la que se utiliza equipo de conmutación rápida para transferir servicios entre rutas de red con poco o ningún efecto en los protocolos de nivel superior si una ruta se vuelve inoperable. A medida que haya más rutas disponibles para usar entre dos puntos, es menos probable que una o dos fallas simultáneas impidan el servicio de extremo a extremo.

En 2012, los operadores habían "demostrado con éxito la transmisión sin errores a largo plazo a 100 Gbps a través del Océano Atlántico" rutas de hasta 6000 km (3700 mi), lo que significa que un cable típico puede mover decenas de terabits por segundo en el extranjero. Las velocidades mejoraron rápidamente en los años anteriores, con 40 Gbit/s que se ofrecieron en esa ruta solo tres años antes, en agosto de 2009.

La conmutación y la ruta todo por mar suelen aumentar la distancia y, por lo tanto, la latencia del viaje de ida y vuelta en más del 50 %. Por ejemplo, el retraso de ida y vuelta (RTD) o la latencia de las conexiones transatlánticas más rápidas es inferior a 60 ms, cerca del óptimo teórico para una ruta totalmente marítima. Si bien, en teoría, una ruta de gran círculo (GCP) entre Londres y la ciudad de Nueva York tiene solo 5600 km (3500 mi), esto requiere varias masas de tierra (Irlanda, Terranova, la Isla del Príncipe Eduardo y el istmo que conecta Nuevo Brunswick con Nueva Escocia) para ser atravesado, así como la extremadamente mareal Bahía de Fundy y una ruta terrestre a lo largo de Massachusetts' costa norte desde Gloucester hasta Boston y a través de áreas bastante edificadas hasta el propio Manhattan. En teoría, el uso de esta ruta terrestre parcial podría resultar en tiempos de ida y vuelta por debajo de 40 ms (que es el tiempo mínimo de la velocidad de la luz), y sin contar el cambio. A lo largo de las rutas con menos terreno en el camino, los tiempos de ida y vuelta pueden acercarse a los mínimos de velocidad de la luz a largo plazo.

El tipo de fibra óptica que se utiliza en cables muy largos y no repetidos suele ser PCSF (núcleo de sílice pura) debido a su baja pérdida de 0,172 dB por kilómetro cuando transporta una luz láser de 1550 nm de longitud de onda. La gran dispersión cromática de PCSF hace que su uso requiera de equipos de transmisión y recepción diseñados pensando en ello; esta propiedad también se puede usar para reducir la interferencia cuando se transmiten múltiples canales a través de una sola fibra utilizando la multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que permite que se transmitan múltiples canales portadores ópticos a través de una sola fibra, cada uno con su propia información. WDM está limitado por el ancho de banda óptico de los amplificadores utilizados para transmitir datos a través del cable y por el espacio entre las frecuencias de las portadoras ópticas; sin embargo, este espacio mínimo también está limitado, ya que el espacio mínimo suele ser de 50 GHz (0,4 nm). El uso de WDM puede reducir la longitud máxima del cable, aunque esto se puede superar diseñando equipos teniendo esto en cuenta.

Los postamplificadores ópticos, que se utilizan para aumentar la fuerza de la señal generada por el transmisor óptico, suelen utilizar un láser de fibra dopado con erbio bombeado por diodos. El diodo suele ser un diodo láser de alta potencia de 980 o 1480 nm. Esta configuración permite una amplificación de hasta +24dBm de manera asequible. El uso de una fibra dopada con erbio-iterbio permite una ganancia de +33dBm, sin embargo, nuevamente, la cantidad de energía que se puede alimentar a la fibra es limitada. En configuraciones de portadora única, la limitación dominante es la automodulación de fase inducida por el efecto Kerr, que limita la amplificación a +18 dBm por fibra. En configuraciones WDM, la limitación debida a la modulación de fase cruzada se vuelve predominante. Los preamplificadores ópticos se utilizan a menudo para anular el ruido térmico del receptor. Bombear el preamplificador con un láser de 980 nm genera un ruido de 3,5 dB como máximo, con un ruido de 5 dB generalmente obtenido con un láser de 1480 nm. El ruido tiene que ser filtrado usando filtros ópticos.

La amplificación Raman se puede utilizar para extender el alcance o la capacidad de un cable sin repetidor, lanzando 2 frecuencias en una sola fibra; uno transporta señales de datos a 1550 nm y el otro las bombea a 1450 nm. El lanzamiento de una bomba de frecuencia (bomba de luz láser) a una potencia de solo un vatio conduce a un aumento en el alcance de 45 km o a un aumento de 6 veces en la capacidad.

Otra forma de aumentar el alcance de un cable es mediante el uso de repetidores sin alimentación llamados preamplificadores ópticos remotos (ROPA); estos aún hacen que un cable cuente como no repetido ya que los repetidores no requieren energía eléctrica pero sí requieren una bomba de luz láser para transmitirse junto con los datos transportados por el cable; la luz de la bomba y los datos a menudo se transmiten en fibras físicamente separadas. El ROPA contiene una fibra dopada que usa la luz de la bomba (a menudo una luz láser de 1480 nm) para amplificar las señales de datos transportadas por el resto de las fibras.

Importancia de los cables submarinos

Actualmente, el 99 % del tráfico de datos que atraviesa los océanos se transporta mediante cables submarinos. La confiabilidad de los cables submarinos es alta, especialmente cuando (como se indicó anteriormente) hay varias rutas disponibles en caso de que se rompa el cable. Además, la capacidad de carga total de los cables submarinos es de terabits por segundo, mientras que los satélites suelen ofrecer solo 1000 megabits por segundo y muestran una latencia más alta. Sin embargo, la construcción de un típico sistema de cable submarino transoceánico de varios terabits cuesta varios cientos de millones de dólares.

Como resultado de estos cables' costo y utilidad, son altamente valorados no solo por las corporaciones que los construyen y operan con fines de lucro, sino también por los gobiernos nacionales. Por ejemplo, el gobierno australiano considera que sus sistemas de cables submarinos son "vitales para la economía nacional". En consecuencia, la Autoridad de Medios y Comunicaciones de Australia (ACMA) ha creado zonas de protección que restringen las actividades que podrían dañar los cables que unen Australia con el resto del mundo. La ACMA también regula todos los proyectos para instalar nuevos cables submarinos.

Los cables submarinos son importantes para las fuerzas armadas modernas, así como para la empresa privada. El ejército de los EE. UU., por ejemplo, utiliza la red de cable submarino para la transferencia de datos desde las zonas de conflicto al personal de mando en los Estados Unidos. La interrupción de la red de cable durante operaciones intensas podría tener consecuencias directas para los militares en el terreno.

Inversión y finanzas

Modern fiber-optic cable around Africa's coast.
Un mapa de cables de comunicaciones submarinos activos y previstos que prestan servicios al continente africano en 2020.

Casi todos los cables de fibra óptica desde TAT-8 en 1988 hasta aproximadamente 1997 fueron construidos por consorcios de operadores. Por ejemplo, TAT-8 contó con 35 participantes, incluidos la mayoría de los principales operadores internacionales en ese momento, como AT&T Corporation. A fines de la década de 1990, se construyeron dos cables no pertenecientes a un consorcio con financiación privada, lo que precedió a una carrera masiva y especulativa para construir cables con financiación privada que alcanzó un máximo de más de $ 22 mil millones de inversión entre 1999 y 2001. A esto le siguió la quiebra y la reorganización de operadores de cable como Global Crossing, 360networks, FLAG, Worldcom y Asia Global Crossing. Comunicaciones Tata' Global Network (TGN) es la única red de fibra de propiedad total que circula por el planeta.

La mayoría de los cables del siglo XX cruzaron el océano Atlántico para conectar Estados Unidos y Europa. Sin embargo, la capacidad en el Océano Pacífico se amplió mucho a partir de la década de 1990. Por ejemplo, entre 1998 y 2003, aproximadamente el 70% del cable submarino de fibra óptica se tendió en el Pacífico. Esto es en parte una respuesta a la importancia emergente de los mercados asiáticos en la economía global.

Después de décadas de fuertes inversiones en mercados ya desarrollados, como las rutas transatlánticas y transpacíficas, los esfuerzos aumentaron en el siglo XXI para expandir la red de cable submarino para servir al mundo en desarrollo. Por ejemplo, en julio de 2009, una línea de cable de fibra óptica submarina conectó África Oriental a Internet en general. La empresa que suministró este nuevo cable fue SEACOM, que es propiedad en un 75% de africanos. El proyecto se retrasó un mes debido al aumento de la piratería a lo largo de la costa.

Las inversiones en cables presentan un riesgo comercial porque los cables cubren 6200 km de suelo oceánico, cruzan cadenas montañosas submarinas y fisuras. Debido a esto, la mayoría de las empresas solo compran capacidad una vez que el cable está terminado.

Antártida

La Antártida es el único continente al que aún no llega un cable de telecomunicaciones submarino. El tráfico telefónico, de video y de correo electrónico debe transmitirse al resto del mundo a través de enlaces satelitales que tienen disponibilidad y capacidad limitadas. Las bases en el propio continente pueden comunicarse entre sí por radio, pero esta es solo una red local. Para ser una alternativa viable, un cable de fibra óptica tendría que ser capaz de soportar temperaturas de -80 °C (-112 °F), así como la tensión masiva del hielo que fluye hasta 10 metros (33 pies) por año. Por lo tanto, conectarse a la red troncal de Internet más grande con el gran ancho de banda que ofrece el cable de fibra óptica sigue siendo un desafío económico y técnico aún inviable en la Antártida.

Reparación de cables

Una animación que muestra un método utilizado para reparar cables de comunicaciones submarinos.

Los cables pueden romperse con arrastreros, anclas, terremotos, corrientes de turbidez e incluso mordeduras de tiburones. Sobre la base de levantamientos de roturas en el Océano Atlántico y el Mar Caribe, se encontró que entre 1959 y 1996, menos del 9% se debieron a eventos naturales. En respuesta a esta amenaza a la red de comunicaciones, se ha desarrollado la práctica del entierro de cables. La incidencia promedio de fallas en cables fue de 3,7 por 1000 km (620 mi) por año entre 1959 y 1979. Esa tasa se redujo a 0,44 fallas por 1000 km por año después de 1985, debido al enterramiento generalizado de cables a partir de 1980. las roturas no son cosa del pasado, con más de 50 reparaciones al año solo en el Atlántico, y roturas significativas en 2006, 2008, 2009 y 2011.

La propensión de las redes de arrastre de pescar a causar fallas en los cables bien puede haber sido explotada durante la Guerra Fría. Por ejemplo, en febrero de 1959, se produjo una serie de 12 roturas en cinco cables de comunicaciones transatlánticos estadounidenses. En respuesta, un buque de guerra de los Estados Unidos, el USS Roy O. Hale, detuvo e investigó al arrastrero soviético Novorosiysk. Una revisión de la bitácora del barco indicó que había estado en la región de cada uno de los cables cuando se rompieron. También se encontraron secciones rotas de cable en la cubierta del Novorosiysk. Parecía que los cables habían sido arrastrados por las redes del barco y luego cortados una vez que se subieron a la cubierta para soltar las redes. La postura de la Unión Soviética sobre la investigación fue que no estaba justificada, pero Estados Unidos citó la Convención para la Protección de los Cables Telegráficos Submarinos de 1884 que Rusia había firmado (antes de la formación de la Unión Soviética) como prueba. de violación del protocolo internacional.

Las estaciones costeras pueden ubicar una ruptura en un cable mediante mediciones eléctricas, como por ejemplo, a través de la reflectometría en el dominio del tiempo de espectro ensanchado (SSTDR), un tipo de reflectometría en el dominio del tiempo que se puede usar en entornos reales muy rápidamente. Actualmente, SSTDR puede recopilar un conjunto de datos completo en 20 ms. Las señales de espectro ensanchado se envían por el cable y luego se observa la señal reflejada. Luego se correlaciona con la copia de la señal enviada y se aplican algoritmos a la forma y el tiempo de las señales para localizar la ruptura.

Se enviará un barco de reparación de cables al lugar para dejar caer una boya marcadora cerca de la ruptura. Se utilizan varios tipos de garfios dependiendo de la situación. Si el fondo marino en cuestión es arenoso, se utiliza una garra con puntas rígidas para excavar bajo la superficie y atrapar el cable. Si el cable está en una superficie rocosa, la garra es más flexible, con ganchos a lo largo de su longitud para que pueda ajustarse a la superficie cambiante. En aguas especialmente profundas, es posible que el cable no sea lo suficientemente fuerte para levantarlo como una sola unidad, por lo que se utiliza una garra especial que corta el cable poco después de que se haya enganchado y solo se saca a la superficie un tramo de cable a la vez. después de lo cual se empalma una nueva sección. El cable reparado es más largo que el original, por lo que el exceso se coloca deliberadamente en forma de "U" forma en el fondo del mar. Se puede usar un sumergible para reparar cables que se encuentran en aguas menos profundas.

Varios puertos cerca de importantes rutas de cable se convirtieron en el hogar de barcos especializados en reparación de cables. Halifax, Nueva Escocia, fue el hogar de media docena de embarcaciones de este tipo durante la mayor parte del siglo XX, incluidas embarcaciones de larga vida como CS Cyrus West Field, CS Minia y CS Mackay-Bennett. Estos dos últimos fueron contratados para recuperar víctimas del hundimiento del RMS Titanic. Las tripulaciones de estos barcos desarrollaron muchas técnicas y dispositivos nuevos para reparar y mejorar el tendido de cables, como el "arado".

Recopilación de inteligencia

Los cables submarinos, que no se pueden mantener bajo vigilancia constante, han tentado a las organizaciones de recopilación de inteligencia desde finales del siglo XIX. Con frecuencia, al comienzo de las guerras, las naciones han cortado los cables de los otros lados para redirigir el flujo de información a los cables que estaban siendo monitoreados. Los esfuerzos más ambiciosos ocurrieron en la Primera Guerra Mundial, cuando las fuerzas británicas y alemanas intentaron sistemáticamente destruir a los demás. sistemas de comunicaciones mundiales cortando sus cables con barcos de superficie o submarinos. Durante la Guerra Fría, la Armada de los Estados Unidos y la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) lograron colocar escuchas telefónicas en las líneas de comunicación submarinas soviéticas en la Operación Ivy Bells. En los tiempos modernos, el uso generalizado del cifrado de extremo a extremo minimiza la amenaza de escuchas telefónicas.

Impacto ambiental

El principal punto de interacción de los cables con la vida marina se encuentra en la zona béntica de los océanos, donde se encuentra la mayor parte del cable. Los estudios realizados en 2003 y 2006 indicaron que los cables tienen un impacto mínimo en la vida en estos entornos. Al tomar muestras de núcleos de sedimentos alrededor de los cables y en áreas retiradas de los cables, hubo pocas diferencias estadísticamente significativas en la diversidad o abundancia de organismos. La principal diferencia era que los cables proporcionaban un punto de unión para las anémonas que normalmente no podían crecer en áreas de sedimentos blandos. Los datos de 1877 a 1955 mostraron un total de 16 fallas en los cables causadas por el enredo de varias ballenas. Tales enredos mortales han cesado por completo con técnicas mejoradas para la colocación de cables coaxiales y de fibra óptica modernos que tienen menos tendencia a enrollarse cuando yacen en el lecho marino.

Implicaciones de seguridad

Los cables submarinos son problemáticos desde el punto de vista de la seguridad porque los mapas de cables submarinos están ampliamente disponibles. Los mapas disponibles públicamente son necesarios para que el envío pueda evitar dañar los cables vulnerables por accidente. Sin embargo, la disponibilidad de las ubicaciones de los cables que se dañan fácilmente significa que la información también es fácilmente accesible para los agentes criminales. Las escuchas telefónicas gubernamentales también presentan problemas de ciberseguridad.

Cuestiones legales

Los cables submarinos sufren problemas inherentes. Dado que los cables son construidos e instalados por consorcios privados, existe un problema de responsabilidad desde el principio. En primer lugar, asignar responsabilidades dentro de un consorcio puede ser difícil: dado que no hay una empresa líder clara que pueda ser designada como responsable, puede generar confusión cuando el cable necesita mantenimiento. En segundo lugar, es difícil navegar el tema de los daños por cable a través del régimen legal internacional, ya que fue firmado y diseñado para estados nacionales, en lugar de empresas privadas. Por lo tanto, es difícil decidir quién debe ser responsable de los costos de daños y reparaciones: la empresa que construyó el cable, la empresa que pagó por el cable o el gobierno de los países donde termina el cable.

Otra cuestión legal es la obsolescencia de los sistemas legales. Por ejemplo, Australia todavía utiliza multas que se establecieron durante la firma del tratado de cable submarino de 1884: 2000 dólares australianos, casi insignificantes ahora.

Influencia de las redes de cable en la historia moderna

Los cables de comunicación submarinos han tenido una amplia variedad de influencias en la sociedad. Además de permitir el comercio intercontinental efectivo y apoyar las bolsas de valores, influyeron mucho en la conducta diplomática internacional. Antes de la existencia de la conexión de comunicación submarina, los diplomáticos tenían mucho más poder en sus manos ya que sus supervisores directos (los gobiernos de los países que representaban) no podían controlarlos de inmediato. Obtener instrucciones para los diplomáticos en un país extranjero a menudo tomaba semanas o incluso meses. Los diplomáticos tenían que usar su propia iniciativa en las negociaciones con países extranjeros con solo un control ocasional de su gobierno. Esta conexión lenta hizo que los diplomáticos participaran en actividades de ocio mientras esperaban órdenes. La expansión de los cables telegráficos redujo considerablemente el tiempo de respuesta necesario para instruir a los diplomáticos. Con el tiempo, esto condujo a una disminución general del prestigio y el poder de los diplomáticos individuales dentro de la política internacional y marcó una profesionalización del cuerpo diplomático que tuvo que abandonar sus actividades de ocio.

Eventos notables

En 1914, Alemania allanó la estación de cable de Fanning Island en el Pacífico.

El terremoto de Terranova de 1929 rompió una serie de cables transatlánticos al desencadenar un deslizamiento de tierra submarino masivo. La secuencia de descansos ayudó a los científicos a trazar el progreso del deslizamiento de tierra.

En 1986, durante las pruebas de preproducción y prototipo del cable de fibra óptica TAT-8 y sus procedimientos de instalación realizados por AT&T en el área de las Islas Canarias, se produjeron daños en el cable por mordedura de tiburón. Esto reveló que los tiburones se sumergen a profundidades de 1 kilómetro (0,62 mi), una profundidad que sorprendió a los biólogos marinos que hasta entonces pensaban que los tiburones no estaban activos a tales profundidades. La conexión del cable submarino TAT-8 se inauguró en 1988.

En julio de 2005, una parte del cable submarino SEA-ME-WE 3, ubicado a 35 kilómetros (22 mi) al sur de Karachi, que proporcionaba las principales comunicaciones exteriores de Pakistán, resultó defectuosa, interrumpiendo casi todo el territorio de Pakistán. s comunicaciones con el resto del mundo, y que afecta a aproximadamente 10 millones de usuarios de Internet.

El 26 de diciembre de 2006, los terremotos de Hengchun de 2006 dejaron inoperables numerosos cables entre Taiwán y Filipinas.

En marzo de 2007, unos piratas robaron una sección de 11 kilómetros (7 millas) del cable submarino T-V-H que conectaba Tailandia, Vietnam y Hong Kong, lo que afectó a los usuarios de Internet de Vietnam con velocidades mucho más lentas. Los ladrones intentaron vender las 100 toneladas de cable como chatarra.

La interrupción del cable submarino de 2008 fue una serie de interrupciones del cable, dos de los tres cables del Canal de Suez, dos interrupciones en el Golfo Pérsico y una en Malasia. Causó interrupciones masivas en las comunicaciones con la India y el Medio Oriente.

En abril de 2010, el cable submarino SEA-ME-WE 4 sufrió una interrupción. Según los informes, el sistema de cable de comunicaciones submarino del Sudeste de Asia, Medio Oriente y Europa Occidental 4 (SEA-ME-WE 4), que conecta el Sudeste de Asia y Europa, fue cortado en tres lugares, frente a Palermo, Italia.

El terremoto y el tsunami de Tōhoku de 2011 dañaron varios cables submarinos que aterrizan en Japón, entre ellos:

En febrero de 2012, roturas en los cables ESSAy y TEAMS desconectaron aproximadamente la mitad de las redes de Kenia y Uganda de Internet global.

En marzo de 2013, los buzos cortaron la conexión SEA-ME-WE-4 de Francia a Singapur cerca de Egipto.

En noviembre de 2014, el SEA-ME-WE 3 detuvo todo el tráfico de Perth, Australia, a Singapur debido a una falla de cable desconocida.

En agosto de 2017, una falla en el cable submarino IMEWE (India - Middle East - Western Europe) cerca de Jeddah, Arabia Saudita, interrumpió Internet en Pakistán. El cable submarino IMEWE es un sistema de cable submarino de fibra óptica de ultra alta capacidad que une India y Europa a través de Oriente Medio. El cable de 12.091 kilómetros de largo (7.513 mi) tiene nueve estaciones terminales, operadas por los principales operadores de telecomunicaciones de ocho países.

AAE-1, con una extensión de más de 25 000 kilómetros (16 000 mi), conecta el sudeste asiático con Europa a través de Egipto. La construcción se terminó en 2017.

En junio de 2021, Google anunció que estaba construyendo el cable submarino más largo que existe desde la costa este de los Estados Unidos hasta Las Toninas, Argentina, con conexiones adicionales en Praia Grande, Brasil, y Punta del Este, Uruguay.. El cable garantizaría a los usuarios un acceso rápido y de baja latencia a los productos de Google, como Search, Gmail y YouTube, así como a los servicios de Google Cloud.

En agosto de 2021, Google y Facebook anunciaron que desarrollarían un sistema de cable submarino, denominado 'Apricot', para 2024 con el fin de mejorar la conectividad a Internet y atender la creciente demanda de acceso de banda ancha y conectividad inalámbrica 5G. en toda la región de Asia-Pacífico, incluidos Japón, Singapur, Taiwán, Guam, Filipinas e Indonesia.

El 15 de enero de 2022, la erupción submarina del volcán Hunga Tonga Hunga Haapai rompió el único cable internacional a Tonga y al menos uno de los cables entre islas de Tonga, interrumpiendo gravemente las comunicaciones con el resto. del mundo y dejando sólo comunicaciones satelitales limitadas. La reparación esperada durará hasta mediados de febrero de 2022. El barco de reparación navegará 4000 km desde Port Moresby, Papúa Nueva Guinea, vía Samoa para recolectar cable de repuesto para reparar.

El 20 de octubre de 2022, se dañó el cable submarino (SHEFA-2) entre la parte continental de Banff, Reino Unido, y las Islas Shetland. Se informó una interrupción total de las telecomunicaciones y la banda ancha en las Islas Shetland, lo que hizo que todas las telecomunicaciones de emergencia quedaran inoperativas. El cable submarino entre las Islas Shetland y las Islas Feroe también resultó dañado, lo que contribuyó a la falta de redundancia y la interrupción total de las telecomunicaciones. Se informó que la actividad pesquera contribuyó al daño.