Un cable submarino de comunicaciones es un cable tendido sobre el lecho marino entre estaciones terrestres para transmitir señales de telecomunicaciones a través de extensiones de océano y mar. Los primeros cables submarinos de comunicaciones se instalaron a principios de la década de 1850 y transportaban 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.
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, en previsión de la finalización de la línea telegráfica terrestre australiana en 1872, que conectaba con Adelaida, Australia del Sur , y de allí con el resto de Australia. [1]
Las generaciones posteriores de cables transportaron tráfico telefónico y, luego , tráfico de comunicaciones de datos . Estos primeros cables usaban cables de cobre en sus núcleos, pero los cables modernos utilizan tecnología de fibra óptica para transportar datos digitales , que incluyen tráfico telefónico, de Internet y 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. [2] [3]
Después de que William Cooke y Charles Wheatstone introdujeran 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 ella ya en 1840, y en 1842, sumergió un cable, aislado con cáñamo alquitranado y caucho de la India , [4] [5] en el agua del puerto de Nueva York , y telegrafió a través de él. El otoño siguiente, Wheatstone realizó un experimento similar en la bahía de Swansea . 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 de la India había sido probado por Moritz von Jacobi , el ingeniero eléctrico prusiano , ya a principios del siglo XIX.
En 1842 apareció otra goma aislante que podía fundirse con calor y aplicarse fácilmente al cable. La gutapercha , el jugo adhesivo del árbol Palaquium gutta , fue introducida en Europa por William Montgomerie , un cirujano escocés al servicio de la Compañía Británica de las Indias Orientales . [6] : 26–27 Veinte años antes, Montgomerie había visto látigos hechos de gutapercha en Singapur , y creyó que sería útil 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 hasta Calais . [7] En 1847, William Siemens , entonces oficial del ejército de Prusia, tendió el primer cable submarino exitoso usando aislamiento de gutapercha, a través del Rin entre Deutz y Colonia . [8] En 1849, Charles Vincent Walker , electricista del Ferrocarril del Sudeste , sumergió 3 km (2 mi) de cable recubierto de gutapercha en la costa de Folkestone, que fue probado con éxito. [6] : 26–27
En agosto de 1850, tras haber obtenido previamente una concesión del gobierno francés, la English Channel Submarine Telegraph Company de John Watkins Brett tendió la primera línea a través del Canal de la Mancha , utilizando el remolcador reconvertido Goliath . Se trataba simplemente de un cable de cobre recubierto de gutapercha , sin ninguna otra protección, y no tuvo éxito. [6] : 192–193 [9] Sin embargo, el experimento sirvió para asegurar la renovación de la concesión, y en septiembre de 1851, la reconstituida Submarine Telegraph Company tendió un núcleo protegido, o cable verdadero, desde un casco del gobierno , el Blazer , que fue remolcado a través del Canal. [6] : 192–193 [10] [7]
En 1853, se instalaron más cables con éxito, uniendo Gran Bretaña con Irlanda , Bélgica y los Países Bajos , y cruzando The Belts en Dinamarca . [6] : 361 La British & Irish Magnetic Telegraph Company completó el primer enlace irlandés exitoso el 23 de mayo entre Portpatrick y Donaghadee utilizando el carbonero William Hutt . [6] : 34–36 El mismo barco fue utilizado para el enlace de Dover a Ostende en Bélgica, por la Submarine Telegraph Company. [6] : 192–193 Mientras tanto, la Electric & International Telegraph Company completó dos cables a través del Mar del Norte , desde Orford Ness a Scheveningen , en los Países Bajos. Estos cables fueron instalados por Monarch , un barco de vapor que más tarde se convirtió en el primer barco con equipo permanente para el tendido de cables. [6] : 195
En 1858, el barco de vapor Elba se utilizó para tender un cable telegráfico de Jersey a Guernsey , a Alderney y luego a Weymouth ; el cable se completó con éxito en septiembre de ese año. Pronto surgieron problemas y en 1860 se produjeron once roturas debido a tormentas, movimientos de mareas y arena y desgaste de las rocas. Un informe a la Institución de Ingenieros Civiles en 1860 expuso los problemas para ayudar en futuras operaciones de tendido de cables. [11]
En la guerra de Crimea, varias formas de telegrafía desempeñaron un papel importante; esto fue una novedad. Al comienzo de la campaña había una línea telegráfica en Bucarest conectada con Londres. En el invierno de 1854, los franceses extendieron la línea telegráfica hasta la costa del Mar Negro . En abril de 1855, los británicos instalaron un cable submarino desde Varna hasta la península de Crimea para que las noticias de la guerra de Crimea pudieran llegar a Londres en pocas horas. [12]
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 tendieran uno en 1858. [7] Sin embargo, la tecnología de la época no era capaz de sustentar 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. Great Eastern luego tendió el primer cable que llegaba a la India desde Adén, Yemen, en 1870.
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 en la oferta como en la demanda. En términos de oferta, Gran Bretaña tenía empresarios dispuestos a invertir enormes cantidades de capital necesarias para construir, tender y mantener estos cables. En términos de demanda, el vasto imperio colonial británico generó negocios para las compañías de cable con agencias de noticias, compañías comerciales y navieras y el gobierno británico. Muchas de las colonias británicas tenían poblaciones significativas de colonos europeos, lo que hacía que las noticias sobre ellos fueran de interés para el público en general en el país de origen.
Los funcionarios británicos creían que depender de las líneas telegráficas que pasaban por territorio no británico planteaba un riesgo de 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 a la inversa prepararon estrategias para interrumpir rápidamente las comunicaciones enemigas. [13] La primera acción de Gran Bretaña después de declarar la guerra a Alemania en la Primera Guerra Mundial fue hacer que el barco de cable Alert (no el CS Telconia como se informó con frecuencia) [14] cortara los cinco cables que unían a Alemania con Francia, España y las Azores, y a través de ellos, América del Norte. [15] A partir de entonces, la única forma en que Alemania podía comunicarse era por radio, y eso significaba que la Sala 40 podía escuchar.
Los cables submarinos eran un beneficio económico para las compañías comerciales, porque los propietarios de los barcos podían comunicarse con los capitanes cuando llegaban a su destino y darles instrucciones sobre dónde ir a recoger la carga basándose en la información de precios y 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 para relacionarse diplomáticamente con otras naciones y comunicarse con sus unidades militares en tiempos de guerra. La ubicación geográfica del territorio británico también era una ventaja, ya que incluía tanto a Irlanda en el lado este del océano Atlántico como a Terranova en América del Norte en el lado oeste, lo que lo convertía en la ruta más corta para cruzar el océano, lo que reducía significativamente los costos.
Algunos datos ponen en perspectiva este predominio de la industria. 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 todavía era del 42,7 por ciento. [16] Durante la Primera Guerra Mundial , las comunicaciones telegráficas de Gran Bretaña fueron casi completamente ininterrumpidas, mientras que pudo cortar rápidamente los cables alemanes en todo el mundo. [13]
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 enlace crucial a Arabia Saudita . [17] En 1870, Bombay se conectó 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 compañías se combinaron para formar la gigantesca Eastern Telegraph Company , propiedad de John Pender . Una escisión de la Eastern Telegraph Company fue una segunda empresa hermana, la Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, comúnmente conocida simplemente como "la Extensión". En 1872, Australia se conectó por cable a Bombay a través de Singapur y China y en 1876, el cable unió el Imperio Británico desde Londres a Nueva Zelanda. [18]
Los primeros cables transpacíficos que proporcionaron servicio telegráfico se completaron en 1902 y 1903, uniendo el territorio continental de Estados Unidos con Hawái en 1902 y Guam con Filipinas en 1903. [19] Canadá, Australia, Nueva Zelanda y Fiji también se conectaron en 1902 con el segmento transpacífico de la All Red Line . [20] 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 dio permiso para cesar las operaciones. [21]
El primer cable telefónico transpacífico se tendió desde Hawái hasta Japón en 1964, con una extensión desde Guam hasta Filipinas. [22] También en 1964, el Commonwealth Pacific Cable System (COMPAC), con capacidad para 80 canales telefónicos, se abrió al tráfico desde Sídney hasta Vancouver, y en 1967, el sistema South East Asia Commonwealth (SEACOM), con capacidad para 160 canales telefónicos, se abrió al tráfico. Este sistema utilizaba radio de microondas desde Sídney hasta Cairns (Queensland), cable que iba desde Cairns hasta Madang ( Papúa Nueva Guinea ), Guam , Hong Kong , Kota Kinabalu (capital de Sabah , Malasia), Singapur , y luego por tierra por radio de microondas hasta Kuala Lumpur . En 1991, el sistema North Pacific Cable fue el primer sistema regenerativo (es decir, con repetidores ) en cruzar completamente el Pacífico desde el continente estadounidense hasta Japón. La parte estadounidense del NPC se fabricó en Portland, Oregón, entre 1989 y 1991 en STC Submarine Systems y, más tarde, en Alcatel Submarine Networks. El sistema fue instalado por Cable & Wireless Marine en la CS Cable Venture .
Los cables transatlánticos del siglo XIX consistían en una capa exterior de alambre de hierro y más tarde de acero, envoltura de caucho de la India, envoltura de gutapercha , que rodeaba un cable de cobre multifilar en el núcleo. Las porciones más cercanas a cada desembarco en tierra tenían cables de armadura protectora 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 envoltura de cables para cables submarinos con una fábrica en 1857 que se convirtió en WT Henley's Telegraph Works Co., Ltd. [23] [24] La India Rubber, Gutta Percha and Telegraph Works Company , fundada por la familia Silver y que dio ese nombre a una sección de Londres , proporcionó núcleos a Henley's, además de fabricar y tender cables terminados. [24] En 1870, William Hooper fundó Hooper's Telegraph Works para fabricar su núcleo de caucho vulcanizado patentado , en un principio para abastecer a otros fabricantes de cables terminados, que comenzaron a competir con los núcleos de gutapercha. La empresa se expandió más tarde a la fabricación y el tendido de cables completos, incluida la construcción del primer barco cablero diseñado específicamente para tender cables transatlánticos. [24] [25] [26]
La gutapercha y el caucho no fueron reemplazados como aislantes 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 utilizó no se colocó hasta 1945 durante la Segunda Guerra Mundial a través del Canal de la Mancha . [27] En la década de 1920, el ejército estadounidense experimentó con cables aislados con caucho como una 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 parte de John T. Blake del caucho desproteinizado mejoró la impermeabilidad de los cables al agua. [28]
Muchos de los primeros cables sufrieron los ataques de la vida marina. El aislamiento podía ser comido, por ejemplo, por especies de teredos (gusanos marinos) y xilófagos . El cáñamo colocado entre el blindaje de alambre de acero proporcionaba a las plagas una ruta por la que abrirse paso. El blindaje dañado, que no era infrecuente, también proporcionaba una entrada. Se han registrado casos de tiburones que mordían cables y ataques de peces sierra . En un caso en 1873, una ballena dañó el cable del golfo Pérsico entre Karachi y Gwadar . Al parecer, la ballena estaba intentando utilizar el cable para limpiar percebes en un punto en el que el cable descendía por un desnivel pronunciado. 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 llevaba el cuerpo de la ballena muerta. [29]
Los primeros cables telegráficos submarinos de larga distancia presentaban formidables problemas eléctricos. A diferencia de los cables modernos, la tecnología del siglo XIX no permitía la instalación de amplificadores repetidores en línea en el cable. Se utilizaban voltajes elevados para intentar superar la resistencia eléctrica de su enorme longitud, pero la capacitancia e inductancia distribuidas de los cables se combinaban para distorsionar los pulsos telegráficos en la línea, lo que reducía el ancho de banda del cable y limitaba gravemente la velocidad de datos para la operación telegráfica a 10-12 palabras por minuto .
Ya en 1816, Francis Ronalds había observado que las señales eléctricas se ralentizaban al pasar a través de un cable o núcleo aislado tendido bajo tierra, y describió la causa como inducción, utilizando la analogía de una botella de Leyden larga . [30] [31] El mismo efecto fue observado por Latimer Clark (1853) en núcleos sumergidos en agua, y particularmente en el largo cable entre Inglaterra y La Haya. Michael Faraday demostró que el efecto era causado por la capacitancia entre el cable y la tierra (o agua) que lo rodeaba. Faraday había notado que cuando un cable se carga desde 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 a lo largo. 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 entre sí, la carga excitadora 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 una señal viaja a través del conductor del cable.
Los primeros diseños de cables no analizaron estos efectos correctamente. Es bien sabido que EOW Whitehouse había desestimado los problemas e insistió en que era factible un cable transatlántico. Cuando posteriormente se convirtió en electricista jefe de la Atlantic Telegraph Company , se vio envuelto en una disputa pública con William Thomson . Whitehouse creía que, con suficiente voltaje, cualquier cable podría funcionar. Thomson creía que su ley de los cuadrados demostraba 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 haciendo resonar el cable, y un galvanómetro de espejo de haz de luz sensible para detectar las débiles señales telegráficas. Thomson se hizo rico con las regalías de estos inventos y de varios 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 del campo geomagnético en los cables submarinos también motivaron muchas de las primeras expediciones polares .
Thomson había realizado un análisis matemático de la propagación de señales eléctricas en cables telegráficos basándose en su capacitancia y resistencia, pero como los cables submarinos largos funcionaban a velocidades lentas, no incluyó los efectos de la inductancia. En 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 datos y voz de alta velocidad.
Si bien la instalación de un cable telefónico transatlántico se consideró seriamente a partir de la década de 1920, la tecnología necesaria para unas telecomunicaciones económicamente viables no se desarrolló hasta la década de 1940. Un primer intento de instalar un cable telefónico " pupinizado " (con bobinas de carga añadidas a intervalos regulares) fracasó a principios de la década de 1930 debido a la Gran Depresión .
El TAT-1 (Transatlantic No. 1) fue el primer sistema de cable telefónico transatlántico . Entre 1955 y 1956, se tendió un cable entre la bahía de Gallanach, cerca de Oban , Escocia, y Clarenville, Terranova y Labrador , en Canadá. Se inauguró el 25 de septiembre de 1956 y transportaba inicialmente 36 canales telefónicos.
En la década de 1960, los cables transoceánicos eran cables coaxiales que transmitían señales de banda vocal multiplexadas en frecuencia . Una corriente continua de alto voltaje en el conductor interno alimentaba repetidores (amplificadores bidireccionales colocados a intervalos a lo largo del cable). Los repetidores de primera generación siguen estando entre los amplificadores de tubo de vacío más confiables jamás diseñados. [32] Los posteriores fueron transistorizados. Muchos de estos cables todavía 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 ondas sísmicas y otros eventos geomagnéticos. [33]
En 1942, Siemens Brothers de New Charlton , Londres, en colaboración con el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido , adaptó la tecnología del cable de comunicaciones submarino 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. [34]
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. El TAT-8 tenía dos pares operativos y un par de respaldo. A excepción de las 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 , normalmente un amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA). Cada repetidor contiene equipos separados para cada fibra. Estos incluyen reformado de señal, medición de errores y controles. Un láser de estado sólido envía la señal a la siguiente longitud de fibra. El láser de estado sólido excita una pequeña longitud de fibra dopada que actúa como un amplificador láser. A medida que la luz pasa a través de 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 amplificadores EDFA se utilizaron por primera vez en cables submarinos en 1995. [35]
Los repetidores se alimentan mediante una corriente continua constante que pasa por el conductor cerca del centro del cable, de modo que todos los repetidores de un cable están en serie. El equipo de alimentación de energía se instala en las estaciones terminales. Normalmente, 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 en la mitad del cable en condiciones de funcionamiento normal. Los amplificadores o repetidores obtienen su energía de la diferencia de potencial entre ellos. El voltaje que pasa por el cable suele estar entre 3000 y 15 000 V CC a una corriente de hasta 1100 mA, y la corriente aumenta al disminuir el voltaje; la corriente a 10 000 V CC es de hasta 1650 mA. Por lo tanto, la cantidad total de energía enviada al cable suele ser de hasta 16,5 kW. [36] [37]
La fibra óptica utilizada en los cables submarinos se elige por su claridad excepcional, que permite tramos de más de 100 kilómetros (62 millas) entre repetidores para minimizar el número de amplificadores y la distorsión que causan. Los cables no repetidos son más baratos que los cables repetidos y su distancia máxima de transmisión es limitada, aunque esto ha aumentado con los años; en 2014, se encontraban 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. [38]
La creciente demanda de estos cables de fibra óptica superó la capacidad de proveedores como AT&T. [ ¿Cuándo? ] El hecho de tener que desviar el tráfico a los satélites dio como resultado señales de menor calidad. Para abordar este problema, AT&T tuvo que mejorar sus capacidades de tendido de cables. Invirtió 100 millones de dólares en la producción de dos buques especializados en tendido de cables de fibra óptica. Estos incluían laboratorios en los barcos para empalmar cables y probar sus propiedades eléctricas. Este control de campo es importante porque el vidrio del cable de fibra óptica es menos maleable que el cable de cobre que se había utilizado 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 que tendían cables de cobre no tenían que lidiar. [39]
Originalmente, los cables submarinos eran simples conexiones punto a punto. Con el desarrollo de las unidades de ramificación submarina (SBU), más de un destino podía ser atendido por un solo sistema de cable. Los sistemas de cable modernos ahora suelen tener sus fibras dispuestas en un anillo autorreparador para aumentar su redundancia, con las secciones submarinas siguiendo diferentes caminos en el fondo del océano . Una razón para 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 la capacidad de respaldo no es necesaria, la capacidad del país es lo suficientemente pequeña como para ser respaldada por otros medios o tener respaldo se considera demasiado caro.
Otro desarrollo de rutas redundantes que va más allá del enfoque de anillos autorreparables es la red en malla , en la que se utilizan equipos de conmutación rápida para transferir servicios entre rutas de red con poco o ningún efecto sobre los protocolos de nivel superior si una ruta deja de funcionar. A medida que se disponga de más rutas 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 una transmisión a largo plazo y sin errores a 100 Gbps a través del océano Atlántico" en rutas de hasta 6.000 km (3.700 mi), [40] lo que significa que un cable típico puede transportar decenas de terabits por segundo a través del océano. Las velocidades mejoraron rápidamente en los últimos años, y apenas tres años antes, en agosto de 2009, se habían ofrecido 40 Gbit/s en esa ruta. [41]
La conmutación y el enrutamiento totalmente por mar generalmente aumentan la distancia y, por lo tanto, la latencia del viaje de ida y vuelta en más del 50%. Por ejemplo, el retraso del viaje de ida y vuelta (RTD) o 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 es de solo 5600 km (3500 mi), [42] esto requiere atravesar varias masas de tierra ( Irlanda , Terranova , Isla del Príncipe Eduardo y el istmo que conecta Nuevo Brunswick con Nueva Escocia ), así como la extremadamente mareal Bahía de Fundy y una ruta terrestre a lo largo de la costa norte de Massachusetts desde Gloucester a Boston y a través de áreas bastante edificadas hasta el propio Manhattan . En teoría, el uso de esta ruta terrestre parcial podría dar como resultado tiempos de ida y vuelta inferiores a 40 ms (que es el tiempo mínimo de la velocidad de la luz), y sin contar la conmutación. En rutas con menos tierra en el camino, los tiempos de ida y vuelta pueden acercarse a los mínimos de la velocidad de la luz en el largo plazo.
El tipo de fibra óptica que se utiliza en cables no repetidos y muy largos suele ser PCSF (núcleo de sílice puro) debido a su baja pérdida de 0,172 dB por kilómetro cuando transporta una luz láser de longitud de onda de 1550 nm. La gran dispersión cromática de PCSF significa que su uso requiere equipos de transmisión y recepción diseñados con esto en mente; esta propiedad también se puede utilizar para reducir la interferencia cuando se transmiten múltiples canales a través de una sola fibra utilizando multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que permite transmitir múltiples canales de portadoras ópticas a través de una sola fibra, cada uno de los cuales transporta su propia información. [43] WDM está limitado por el ancho de banda óptico de los amplificadores utilizados para transmitir datos a través del cable y por el espaciado entre las frecuencias de las portadoras ópticas; sin embargo, este espaciado mínimo también está limitado, siendo el espaciado mínimo a menudo de 50 GHz (0,4 nm). El uso de WDM puede reducir la longitud máxima del cable, aunque esto se puede superar diseñando equipos con esto en mente.
Los amplificadores ópticos de postes, que se utilizan para aumentar la potencia 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 +24 dBm de forma asequible. El uso de una fibra dopada con erbio-iterbio permite una ganancia de +33 dBm, aunque nuevamente la cantidad de potencia que se puede introducir en la fibra es limitada. En las configuraciones de portadora única, la limitación dominante es la modulación de fase propia inducida por el efecto Kerr , que limita la amplificación a +18 dBm por fibra. En las configuraciones WDM, la limitación debida a la modulación de fase cruzada se vuelve predominante. A menudo se utilizan preamplificadores ópticos para anular el ruido térmico del receptor. Al bombear el preamplificador con un láser de 980 nm se obtiene un ruido de 3,5 dB como máximo, mientras que con un láser de 1480 nm se suele obtener un ruido de 5 dB. El ruido debe filtrarse mediante filtros ópticos.
La amplificación Raman se puede utilizar para ampliar el alcance o la capacidad de un cable sin repetidor, lanzando 2 frecuencias en una sola fibra; una que transporta señales de datos a 1550 nm y la otra que las bombea a 1450 nm. Lanzar una frecuencia de bombeo (luz láser de bombeo) a una potencia de solo un vatio conduce a un aumento del 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 eléctrica llamados preamplificadores ópticos remotos (ROPAs); estos hacen que un cable cuente como no repetidor ya que los repetidores no requieren energía eléctrica, pero sí requieren una luz láser de bombeo para transmitirse junto con los datos transportados por el cable; la luz de bombeo y los datos a menudo se transmiten en fibras físicamente separadas. El ROPA contiene una fibra dopada que utiliza la luz de bombeo (a menudo una luz láser de 1480 nm) para amplificar las señales de datos transportadas por el resto de las fibras. [38]
La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se implementó por primera vez en cables submarinos de fibra óptica entre los años 1990 y 2000 [44] , seguida por la multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM ) alrededor de 2007. Cada fibra puede transportar 30 longitudes de onda a la vez. Los cables submarinos con multiplexación por división espacial (SDM) tienen al menos 12 pares de fibras, lo que supone un aumento respecto del máximo de 8 pares que se encuentra en los cables submarinos convencionales, y se han implementado cables submarinos con hasta 24 pares de fibras [45] [46] El tipo de modulación empleado en un cable submarino puede tener un impacto importante en su capacidad [47] [48] La SDM se combina con la DWDM para mejorar la capacidad [49] .
El concepto de cable abierto permite el diseño de un cable submarino independientemente de los transpondedores que se utilizarán para transmitir datos a través del cable. [50] [51] [52] [53] SLTE (Submarine Line Terminal Equipment) tiene transpondedores y un ROADM ( Reconfigurable optical add-drop multiplexer ) utilizado para manejar las señales en el cable [54] [55] mediante control de software. El ROADM se utiliza para mejorar la confiabilidad del cable al permitirle operar incluso si tiene fallas. [56] Este equipo está ubicado dentro de una estación de aterrizaje de cable (CLS). C-OTDR (Coherent Optical Time Domain Reflectometry) se utiliza en cables submarinos para detectar la ubicación de fallas en el cable. [57] La planta húmeda de un cable submarino comprende el cable en sí, unidades de ramificación, repetidores y posiblemente OADMs ( Optical add-drop multiplexers ). [58] [59]
En la actualidad, el 99% del tráfico de datos que atraviesa los océanos se realiza mediante cables submarinos. [60] La fiabilidad de los cables submarinos es alta, especialmente cuando (como se ha señalado anteriormente) hay múltiples rutas disponibles en caso de rotura del cable. Además, la capacidad total de transporte de los cables submarinos es del orden de los terabits por segundo, mientras que los satélites suelen ofrecer sólo 1.000 megabits por segundo y presentan una latencia mayor . Sin embargo, la construcción de un sistema típico de cable submarino transoceánico de varios terabits cuesta varios cientos de millones de dólares. [61]
Como resultado de su costo y utilidad, estos cables son muy valorados no sólo 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 Australiana de Comunicaciones y Medios (ACMA) ha creado zonas de protección que restringen las actividades que podrían dañar los cables que unen a Australia con el resto del mundo. La ACMA también regula todos los proyectos de instalación de nuevos cables submarinos. [62]
Los cables submarinos son importantes para las fuerzas armadas modernas y para las empresas privadas. El ejército estadounidense , por ejemplo, utiliza la red de cables submarinos para la transferencia de datos desde zonas de conflicto al personal de mando en Estados Unidos. La interrupción de la red de cables durante operaciones intensas podría tener consecuencias directas para los militares sobre el terreno. [63]
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 . [64] Dos cables financiados privadamente, no consorciados, se construyeron a fines de la década de 1990, lo que precedió a una carrera especulativa masiva para construir cables financiados privadamente que alcanzó un pico de más de $ 22 mil millones de inversión entre 1999 y 2001. A esto le siguió la quiebra y reorganización de operadores de cable como Global Crossing , 360networks , FLAG , Worldcom y Asia Global Crossing. Tata Communications ' Global Network (TGN) es la única red de fibra de propiedad absoluta que rodea el planeta. [65]
La mayoría de los cables del siglo XX cruzaban el océano Atlántico para conectar Estados Unidos y Europa. Sin embargo, la capacidad en el océano Pacífico se amplió considerablemente 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 creciente importancia de los mercados asiáticos en la economía mundial. [66]
Tras décadas de fuertes inversiones en mercados ya desarrollados, como las rutas transatlánticas y transpacíficas, en el siglo XXI se intensificaron los esfuerzos para ampliar la red de cables submarinos para que sirviera al mundo en desarrollo . Por ejemplo, en julio de 2009, una línea de cable submarino de fibra óptica conectó a África Oriental a la Internet más amplia. La empresa que proporcionó este nuevo cable fue SEACOM , que es propiedad en un 75% de inversores de África Oriental y Sudáfrica. [67] El proyecto se retrasó un mes debido al aumento de la piratería a lo largo de la costa. [68]
Las inversiones en cables presentan un riesgo comercial porque los cables cubren 6.200 km de fondo oceánico y atraviesan cadenas montañosas y grietas submarinas. Por ello, la mayoría de las empresas sólo adquieren capacidad una vez que el cable está terminado. [69] [70] [71] [72]
La Antártida es el único continente al que aún no se ha llegado con un cable submarino de telecomunicaciones. El tráfico telefónico, de vídeo y de correo electrónico debe transmitirse al resto del mundo a través de enlaces satelitales que tienen una disponibilidad y una capacidad limitadas. Las bases del propio continente pueden comunicarse entre sí por radio , pero se trata sólo de 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 enorme tensión del hielo que se eleva hasta 10 metros (33 pies) por año. Por lo tanto, conectarse a la red troncal de Internet más grande con el alto ancho de banda que ofrece el cable de fibra óptica sigue siendo un desafío económico y técnico aún inviable en la Antártida. [73]
Hay varios proyectos en marcha en el Ártico , incluido el " Polar Express " de 12.650 km [74] y el Far North Fiber de 14.500 km . [75]
Los cables pueden romperse por arrastreros , anclas, terremotos, corrientes de turbidez e incluso mordeduras de tiburones. [76] [77] Con base en estudios 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 media de averías en cables fue de 3,7 por 1.000 km (620 mi) al año entre 1959 y 1979. Esa tasa se redujo a 0,44 averías por 1.000 km al año después de 1985, debido al enterramiento generalizado de cables a partir de 1980. [78] Aun así, las roturas de cables no son de ninguna manera una cosa del pasado, con más de 50 reparaciones al año solo en el Atlántico, [79] y roturas significativas en 2006 , 2008 , 2009 y 2011 .
La propensión de las redes de arrastre de los barcos pesqueros a causar averías en los cables bien puede haber sido explotada durante la Guerra Fría . Por ejemplo, en febrero de 1959, se produjeron 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 del diario 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 fueron tirados hacia la cubierta para liberar 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 la violación del protocolo internacional. [80]
Las estaciones costeras pueden localizar una rotura en un cable mediante mediciones eléctricas, como por ejemplo mediante reflectometría de dominio temporal de espectro ensanchado (SSTDR), un tipo de reflectometría de dominio temporal que se puede utilizar en entornos reales muy rápidamente. En la actualidad, la SSTDR puede recopilar un conjunto completo de datos en 20 ms. [81] 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 rotura.
Se enviará un barco de reparación de cables al lugar para dejar caer una boya marcadora cerca de la rotura. Se utilizan varios tipos de pinzas según la situación. Si el fondo marino en cuestión es arenoso, se utiliza una pinza con puntas rígidas para arar bajo la superficie y atrapar el cable. Si el cable está en una superficie marina rocosa, la pinza es más flexible, con ganchos a lo largo de su longitud para que pueda ajustarse a la superficie cambiante. [82] En aguas especialmente profundas, el cable puede no ser lo suficientemente fuerte como para levantarse como una sola unidad, por lo que se utiliza una pinza especial que corta el cable poco después de que se haya enganchado y solo se lleva una longitud de cable a la superficie a la vez, tras lo cual se empalma una nueva sección. [83] El cable reparado es más largo que el original, por lo que el exceso se coloca deliberadamente en forma de "U" en el fondo marino . Se puede utilizar un sumergible para reparar cables que se encuentran en aguas menos profundas.
Varios puertos cercanos a importantes rutas de cables se convirtieron en el hogar de barcos especializados en reparación de cables. Halifax , Nueva Escocia , fue el hogar de media docena de estos barcos durante la mayor parte del siglo XX, incluidos barcos de larga duración como el CS Cyrus West Field , el CS Minia y el CS Mackay-Bennett . Los 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 ".
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 bandos para redirigir el flujo de información hacia cables que estaban siendo monitoreados. Los esfuerzos más ambiciosos ocurrieron en la Primera Guerra Mundial , cuando las fuerzas británicas y alemanas intentaron sistemáticamente destruir los sistemas de comunicaciones mundiales de los demás cortando sus cables con barcos de superficie o submarinos. [84] 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 las escuchas telefónicas.
La presencia de cables en los océanos puede suponer un peligro para la vida marina. Con la proliferación de instalaciones de cables y la creciente demanda de interconectividad que demanda la sociedad actual, el impacto medioambiental va en aumento.
Los cables submarinos pueden afectar la vida marina de diversas maneras.
Los ecosistemas del fondo marino pueden verse alterados por la instalación y el mantenimiento de cables. Los efectos de la instalación de cables suelen limitarse a zonas específicas. La intensidad de la perturbación depende del método de instalación.
Los cables se suelen tender en la denominada zona bentónica del fondo marino. La zona bentónica es la región ecológica del fondo del mar donde habitan bentos, almejas y cangrejos, y donde se encuentran los sedimentos superficiales, que son depósitos de materia y partículas en el agua que proporcionan un hábitat a las especies marinas.
Los sedimentos pueden resultar dañados por la instalación de cables al excavar zanjas con chorros de agua o con arado, lo que puede provocar la reelaboración de los sedimentos, alterando el sustrato del que están compuestos.
Según varios estudios, la biota de la zona bentónica se ve poco afectada por la presencia de cables. Sin embargo, la presencia de cables puede provocar alteraciones del comportamiento en los organismos vivos. [85] La principal observación es que la presencia de cables proporciona un sustrato duro para la fijación de las anémonas. Estos organismos se encuentran en gran número alrededor de cables que pasan por sedimentos blandos, que normalmente no son adecuados para estos organismos. Este también es el caso de los peces planos . Aunque poco observado, la presencia de cables también puede cambiar la temperatura del agua y, por lo tanto, perturbar el hábitat natural circundante.
Sin embargo, estas perturbaciones no son muy persistentes en el tiempo y pueden estabilizarse en pocos días. Los operadores de cable están tratando de implementar medidas para tender los cables de tal manera que se eviten las zonas con ecosistemas sensibles y vulnerables.
El enredo de animales marinos en cables es una de las principales causas de daños en los mismos. Las ballenas y los cachalotes son los principales animales que se enredan en cables y los dañan. El encuentro entre estos animales y los cables puede causar lesiones y, en ocasiones, la muerte. Estudios realizados entre 1877 y 1955 informaron de 16 roturas de cables causadas por enredos de ballenas, 13 de ellas por cachalotes. Entre 1907 y 2006, se registraron 39 eventos de este tipo. [86] Las técnicas de enterramiento de cables se están introduciendo gradualmente para prevenir este tipo de incidentes.
Aunque los cables submarinos se encuentran en el fondo del mar , la actividad pesquera puede dañarlos. Los pescadores que utilizan técnicas de pesca que implican raspar el fondo marino o arrastrar equipos como redes de arrastre o jaulas pueden dañar los cables, lo que provoca la pérdida de líquidos y de los materiales químicos y tóxicos que los componen.
Las zonas con alta densidad de cables submarinos tienen la ventaja de estar más protegidas frente a la pesca. A expensas de las zonas bentónicas y sedimentarias, la fauna marina está mejor protegida en estas regiones marítimas, gracias a las limitaciones y prohibiciones. Los estudios han demostrado un efecto positivo sobre la fauna que rodea las zonas de instalación de cables. [87]
Los cables submarinos están hechos de cobre o fibras ópticas , rodeadas de varias capas protectoras de plástico, alambre o materiales sintéticos. Los cables también pueden estar compuestos de fluidos dieléctricos o fluidos de hidrocarburos , que actúan como aislantes eléctricos. Estas sustancias pueden ser dañinas para la vida marina. [88]
La pesca, los cables viejos y las especies marinas que chocan con ellos o se enredan con ellos pueden dañarlos y esparcir sustancias tóxicas y nocivas al mar. Sin embargo, el impacto de los cables submarinos es limitado en comparación con otras fuentes de contaminación oceánica.
También existe el riesgo de liberación de contaminantes enterrados en los sedimentos. Cuando los sedimentos vuelven a quedar en suspensión debido a la instalación de cables, pueden liberarse sustancias tóxicas como hidrocarburos.
Los análisis preliminares permiten evaluar el nivel de toxicidad de los sedimentos y seleccionar una ruta de cableado que evite la removilización y dispersión de contaminantes de los sedimentos. Además, las técnicas nuevas y más modernas permitirán utilizar materiales menos contaminantes para la construcción de los cables. [86]
La instalación y el mantenimiento de los cables requieren el uso de maquinaria y equipos que puedan generar ondas sonoras u ondas electromagnéticas que puedan perturbar a los animales que utilizan las ondas para orientarse en el espacio o para comunicarse. Las ondas sonoras submarinas dependen del equipo utilizado, de las características de la zona del fondo marino donde se ubican los cables y del relieve de la zona. [86]
El ruido y las olas submarinas pueden modificar el comportamiento de ciertas especies submarinas, como el comportamiento migratorio, alterando la comunicación o la reproducción. La información disponible indica que el ruido submarino generado por las operaciones de ingeniería de cables submarinos tiene una huella acústica limitada y una duración limitada. [89]
