150 năm trước, vào ngày 16 tháng 8 năm 1858, Tổng thống Hoa Kỳ James Buchanan đã nhận được một bức điện chúc mừng từ Nữ hoàng Victoria và gửi lại bà một thông điệp. Cuộc trao đổi thông điệp chính thức đầu tiên qua cáp điện báo xuyên Đại Tây Dương mới được đặt được đánh dấu bằng một cuộc diễu hành và bắn pháo hoa trên Tòa thị chính New York. Các lễ hội bị lu mờ bởi một vụ hỏa hoạn xảy ra vì lý do này, và sau 6 tuần, cáp bị hỏng. Đúng vậy, thậm chí trước đó anh ấy làm việc không tốt lắm - thông điệp của nữ hoàng được truyền đi trong vòng 16,5 giờ.
Từ ý tưởng đến dự án
Đề xuất về Điện tín và Đại Tây Dương đầu tiên là một kế hoạch chuyển tiếp, trong đó các thông điệp được gửi bằng tàu sẽ được đánh điện từ Newfoundland đến phần còn lại của Bắc Mỹ. Vấn đề là việc xây dựng một đường dây điện báo dọc theo địa hình khó khăn của hòn đảo.
Yêu cầu giúp đỡ từ kỹ sư phụ trách dự án đã thu hút người Mỹdoanh nhân và nhà tài chính Cyrus Field. Trong quá trình làm việc, anh đã vượt đại dương hơn 30 lần. Bất chấp những thất bại mà Field gặp phải, sự nhiệt tình của anh ấy đã dẫn đến thành công.
Doanh nhân này ngay lập tức nảy ra ý tưởng chuyển khoản xuyên Đại Tây Dương. Không giống như các hệ thống trên cạn, trong đó các xung được tái tạo bằng rơ le, đường xuyên đại dương phải đi qua bằng một sợi cáp duy nhất. Field nhận được sự đảm bảo từ Samuel Morse và Michael Faraday rằng tín hiệu có thể được truyền qua một khoảng cách xa.
William Thompson đã cung cấp cơ sở lý thuyết cho điều này bằng cách xuất bản định luật bình phương nghịch đảo vào năm 1855. Thời gian tăng của xung truyền qua cáp không có tải cảm ứng được xác định bằng hằng số thời gian RC của một dây dẫn có chiều dài L, bằng rcL2, trong đó r và c là điện trở và điện dung trên một đơn vị chiều dài, tương ứng. Thomson cũng đóng góp vào công nghệ cáp quang biển. Ông đã cải tiến điện kế gương, trong đó những sai lệch nhỏ nhất của gương do dòng điện gây ra được khuếch đại bằng cách chiếu lên màn hình. Sau đó, ông đã phát minh ra một thiết bị ghi lại tín hiệu bằng mực trên giấy.
Công nghệ cáp tàu ngầm được cải tiến sau khi gutta-percha xuất hiện vào năm 1843 ở Anh. Loại nhựa từ một loại cây có nguồn gốc từ bán đảo Mã Lai này là một chất cách điện lý tưởng vì nó là chất dẻo nhiệt, mềm khi đun nóng và trở lại dạng rắn khi nguội, giúp cách điện các dây dẫn dễ dàng hơn. Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ dưới đáy đại dương, tính chất cách nhiệt của nóđược cải thiện. Gutta-percha vẫn là vật liệu cách điện chính cho cáp ngầm cho đến khi phát hiện ra polyethylene vào năm 1933.
Dự án thực địa
Cyrus Field đã dẫn đầu 2 dự án, dự án đầu tiên thất bại và dự án thứ hai kết thúc thành công. Trong cả hai trường hợp, cáp bao gồm một dây 7 lõi được bao quanh bởi gutta-percha và được bọc thép bằng dây thép. Cây gai dầu mùn cung cấp khả năng bảo vệ chống ăn mòn. Hải lý của cáp 1858 nặng 907 kg. Cáp xuyên Đại Tây Dương năm 1866 nặng hơn, ở mức 1.622 kg / dặm, nhưng vì nó có khối lượng lớn hơn nên nó nhẹ hơn trong nước. Độ bền kéo lần lượt là 3t và 7,5t.
Tất cả các loại cáp đều có một dây dẫn nước trở lại. Mặc dù nước biển có ít lực cản hơn, nhưng nó vẫn chịu sự tác động của các dòng chảy. Nguồn điện được cung cấp bởi các nguồn dòng điện hóa học. Ví dụ, dự án năm 1858 có 70 phần tử 1,1 V mỗi phần tử. Các mức điện áp này kết hợp với việc bảo quản không đúng cách và bất cẩn đã khiến cáp xuyên Đại Tây Dương bị hỏng. Việc sử dụng điện kế gương làm cho nó có thể sử dụng điện áp thấp hơn trong các dòng tiếp theo. Vì điện trở xấp xỉ 3 ohms trên hải lý, ở khoảng cách 2000 dặm, có thể mang dòng điện có bậc một miliampe, đủ cho một điện kế gương, có thể được mang theo. Vào những năm 1860, một mã điện báo lưỡng cực đã được giới thiệu. Các dấu chấm và nét của mã Morse đã được thay thế bằng các xung có cực tính trái ngược nhau. Theo thời gian, phát triểncác chương trình phức tạp hơn.
Expeditions 1857-58 và 65-66
350.000 bảng Anh đã được huy động thông qua việc phát hành cổ phiếu để đặt tuyến cáp xuyên Đại Tây Dương đầu tiên. Chính phủ Mỹ và Anh đảm bảo lợi tức đầu tư. Nỗ lực đầu tiên được thực hiện vào năm 1857. Phải mất 2 tàu hơi nước, Agamemnon và Niagara, để vận chuyển cáp. Các thợ điện đã chấp thuận một phương pháp trong đó một con tàu đặt đường dây từ một trạm trên bờ và sau đó kết nối đầu kia với dây cáp trên một con tàu khác. Ưu điểm là nó duy trì kết nối điện liên tục với bờ biển. Nỗ lực đầu tiên kết thúc thất bại khi thiết bị đặt cáp bị lỗi cách xa 200 dặm. Nó bị mất ở độ sâu 3,7 km.
Năm 1857, kỹ sư trưởng của Niagara, William Everett, đã phát triển thiết bị đặt cáp mới. Một cải tiến đáng chú ý là phanh tự động kích hoạt khi lực căng đạt đến một ngưỡng nhất định.
Sau một cơn bão dữ dội suýt đánh chìm tàu Agamemnon, các con tàu gặp nhau ở giữa đại dương và vào ngày 25 tháng 6 năm 1858, bắt đầu đặt lại dây cáp xuyên Đại Tây Dương. Niagara đang di chuyển về phía tây, và Agamemnon đang di chuyển về phía đông. 2 lần thử đã được thực hiện, bị gián đoạn do hỏng cáp. Các con tàu quay trở lại Ireland để thay thế anh ta.
Ngày 17 tháng 7, hạm đội lại lên đường gặp nhau. Sau những trục trặc nhỏ, ca mổ đã thành công. Đi bộ với tốc độ không đổi 5–6 hải lý / giờ, vào ngày 4 tháng 8, tàu Niagara tiến vàoở Vịnh Trinity Newfoundland. Cùng ngày, tàu Agamemnon đến Vịnh Valentia ở Ireland. Nữ hoàng Victoria đã gửi tin nhắn chúc mừng đầu tiên được mô tả ở trên.
Cuộc thám hiểm năm 1865 đã thất bại cách Newfoundland 600 dặm, và chỉ có nỗ lực năm 1866 là thành công. Thông điệp đầu tiên trên đường dây mới được gửi từ Vancouver đến Luân Đôn vào ngày 31 tháng 7 năm 1866. Ngoài ra, người ta đã tìm thấy điểm cuối của một sợi cáp bị mất vào năm 1865, và đường dây này cũng đã được hoàn thành thành công. Tốc độ truyền là 6-8 từ mỗi phút với chi phí $ 10 / từ.
Liên lạc qua điện thoại
Năm 1919, công ty AT&T của Mỹ đã khởi xướng một nghiên cứu về khả năng đặt cáp điện thoại xuyên Đại Tây Dương. Năm 1921, một đường dây điện thoại nước sâu được đặt giữa Key West và Havana.
Năm 1928, người ta đề xuất đặt một tuyến cáp không có bộ lặp với một kênh thoại duy nhất xuyên Đại Tây Dương. Chi phí cao của dự án (15 triệu đô la) vào đỉnh điểm của cuộc Đại suy thoái, cũng như những cải tiến trong công nghệ vô tuyến, đã làm gián đoạn dự án.
Vào đầu những năm 1930, sự phát triển trong lĩnh vực điện tử đã giúp tạo ra một hệ thống cáp ngầm với các bộ lặp. Các yêu cầu về thiết kế bộ khuếch đại liên kết trung gian là chưa từng có, vì các thiết bị này phải hoạt động liên tục dưới đáy đại dương trong 20 năm. Các yêu cầu nghiêm ngặt được đặt ra đối với độ tin cậy của các bộ phận, đặc biệt là các ống chân không. Năm 1932, đã có đèn điện được thử nghiệm thành công trongtrong 18 năm. Các phần tử vô tuyến được sử dụng kém hơn đáng kể so với các mẫu tốt nhất, nhưng chúng rất đáng tin cậy. Kết quả là TAT-1 đã hoạt động trong 22 năm và không một chiếc đèn nào bị hỏng.
Một vấn đề khác là việc đặt bộ khuếch đại ở biển khơi ở độ sâu lên đến 4 km. Khi tàu dừng lại để đặt lại bộ lặp, các đường gấp khúc có thể xuất hiện trên cáp có giáp xoắn. Kết quả là, một bộ khuếch đại linh hoạt đã được sử dụng, có thể phù hợp với thiết bị được thiết kế cho cáp điện báo. Tuy nhiên, những hạn chế vật lý của bộ lặp linh hoạt đã giới hạn khả năng của nó đối với hệ thống 4 dây.
UK Post đã phát triển một phương pháp thay thế với các bộ lặp cứng có đường kính và công suất lớn hơn nhiều.
Thực hiện TAT-1
Dự án được khởi động lại sau Thế chiến thứ hai. Năm 1950, công nghệ khuếch đại linh hoạt đã được thử nghiệm bởi một hệ thống liên kết giữa Key West và Havana. Vào mùa hè năm 1955 và 1956, cáp điện thoại xuyên Đại Tây Dương đầu tiên được đặt giữa Oban ở Scotland và Clarenville trên đảo. Newfoundland, nằm ở phía bắc của các đường dây điện báo hiện có. Mỗi cáp dài khoảng 1950 hải lý và có 51 bộ lặp. Số lượng của chúng được xác định bởi điện áp tối đa tại các đầu nối có thể được sử dụng cho nguồn điện mà không ảnh hưởng đến độ tin cậy của các thành phần điện áp cao. Hiệu điện thế là + 2000 V ở một đầu và -2000 V ở đầu kia. Băng thông của hệ thống, tronghàng đợi được xác định bởi số bộ lặp lại.
Ngoài các bộ lặp, 8 bộ cân bằng dưới biển đã được lắp đặt trên đường đông tây và 6 bộ cân bằng âm thanh trên đường tây - đông. Họ đã sửa những dịch chuyển tích lũy trong dải tần. Mặc dù tổng suy hao trong băng thông 144 kHz là 2100 dB, việc sử dụng bộ cân bằng và bộ lặp đã giảm mức này xuống dưới 1 dB.
Bắt đầu TAT-1
Trong 24 giờ đầu tiên sau khi ra mắt vào ngày 25 tháng 9 năm 1956, 588 cuộc gọi đã được thực hiện từ London và Mỹ và 119 cuộc gọi từ London đến Canada. TAT-1 ngay lập tức tăng gấp ba lần dung lượng của mạng xuyên Đại Tây Dương. Băng thông cáp là 20-164 kHz, cho phép 36 kênh thoại (mỗi kênh 4 kHz), 6 trong số đó được chia giữa London và Montreal và 29 kênh giữa London và New York. Một kênh dành cho điện báo và dịch vụ.
Hệ thống cũng bao gồm kết nối đất liền qua Newfoundland và kết nối tàu ngầm tới Nova Scotia. Hai tuyến bao gồm một cáp dài 271 hải lý với 14 bộ lặp cứng được thiết kế bởi Bưu điện Vương quốc Anh. Tổng dung lượng là 60 kênh thoại, 24 trong số đó kết nối Newfoundland và Nova Scotia.
Cải tiến hơn nữa cho TAT-1
Dòng TAT-1 có giá 42 triệu đô la. Mức giá 1 triệu USD cho mỗi kênh đã kích thích sự phát triển của thiết bị đầu cuối sử dụng băng thông hiệu quả hơn. Số kênh thoại trong dải tần 48 kHz tiêu chuẩn đã được tăng từ 12 lên 16 bằng cách giảmchiều rộng của chúng từ 4 đến 3 kHz. Một sự đổi mới khác là phép nội suy giọng nói theo thời gian (TASI) được phát triển tại Bell Labs. TASI đã tăng gấp đôi số lượng mạch thoại nhờ tính năng tạm dừng giọng nói.
Hệ thống quang học
Cáp quang xuyên đại dương đầu tiên TAT-8 được đưa vào hoạt động năm 1988. Bộ lặp tái tạo xung bằng cách chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và ngược lại. Hai cặp sợi hoạt động ở tốc độ 280 Mbps. Năm 1989, nhờ có cáp Internet xuyên Đại Tây Dương này, IBM đã đồng ý tài trợ cho liên kết cấp độ T1 giữa Đại học Cornwall và CERN, điều này đã cải thiện đáng kể kết nối giữa các phần của châu Mỹ và châu Âu trong thời kỳ đầu của Internet.
Đến năm 1993, hơn 125.000 km TAT-8 đã hoạt động trên toàn thế giới. Con số này gần như tương ứng với tổng chiều dài của cáp quang biển tương tự. Năm 1992, TAT-9 đi vào hoạt động. Tốc độ trên mỗi sợi quang đã được tăng lên 580 Mbps.
Đột phá về công nghệ
Vào cuối những năm 1990, sự phát triển của bộ khuếch đại quang pha tạp erbium đã dẫn đến bước nhảy vọt về chất lượng của hệ thống cáp ngầm. Tín hiệu ánh sáng có bước sóng khoảng 1,55 micron có thể được khuếch đại trực tiếp và thông lượng không còn bị giới hạn bởi tốc độ của thiết bị điện tử. Hệ thống tăng cường quang học đầu tiên bay qua Đại Tây Dương là TAT 12/13 vào năm 1996. Tốc độ truyền trên mỗi cặp trong số hai cặp sợi là 5 Gbps.
Hệ thống quang học hiện đại cho phép truyền tải khối lượng lớn như vậydữ liệu mà sự dư thừa là rất quan trọng. Thông thường, cáp quang hiện đại như TAT-14 bao gồm 2 cáp xuyên Đại Tây Dương riêng biệt là một phần của cấu trúc liên kết vòng. Hai tuyến còn lại kết nối các trạm bờ biển ở mỗi bên của Đại Tây Dương. Dữ liệu được gửi xung quanh vòng theo cả hai hướng. Trong trường hợp bị vỡ, vòng sẽ tự sửa chữa. Lưu lượng được chuyển hướng đến các cặp cáp quang dự phòng trong cáp dịch vụ.
