新一代海底光纜綜合信息傳輸網技術發展現狀

　　摘要：由于海底光纜中繼通信、海底光纜接駁等技術的發展，新一代海底光纜通信將既具有傳統海底光纜通信網的通信功能，又能為海底用戶提供即插即用、穩定可靠的信息傳輸和電能供給，可作為海底觀測、導航定位、海底通信等應用系統的共用信息基礎設施。著眼于構建新一代海底光纜通信網，為服務未來海底各類預制系統、無人自主系統所需的水下物聯網開展預先基礎研究，介紹了最新的海底光纜信息傳輸網及其相關設備的最新發展情況以及該領域的發展趨勢，最后提出了海底光纜網絡面臨的挑戰。

　　關鍵詞：海洋信息; 海底光纜; 信息網絡; 觀測網; 水下通信; 水下物聯網

　　魏巍; 王增; 張偉; 何如龍; 舒暢; 樊誠; 喬小瑞， 光通信技術 發表時間：2021-11-26

　　0 引言

　　海洋信息網絡是發展海洋經濟、維護國家海洋權益的基礎。其中，海底光纜網絡是重要組成部分，在海洋資源開發、海洋防災減災、海洋生態環境保護、海洋科學研究和國家安全等領域有著廣泛的應用。國務院印發的《“十三五”國家信息化規劃》在重大任務和重點工程“陸海空天一體化信息網絡工程”中明確要求推進網絡設施建設，提出“推動海洋綜合觀測網絡由水面向水下和海底延伸”。當前，在政策\技術、市場等多重因素推動下，我國海底科學觀測、導航定位和通信等各類海底光纜綜合信息傳輸網絡即將開展規模建設[1]。目前，最常見的海底光纜通信網和海底光纜觀測網都為海底光纜傳輸網的一種應用形態，這種網絡還包括軍用的基于海底光纜的警戒網和導航定位授時網。

　　海底光纜綜合信息傳輸網絡是陸地信息與通信技術(ICT)技術在海洋領域的應用和延伸，目前在建的海底光纜網絡主要有海底通信網、海底觀測網、海底警戒網和海底導航定位授時網 4 種類型。隨著近幾年國內有中繼海光纜技術的成熟應用，以海底光纜網絡作為信息和電能傳輸平臺的各類海洋業務系統也在自我更新換代。比如，由于纜系海底觀測網有中繼節點，傳輸距離更遠，且岸基遠程供電能力的提升，海底用電設備越來越多樣化;此外，海底預警系統也在數字化以適應海底光纜數字傳輸系統，而數字化的海底預警系統可把數據處理單元轉移到岸基，從而簡化海底系統結構，提高可靠性;而目前國家的導航定位授時系統能通過海底光纜將導航定位授時信息在海底傳遞給水下平臺。未來，水下物聯網要求傳輸系統高帶寬、低延遲且易于接入，以海底光纜網絡作為基礎承載網絡來構建未來水下物聯網是必然選擇，在此基礎上接入各類海底預制系統、無人自主系統和業務系統都需要新一代海底光纜綜合傳輸網絡。本文從當前國內外各種海底光纜信息傳輸網的網絡發展現狀、相關設備發展情況以及該領域的發展趨勢 3 個方面進行介紹。

　　1 網絡發展現狀

　　1.1 海底光纜網絡發展現狀

　　美國、加拿大和日本等西方發達國家和地區在海底光纜綜合信息網的規劃建設方面已經先行一步，先后建成了或正在建設本國的海底光纜信息網，并應用于水下潛艇作戰、水下聲納探測等民用或軍事領域，成為水下通信、水下預警探測和海洋環境監測不可或缺的信息傳輸保障手段。國外在海底光纜通信網、海底警戒網和海底觀測網 3 個領域全面發展。

　　國外在海底光纜通信網方面技術發展成熟，海底光纜通信系統規模商用，囊括了全球 95%的互聯網通信。全球國際互聯網帶寬年增長率保持在 30%左右，2013—2017 年約增長 196Tbps，截至 2018 年 8 月已達到 295Tbps，全球數據中心互聯和互聯網服務帶寬需求的持續增長推動了海底光纜的加速建設;另一方面，截至 2020 年全球已投入使用的海底光纜超過 400 條，總長度達 120 萬 km，其中 40%為 2000 年前建設完成，根據 17~20 年海纜的使用壽命推算，此部分海纜已逐步進入使用周期的尾聲。2016 年，跨太平洋、跨大西洋、亞歐間海纜系統已開始進行升級換代，海纜建設已進入一個新舊更替的窗口期。截止 2020 年中，全球海纜共計 447 條，登陸站 1194 個，其中在 2016—2020 年期間，全球部署的海底光纜系統 107 個，全長超過 40 萬 km，總價值超過 138 億美元。我國登陸的國際海纜共 9 條，登陸站共 5 個，帶寬超過 40Tbit/s。

　　目前，海底光纜通信系統新技術發展應用有 4 個方向：①單纖對容量更大。容量一直是海底光纜最大的訴求，追求更高單波速率和更多的波道，近幾年系統建設單波速率很多能達到 200Gb/s、300Gb/s，單纖對容量超過 20Tb/s，未來單波速率將會朝著 400Gb/s、600Gb/s 方向發展;②纖對數更多。有中繼海纜系統的纖對數從以前的 8 對以內，發展到了現在的 16 對，未來將朝著 24 纖對及 32 纖對發展;③傳輸距離更長。以跨太平洋海纜為例，以往系統最長是美國西岸到上海，設計直達距離在 11000 千米，近年新系統設計擬直達香港、新加坡，傳輸距離分別將到 13000、15000 多千米;④網絡更靈活，海底光纜系統的水下光電分支器從最早期的固定上下光纖，前幾年實現可固定上下預設波段，近期將發展到能靈活上下任意波長的可重構光分插復用器(ROADM)，使得系統組網更為靈活。

　　國內外海底光纜觀測網在文獻[2-5]中介紹的較詳細，本文不做累述。但近年來，國外出現了在海纜通信系統上融合觀測功能的趨勢。分布式聲傳感(DAS)是一種將光纖轉換為聲波傳感器的新興技術，它能利用已有的海底光纜進行地震監測。文獻[6]報告了沿比利時近海海底光纜 DAS 陣列對微震、局部表面重力波和遠震地震的觀測。2020 年，法國 ASN 建設的巴西到歐洲海纜通信系統被 Ellalink 等人宣稱是全球首條智能海底光纜，該系統在 Madeira 分支中運用了 DAS 光纖，可在不影響通信傳輸和系統整體設計壽命的前提下實時地收集地震、火山和海洋生態等信息[7]。文獻[8]在美國的 MARS 觀測網位于蒙特利灣加利福尼亞州莫斯蘭丁市近海 20 千米長海底光纜上，采用 DAS 技術觀測了斷層活動的時間和空間。2021 年 2 月，文獻[9]描述了在 Subcom 為谷歌建造的美國到拉美的 Curie 系統上進行的實驗，通過監測常規光通信信道的偏振，成功地在連接加利福尼亞州洛杉磯和智利瓦爾帕萊索的 1 萬千米長的海底電纜上感應到地震和海洋涌浪的壓力信號(這意味著海嘯感應的可能性)水波，該方法不需要專門的設備、激光源或專用光纖，可將普通的海底光纜通信系統升級成監測地震和海嘯的網絡。

　　1.2 海底光纜軍事網絡發展現狀

　　近些年，美軍一直在研究將海底光纜綜合信息傳輸網相關技術用于水下通信、警戒探測和導航定位等領域，突破了自主探測及決策技術、自主導航定位技術和水下作戰局域網動態組網技術等關鍵系統和技術。2015 年，美軍建成 “近海海底持續監視網”(PLUSNet)[10]，該網絡利用海底光纜實現海底節點與岸基之間的信息傳輸，岸基設備通過海底光纜能夠對海底節點進行控制、管理，實現海洋環境觀測、水下威脅監視跟蹤(水下警戒)、水中兵器中繼制導以及水下/水面信息傳輸，并對水下設備供電。

　　在此基礎上，美國海軍[11]提出了部隊網(FORCEnet)發展框架和技術途徑，其目的是為美海軍提供指揮控制、通信和水下導航定位等功能。該網絡綜合采用海底光纜、高速近程水聲、遠程低速水聲、自浮式光纜、水下藍綠激光、水下無線電、水面無線電、衛星及其他可擴展的水下/水面通信介質。海底光纜通信和水聲通信構成了 FORCEnet 體系中海底部分的主干傳輸網絡，并接入各類探測、導航等海底固定式傳感節點，實現了通信指揮、水下警戒、海底觀測和水下導航定位等多項功能。

　　2 設備發展現狀

　　海底光纜綜合信息傳輸網組網所需核心設備主要包括岸基終端傳輸設備、遠供電源設備、有中繼海底光纜、海底節點設備和雙極性海底光纜等。隨著海纜通信網和觀測網建設需求的牽引，這些設備近幾年發展迅速。

　　2.1 海纜網絡傳輸設備

　　在岸基終端傳輸設備和海底光中繼器方面都在向著更高的傳輸容量方向發展。2015 年前，其核心技術基本被歐洲的原阿爾卡特朗訊 (ASN)、美國的 Subcom 和日本的 NEC 等國際少數大公司壟斷;2015 年后，我國的華海通信(原華為海洋)、烽火海洋打破了以中繼器為核心的國際技術壟斷，但由于政治打壓和市場排擠，國際市場被國際少數公司壟斷。

　　岸基終端傳輸設備基本和陸地系統類似，發展成熟，目前主要采用波分復用技術實現大容量傳輸，每對光纖可傳輸 128 波雙向信號，單波傳輸速率可達 100Gbit/s 或 200Gbit/s。海底光中繼器是深遠海跨洋傳輸的核心技術，其采用光放大技術，最大輸出功率為 22.5dBm、3000km 以內的系統，單個跨段在 100~150km， 3000km 以上單個跨段在 75~100km，可根據需要支持 6～12 對光纖，工作電流 0.5～1.5A，功耗小于 50W，一般在 25W 左右，采用高壓恒直流供電方式。我國部分單位研制的海底光中繼器技術性能與國外設備性能相當，2020 年 3 月，國內華海通信已經發布了 16 纖對的海底中繼器，并在其香港到海纜的系統中投入使用。2021 年 3 月，日本 NEC 宣布，在其傳統的四級泵浦冗余技術基礎上已完成 24 光纖對海底中繼器的認證。目前，海底光中繼器在波分復用技術增益效率較高的 C 波段已經接近能力極限。從當前的技術趨勢來看，空分復用(SDM)技術中的 HFC(多纖對，High Fiber Count)技術無論是產業鏈還是技術都非常成熟，且容量提升顯著，是未來幾年內提升海纜系統容量最有效的方式。 此外，SDM 技術中的多芯光纖和少模光纖技術也是提升海纜系統容量的方式。下一步，海底中繼器還將采用 C+L 波段雙波段放大、拉曼+ 摻餌光纖放大器混合放大技術來進一步提高系統傳輸能力。

　　2.2 海底節點設備

　　縱觀海底節點設備的發展趨勢，主要向著更高的耐壓等級、供電功率以及更復雜的供電拓撲網絡 2 個方向發展：由最初的 6kV/6kW 到現在的 10kV/60kW，目前還在向著更高的供電能力發展;供電拓撲由最初的單鏈路網絡到樹形網再到目前國內外較普遍的環形網，下一步正在向著網格網發展。目前海底節點設備主要是海底觀測網中使用的接駁盒[12-17]，分為骨干節點設備(主接駁盒)和接入節點設備(次接駁盒)。這 2 個系統都是單鏈供電網絡，其接駁盒是在海底通信中繼器基礎上研制的，采用恒流供電，實現恒流到恒壓的變換，通信采用串行通信的方式。上世紀末，為了監測近海的海洋生態環境，美國 WHOI 研究所突破了近岸海洋交流供配電技術，研制出交流供電式海底接駁盒，用于 LEO-15[18]和 MVCO 這 2 個小型的海洋綜合監測系統，其接駁盒實現交流到直流變換，通信采用串行通信和以太網通信相結合的方式，這種交流供電方式易于擴展，系統輸電功率也較大，但由于采用海底電纜輸送三相交流電，其電纜較粗重，輸電距離不宜過長。2006 年，加拿大維多利亞大學突破了海底中壓恒壓直流供配電技術，研制出具備通用接口的恒壓供電的接駁盒，建成位于加拿大維多利海峽的大型近海海洋綜合監測系統 VENUS，其包含 3 個骨干節點設備，每個節點有 4 個儀器設備接口為科學儀器提供電力和數據通訊、工作水深為 350m。其中， Georgia Strait 的節點距海岸 30~40km，通過岸站供電進行數據通訊。2007 年，在美國 JPL 實驗室的幫助下，美國華盛頓大學和 MBARI 研究所解決了海底高壓電能變配電問題，研制成功了 10kV 恒壓供電接駁盒，建成位于 Monterey 海灣 900 m 水深的 MARS 監測系統，用于科學儀器測試;于 2009 年完成了系統的安裝并運行。加拿大 NEPTUNE 海底觀測網中采用了 5 個主節點設備，每個主節點設備具有 2.5 Gb 帶寬數據傳輸能力，并可以管理和分配 10kW 的電源給各種不同電壓的儀器設備，為系統的設備配置提供了極大的靈活性，且還可以切換為 6kW 的 400V 高壓供電[19]，該系統由最開始的 2 個樹形網(VENUS 和 MARS)聯合成環形網。2011 年，日本和美國先后掌握了海底大功率恒流供電技術，研制成功恒流供電式的海底接駁盒，建成了以地震監測和地震引起的海嘯監測為主、其它科學觀測目標為輔的 DONET 海底觀測網及其合并組網形態 S-NET[20]和 ACO 海洋監測系統。2016年，美國建成的“海洋觀測網”(OOI)中采用了 7 個海底主節點，每個節點可提供 8 kW能量和10 Gb帶寬雙向通訊，也是由樹形網聯合成環形網。接入節點設備方面最出名最成熟的是 OceanWorks 公司的 SIIM[21]，其最新型 SIIM-3000SC 可提供 10 個儀器界面端口，其中 8 個用于低壓，小功率(12V~48V，60~240W)輸出;2 個用于高壓，大功率(375V， 1875W)輸出，每個低壓輸出端口允許的最大輸入電流為 5A。目前，國外基于恒壓供電的接駁盒具有 10kV/60kW的供電能力和10Gbit/s的數據傳輸能力，基于恒流供電的海底節點采用1A恒流供電，功耗3kW。

　　在國內，“十一五”期間，在科技部“863”計劃的資助下，同濟大學、浙江大學[22]等高校承擔了“海底長期觀測網絡試驗節點關鍵技術”項目，在“東海海底觀測實驗示范網”中研制了具有 10kV/10kW 的供電能力和 1Gbit/s 的數據傳輸能力的主節點設備;“十二五”期間，中國科學院南海海洋研究所、中國科學院聲學研究所和中國科學院沈陽自動化研究所聯合研制的“南海海底觀測實驗示范網”中研制的主節點達到恒壓 10 kV[23]。東海和南海的海底觀測實驗示范網也經歷了由單鏈路網絡到樹形網的演進，下一步要建成的國家科學觀測網亦都是環形網設計。2018 年，國內海蘭信收購了 OceanWorks，其主接駁盒能提供主干恒壓 10kV/10kW 的供電能力和 10Gbit/s 的數據傳輸能力。2019 年，中船海洋研制出 10kV/15kW、 40Gbit/s 的的主接駁盒以及低壓 300W、中壓 2kW 的次接駁盒。

　　2.3 海底有中繼光纜和雙極性光纜

　　通信光纖正向超低損耗、大有效面積方向發展。超低損耗大有效面積光纖 G.654E 陸地光纜已開始在我國骨干光纜網絡上規模應用，但由于海底光纜應用條件和要求相對陸地光纜更為苛刻，對海底光纖的性能的一致性和可靠性要求極高，因此超低損耗大有效面積光纖是海底有中繼光纜的一項關鍵技術。國際上，以美國的 Subcom、歐洲 ASN 和耐克森以及日本的 NEC 旗下 OCC 為代表的四大海纜廠商，已實現損耗小于 0.154dB/km、有效截面積為 150μm2 的海底有中繼光纜，并已規模商用。國內的有中繼海纜最早在 2016 年工程中得到應用，典型指標損耗小于 0.190dB/km、光纖 16 芯(最大)、直流電阻≤1.0?/km、工作電壓 10kVDC、適應 8000 米水深。目前，國內光纖廠商也成功開發出損耗小于 0.160dB/km、有效面積為 130 μm2 的產品，具備商用的基礎，但離國際先進水平尚有一定差距，仍然需要更多的可靠性驗證才能使用。隨著國際互聯網帶寬需求的持續增加，海底光纜通信網的有中繼海纜當前還在向多芯光纖(MCF，即將多個獨立的纖芯合并到一根光纖中，一個包層中含有多根纖芯)和少模光纖(FMF，即利用光纖中的多種不同模式來同時傳輸)2 個方向發展。考慮到海底光纜信息網的電能傳輸的需求，海底有中繼光纜的另一個關鍵技術是在尺寸和重量適合施工的前提下，如何進一步提高工作電壓，同時降低直流電阻，這對絕緣耐壓的可靠性和導電層銅管焊接工藝提出了很高的要求，目前國際部分領先企業已有 0.7Ω/km 左右的產品，國內部分廠商已能做到 32 芯有中繼海光纜工作電壓為 20kV、直流電阻≤0.9?/km。

　　國外雙極性光纜主要應用于觀測網中，典型產品是日本 OOC 的雙極性海纜，采用雙層銅管結構，其外徑為 Ø29mm，外層導體直流電阻不大于 0.8?/km，內層導體直流電阻不大于 1.0?/km，工作電壓為 3kVDC，工作電流為 1A，纜破斷力為 100kN。國內考慮到日后的擴展，國內大部分對于海底雙極性光纜的技術指標需求傾向于使用電壓在 10kVDC 和電流 10A 以下。在纜型結構上，國內有 2 種趨勢：一是雙層銅管結構，該結構的優勢是類似現有輕型鎧裝(LWP)海纜結構、制造上成熟，缺點是高壓大電流時由于發熱的影響，接頭盒的處理更復雜，絕緣能力會下降;二是雙導體結構，優勢是接頭盒處理簡單，缺點是不但需要改造產線，其外徑、重量等指標同等電氣要求下相對前者要大，且抗拉、抗沖擊和反復彎曲等機械性能還需要全面驗證。

　　2.4 海纜網絡供配電系統

　　海纜網絡供配電系統主要包括岸基的海底光纜遠程供電設備(PFE)和位于海底的主\次節點中的電能轉換分配單元，這些設備在物理部署上是分離的，但在設計上往往需要從供配電網絡系統的角度來來綜合考慮。傳統的海底光纜通信系統采用高壓恒直流供電方式，岸基遠供電源設備供電電壓可達 15kV，供電電流在 0.6A~1.0A 之間。在海底觀測網中，網絡結構較為復雜，以樹型為主，需根據網絡情況選擇恒流、恒壓供電方式。歐美一般采用恒壓直流供電方式，可實現 10kV/60kW 的供電能力，MARS 觀測網、VENUS 觀測網和 NEPTUNE 觀測網是恒壓直流供電的典型代表。以加拿大 NEPTUNE[24-26]觀測網為典型，2009 年投入使用，主干線全長 800 km，岸基遠供電源設備(PFE)輸出高達 10kV、60kW，主干線高壓電源在主接駁盒處變換為 375V 中壓，在次接駁盒變換為低壓為海底設備提供饋電。日本的 ARENA[27]、DONET 和最終的 S-NET 海底地震觀測網海底觀測網，因考慮到海底地震常出現，為了提高系統的可靠性，采用高壓恒直流供電方式，如 2011 年投入運行的 DONET 觀測網，主纜采用 1A 恒流供電，在每個主節點處通過 CC/CV 變換為接駁設備供電，網絡節點數最大 20，全網功耗 3kW。其中 PFE 方面，國外廣泛采用的是 SPELLMAN 的 PFE, 其最大電壓 15kV、最大供電功率 22.5kW，采用了高壓保護設計、電源模塊的冗余保護、電壓自動調整和故障告警與定位。高壓保護模塊具有濾波保護、浪涌保護、高壓泄放保護、海洋接地故障檢測、接地保護和電源模塊在線 N+1 保護等功能。在國內，目前已經開發出用于觀測網的 PFE 樣機，包括浙江大學、同濟大學等在內的高校開始研究海底觀測網技術，先后研制出了低壓供電、400V 供電、 2000V 供電和 10kV 供電的接駁盒，先后建設了東海小衢山近海觀測站、舟山海底觀測示范網，并于 2016 年在南海完成了我國深遠海海底觀測網示范系統建設，這些 PFE 設備采用恒壓供電，電源處理方式類同國外，可提供 10kV、10kW 的恒壓輸出。近年來，國內也有高校和科研院所對觀測網的恒流供電進行研究和試驗，并取得了初步成果，并用于海底光纜通信網的恒流電源已完成樣機研制，可提供 0~1.5A、6kV 的恒流輸出。2021 年 4 月，香港到海南的海底光纜通信系統中采用了最大輸出電壓 18kV、最大輸出功率 27kW 的國產 PFE。

　　3 發展趨勢

　　3.1 統一體制實現網絡融合

　　各類海纜信息網絡耗資大、周期長，涉及多方、多單位甚至多國聯合實施相關項目是常態。目前海洋觀測、海纜通信等多種業務網絡分別獨立建設海底光纜通信網，導致重復建設，浪費了本就緊缺的海纜路由資源、海纜登陸點資源，增加了整體建設成本。近 2 年，歐洲和美國已經出現了在海光纜通信網上融合地震和海嘯觀測功能的趨勢，國內方面也在公開倡議基于通用的海洋觀測平臺，提高資源利用效率，實現不同學科背景、不同學術思想和不同層次的研究力量協同，旨在以學科交叉的形式高效推進領域發展[28]。有理由相信,未來將會根據不同類型、不同功能和不同領域的業務網絡使用需求，統一信息傳輸和電能供給技術體制，提供通用標準接口，統一建設海底光纜綜合信息傳輸網，為各業務網絡構建共用信息基礎設施，實現海底信息網絡的融合傳輸。

　　3.2 柵格組網提高抗毀性能

　　各種自然災害和海洋經濟活動對海底光纜網絡存在巨大威脅，各類海底光纜網絡的拓撲結構從早期的點對點鏈式網向目前環形網發展，如早期的 MARS、VENUS 觀測網和加拿大的 NEPTUNE 觀測網最開始都是岸對海的鏈式網，隨后的擴展或合并，逐漸演變成岸對岸的環線網，國內東海和南海的觀測實驗網絡也都是如此，下一步我國的海底觀測網也規劃采用了環形網拓撲。可靠的海纜切換方法對于建立永久、可靠和魯棒性高的海底觀測網是必要的[29]，隨著帶 ROADM 功能的海底分支、水下波長選擇開關陣列等技術的發展和成熟，海底光纜信息網絡正在進一步向柵格網演進，以提高海底光纜網絡的抗毀頑存性。

　　3.3 即插即用實現按需擴展

　　海底光纜綜合信息網是水下通信、海底探測、海洋觀測和導航定位等水下信息的公共傳輸平臺，需要滿足這些網絡不同時期建設、網絡規模擴展的要求。隨著水下物聯網(IoUT)和海底“支撐海洋科學觀測的海纜通信技術(SMART Cable)”概念的興起，伴隨著近程水聲通信、水下無線光通信、電磁通信和水下濕插拔連接器等各類無線或有線、聲光電磁接入方式的發展，海底光纜網將從早期封閉、不可擴展的網絡向能夠支撐相關設備(即插即用、靈活動態組網)的方向發展，以提高海底光纜網絡的可接入性和可擴展性。

　　3.4 綜合防護提升網絡安全

　　海底光纜及相關設備在深海環境工作的布設成本高昂、維護難度大，面臨自然災害和海洋作業破壞等安全威脅。傳統的海纜防護手段主要是光時域反射儀的光傳輸性能檢測和線路故障定位，僅能實現事后維修，不能對安全威脅提前預警;另一方面，隨著國外“吉米卡特”號潛艇海底光纜竊聽力量的增強，海底光纜系統也不再是完全安全的網絡。2021 年 3 月，美國戰略與國際問題研究中心(CSIS)發布《保護海底網絡安全：決策者入門指南》[30]，建議美國政府發展海底光纜網絡的“零信任”(zero-trust)先鋒技術，包括先進的物理層加密和入侵檢測技術，確保美國海纜網絡在“不值得信任的環境中”也能安全運行。因此，海底光纜網絡也需要發展包括海面路由危害監視、海纜線路擾動感應等線路安全和光碼分多址加密、噪聲隱藏加密等信息安全的綜合防護手段，提高網絡安全防護能力。

　　3.5 高壓大功率多端分布式供電

　　目前的各類網絡的供電距離一般在一百千米以內，供電功率一般不超過 15 千瓦，無法滿足多業務協同全覆蓋的應用需求。未來，隨著在海纜網絡上接入更多水下業務終端，水下功率需求必將大幅增加，采用超高壓、大功率和多端分布式供電將是一種發展趨勢。

　　4 結束語

　　海底光纜信息網絡的技術研究目前圍繞著 2 個核心問題：高可靠性和大功率供電。由于海底設備的維修成本高昂，海底光纜信息網絡的水下設備對可靠性的要求非常高。如果按 ITU(國際電信聯盟)對傳統的海底光纜通信系統水下設備(海纜、中繼器、分支器等)25 年使用壽命來要求，目前的各類水下節點設備都無法滿足，因此如何提高系統的可靠性是從頂層結構設計、到傳輸供電體制、再到器件選型都需要貫穿的核心問題，國內外目前在可靠性上有很多理論研究。

　　另一大挑戰在于如何向水下遠距離的輸送大功率高壓電能。存在 3 點困難：

　　(1)目前的國內各類網絡總體上還是使用的進口岸基遠程供電設備，在當前的國際環境下，需要盡快實現可控自主，完成國產化替代;雖然國內已有幾家單位已生產出原型機，但還需要更多安全防護功能和可靠性測試(在本文修改期間，國產化的 PFE 已經通過國際驗證并應用在了香港-海南國際海纜系統中);

　　(2)目前的有中繼海底光纜是按照給海底中繼器供電設計的，其設計耐高壓不超過 15 kV(一般工作耐壓 10kV)，而采用海底光電復合纜其供電距離一般只有幾十千米，而且纜徑很粗，自重重，使用水深不深，目前全球最深的海底光電復合纜是意大利撒丁島海域，水深不超過 1800 m，因此需要專門設計適用于長距離、深水深、小纜徑和耐高壓的有中繼海底光纜來傳輸高壓電能;

　　(3)水下節點的直流供電技術還需要突破，尤其是滿足 20kV 以上的小尺寸高可靠性的各類恒流轉恒壓、恒壓轉恒壓和恒流轉恒流模塊技術。