Vor 150 Jahren, am 16. August 1858, erhielt der Präsident der Vereinigten Staaten, James Buchanan, ein Glückwunschtelegramm von Königin Victoria und schickte ihr eine Gegennachricht. Der erste offizielle Nachrichtenaustausch über das neu verlegte transatlantische Telegrafenkabel wurde mit einer Parade und einem Feuerwerk über der New York City Hall gefeiert. Die Feierlichkeiten wurden von einem aus diesem Grund entstandenen Brand überschattet und nach 6 Wochen fiel das Kabel aus. Stimmt, auch davor hat er nicht sehr gut gearbeitet - die Botschaft der Königin wurde innerhalb von 16,5 Stunden übermittelt.
Von der Idee zum Projekt
Der erste Vorschlag für Telegraphen und den Atlantik war ein Relaissystem, bei dem Nachrichten, die von Schiffen übermittelt wurden, von Neufundland in den Rest von Nordamerika telegrafiert werden sollten. Das Problem war der Bau einer Telegrafenleitung entlang des schwierigen Geländes der Insel.
Die Bitte um Hilfe des für das Projekt verantwortlichen Ingenieurs zog den Amerikaner anGeschäftsmann und Finanzier Cyrus Field. Im Laufe seiner Arbeit überquerte er mehr als 30 Mal den Ozean. Trotz der Rückschläge, mit denen Field konfrontiert war, führte sein Enthusiasmus zum Erfolg.
Der Geschäftsmann sprang sofort auf die Idee einer transatlantischen Überweisung. Im Gegensatz zu terrestrischen Systemen, bei denen die Impulse durch Relais regeneriert wurden, musste die Überseeleitung mit einem einzigen Kabel auskommen. Field erhielt Zusicherungen von Samuel Morse und Michael Faraday, dass das Signal über große Entfernungen übertragen werden könne.
William Thompson lieferte die theoretische Grundlage dafür, indem er 1855 das Gesetz der inversen Quadrate veröffentlichte. Die Anstiegszeit eines Impulses, der durch ein Kabel ohne induktive Last läuft, wird durch die Zeitkonstante RC eines Leiters der Länge L bestimmt, gleich rcL2, wobei r und c der Widerstand sind bzw. Kapazität pro Längeneinheit. Thomson trug auch zur Unterwasserkabeltechnologie bei. Er verbesserte das Spiegelgalvanometer, bei dem kleinste, durch den Strom verursachte Abweichungen des Spiegels durch Projektion auf eine Leinwand verstärkt wurden. Später erfand er ein Gerät, das Signale mit Tinte auf Papier registriert.
Unterseekabeltechnologie wurde verbessert, nachdem Guttapercha 1843 in England auftauchte. Dieses Harz eines auf der malaiischen Halbinsel beheimateten Baums war ein idealer Isolator, da es thermoplastisch war, beim Erhitzen weich wurde und beim Abkühlen wieder in eine feste Form zurückkehrte, wodurch es einfacher wurde, die Leiter zu isolieren. Unter den Bedingungen von Druck und Temperatur am Meeresboden seine isolierenden Eigenschaftenverbessert. Guttapercha blieb bis zur Entdeckung von Polyethylen im Jahr 1933 das Hauptisolationsmaterial für Seekabel.
Feldprojekte
Cyrus Field leitete 2 Projekte, von denen das erste scheiterte und das zweite erfolgreich endete. In beiden Fällen bestanden die Kabel aus einem einzelnen 7-adrigen Draht, der von Guttapercha umgeben und mit Stahldraht armiert war. Als Korrosionsschutz diente geteerter Hanf. Die Seemeile des Kabels von 1858 wog 907 kg. Das Transatlantikkabel von 1866 war mit 1.622 kg/Meile schwerer, aber weil es mehr Volumen hatte, wog es im Wasser weniger. Die Zugfestigkeit betrug 3 t bzw. 7,5 t.
Alle Kabel hatten einen Wasserrückleiter. Meerwasser hat zwar einen geringeren Widerstand, ist aber Streuströmungen ausgesetzt. Die Stromversorgung erfolgte durch chemische Stromquellen. Zum Beispiel hatte das Projekt von 1858 70 Elemente mit jeweils 1,1 V. Diese Spannungspegel, kombiniert mit unsachgemäßer und nachlässiger Lagerung, führten zum Ausfall des Tiefsee-Transatlantikkabels. Die Verwendung eines Spiegelgalvanometers ermöglichte die Verwendung niedrigerer Spannungen in nachfolgenden Linien. Da der Widerstand ungefähr 3 Ohm pro Seemeile betrug, konnten in einer Entfernung von 2000 Meilen Ströme in der Größenordnung von einem Milliampere, ausreichend für ein Spiegelgalvanometer, transportiert werden. In den 1860er Jahren wurde ein bipolarer Telegraphencode eingeführt. Die Punkte und Striche des Morsecodes wurden durch Impulse mit entgegengesetzter Polarität ersetzt. Im Laufe der Zeit entwickeltkomplexere Schemata.
Expeditionen 1857-58 und 65-66
£350.000 wurden durch die Ausgabe von Aktien aufgebracht, um das erste transatlantische Kabel zu verlegen. Die amerikanische und die britische Regierung garantierten eine Kapitalrendite. Der erste Versuch wurde 1857 unternommen. Es waren 2 Dampfschiffe, Agamemnon und Niagara, nötig, um das Kabel zu transportieren. Die Elektriker genehmigten eine Methode, bei der ein Schiff die Leitung von einer Küstenstation verlegte und dann das andere Ende an ein Kabel auf einem anderen Schiff anschloss. Der Vorteil war, dass es eine ständige elektrische Verbindung mit dem Ufer aufrechterhielt. Der erste Versuch scheiterte, als die Kabelverlegeausrüstung 200 Meilen vor der Küste versagte. Es ging in einer Tiefe von 3,7 km verloren.
Im Jahr 1857 entwickelte der Chefingenieur von Niagara, William Everett, eine neue Kabelverlegeausrüstung. Eine bemerkenswerte Verbesserung war eine automatische Bremse, die aktiviert wurde, wenn die Spannung einen bestimmten Schwellenwert erreichte.
Nach einem heftigen Sturm, der die Agamemnon fast zum Sinken gebracht hätte, trafen sich die Schiffe mitten auf dem Ozean und begannen am 25. Juni 1858 erneut mit der Verlegung des Transatlantikkabels. Die Niagara bewegte sich nach Westen und die Agamemnon bewegte sich nach Osten. Es wurden 2 Versuche unternommen, unterbrochen durch Beschädigung des Kabels. Die Schiffe kehrten nach Irland zurück, um ihn zu ersetzen.
Am 17. Juli brach die Flotte wieder auf, um sich zu treffen. Nach kleinen Schluckauf war die Operation ein Erfolg. Mit einer konstanten Geschwindigkeit von 5–6 Knoten trat die Niagara am 4. August einin der Dreif altigkeitsbucht Neufundland. Am selben Tag erreichte die Agamemnon Valentia Bay in Irland. Queen Victoria schickte die oben beschriebene erste Grußbotschaft.
Die Expedition von 1865 schlug 600 Meilen von Neufundland entfernt fehl, und nur der Versuch von 1866 war erfolgreich. Die erste Nachricht auf der neuen Linie wurde am 31. Juli 1866 von Vancouver nach London gesendet. Außerdem wurde das Ende eines 1865 verlorenen Kabels gefunden, und die Linie wurde ebenfalls erfolgreich fertiggestellt. Die Übertragungsrate betrug 6–8 Wörter pro Minute zu einem Preis von 10 $/Wort.
Telefonkommunikation
1919 initiierte die amerikanische Firma AT&T eine Studie über die Möglichkeit, ein transatlantisches Telefonkabel zu verlegen. 1921 wurde zwischen Key West und Havanna eine Tiefsee-Telefonleitung verlegt.
1928 wurde vorgeschlagen, ein Kabel ohne Umsetzer mit einem einzigen Sprachkanal über den Atlantik zu verlegen. Die hohen Kosten des Projekts (15 Millionen US-Dollar) auf dem Höhepunkt der Weltwirtschaftskrise sowie Verbesserungen in der Funktechnologie unterbrachen das Projekt.
In den frühen 1930er Jahren ermöglichten Entwicklungen in der Elektronik die Schaffung eines Unterseekabelsystems mit Repeatern. Die Anforderungen an das Design von Zwischenverbindungsverstärkern waren beispiellos, da die Geräte 20 Jahre lang ununterbrochen auf dem Meeresboden arbeiten mussten. An die Zuverlässigkeit der Komponenten, insbesondere der Vakuumröhren, wurden strenge Anforderungen gestellt. 1932 gab es bereits elektrische Lampen, die erfolgreich getestet wurdenseit 18 jahren. Die verwendeten Funkelemente waren den besten Mustern deutlich unterlegen, aber sie waren sehr zuverlässig. Infolgedessen funktionierte TAT-1 22 Jahre lang, und keine einzige Lampe fiel aus.
Ein weiteres Problem war die Verlegung von Verstärkern im offenen Meer in bis zu 4 km Tiefe. Wenn das Schiff angeh alten wird, um den Repeater zurückzusetzen, können Knicke auf dem Kabel mit Spiralarmierung auftreten. Als Ergebnis wurde ein flexibler Verstärker verwendet, der für Geräte geeignet war, die für Telegrafenkabel ausgelegt waren. Die physikalischen Einschränkungen des flexiblen Repeaters beschränkten seine Kapazität jedoch auf ein 4-Draht-System.
UK Post hat einen alternativen Ansatz mit harten Repeatern mit viel größerem Durchmesser und viel größerer Kapazität entwickelt.
Implementierung von TAT-1
Das Projekt wurde nach dem Zweiten Weltkrieg neu gestartet. 1950 wurde die flexible Verstärkertechnologie von einem System getestet, das Key West und Havanna verbindet. Im Sommer 1955 und 1956 wurde das erste transatlantische Telefonkabel zwischen Oban in Schottland und Clarenville auf der Insel verlegt. Neufundland, weit nördlich bestehender Telegrafenleitungen. Jedes Kabel war etwa 1950 Seemeilen lang und hatte 51 Repeater. Ihre Anzahl wurde durch die maximale Spannung an den Anschlüssen bestimmt, die für die Stromversorgung verwendet werden konnte, ohne die Zuverlässigkeit von Hochspannungskomponenten zu beeinträchtigen. Die Spannung betrug an einem Ende +2000 V und am anderen -2000 V. Die Bandbreite des Systems, in seinerWarteschlange wurde durch die Anzahl der Repeater bestimmt.
Zusätzlich zu den Repeatern wurden 8 Unterwasserentzerrer auf der Ost-West-Strecke und 6 auf der West-Ost-Strecke installiert. Sie korrigierten die aufgelaufenen Verschiebungen im Frequenzband. Obwohl der Gesamtverlust in der 144-kHz-Bandbreite 2100 dB betrug, konnte er durch den Einsatz von Equalizern und Repeatern auf weniger als 1 dB reduziert werden.
Erste Schritte TAT-1
In den ersten 24 Stunden nach dem Start am 25. September 1956 wurden 588 Anrufe von London und den USA und 119 von London nach Kanada getätigt. TAT-1 verdreifachte sofort die Kapazität des transatlantischen Netzwerks. Die Kabelbandbreite betrug 20-164 kHz, was 36 Sprachkanäle (jeweils 4 kHz) ermöglichte, von denen 6 zwischen London und Montreal und 29 zwischen London und New York aufgeteilt waren. Ein Kanal war für die Telegrafie und den Dienst bestimmt.
Das System umfasste auch eine Landverbindung durch Neufundland und eine U-Boot-Verbindung nach Nova Scotia. Die beiden Leitungen bestanden aus einem einzigen 271-Seemeilen-Kabel mit 14 von der britischen Post entworfenen starren Repeatern. Die Gesamtkapazität betrug 60 Sprachkanäle, von denen 24 Neufundland und Nova Scotia verbanden.
Weitere Verbesserungen an TAT-1
Die TAT-1-Leitung kostete 42 Millionen Dollar. Der Preis von 1 Million US-Dollar pro Kanal stimulierte die Entwicklung von Endgeräten, die die Bandbreite effizienter nutzen würden. Die Anzahl der Sprachkanäle im Standardfrequenzbereich 48 kHz wurde durch Reduzierung von 12 auf 16 erhöhtihre Breite von 4 bis 3 kHz. Eine weitere Innovation war die bei Bell Labs entwickelte zeitliche Sprachinterpolation (TASI). TASI verdoppelte die Anzahl der Sprechverbindungen dank Sprechpausen.
Optische Systeme
Das erste transozeanische optische Kabel TAT-8 wurde 1988 in Betrieb genommen. Repeater regenerierten Impulse, indem sie optische Signale in elektrische umwandelten und umgekehrt. Zwei funktionierende Faserpaare arbeiteten mit einer Geschwindigkeit von 280 Mbps. 1989 erklärte sich IBM dank dieses transatlantischen Internetkabels bereit, eine Verbindung auf T1-Ebene zwischen der Cornwall University und dem CERN zu finanzieren, wodurch die Verbindung zwischen dem amerikanischen und dem europäischen Teil des frühen Internets erheblich verbessert wurde.
Bis 1993 waren weltweit mehr als 125.000 km TAT-8 im Einsatz. Diese Zahl entsprach fast der Gesamtlänge analoger Seekabel. 1992 wurde TAT-9 in Dienst gestellt. Die Geschwindigkeit pro Glasfaser wurde auf 580 Mbit/s erhöht.
Technologischer Durchbruch
Ende der 1990er Jahre führte die Entwicklung erbiumdotierter optischer Verstärker zu einem Quantensprung in der Qualität von Seekabelsystemen. Lichtsignale mit einer Wellenlänge von etwa 1,55 Mikrometer können direkt verstärkt werden, und der Durchsatz wird nicht mehr durch die Geschwindigkeit der Elektronik begrenzt. Das erste optisch verbesserte System, das den Atlantik überflog, war TAT 12/13 im Jahr 1996. Die Übertragungsrate auf jedem der beiden Faserpaare betrug 5 Gbit/s.
Moderne optische Systeme ermöglichen die Übertragung solch großer VoluminaDaten, dass Redundanz kritisch ist. Typischerweise bestehen moderne Glasfaserkabel wie TAT-14 aus zwei separaten transatlantischen Kabeln, die Teil einer Ringtopologie sind. Die anderen beiden Linien verbinden Küstenstationen auf beiden Seiten des Atlantiks. Daten werden in beide Richtungen um den Ring gesendet. Im Falle eines Bruchs repariert sich der Ring selbst. Der Datenverkehr wird auf freie Faserpaare in Servicekabeln umgeleitet.
