Cable de comunicaciones submarino

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 un posible triunfo del futuro. ^{[ 4 ]} Samuel Morse proclamó su fe en ella ya en 1840, y en 1842 sumergió un cable, aislado con cáñamo alquitranado y caucho natural , ^{[ 5 ] [ 6 ]} en las aguas 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 línea submarina larga. El caucho natural había sido probado por Moritz von Jacobi , el ingeniero eléctrico prusiano , ya a principios del siglo XIX.

Otro material aislante que podía fundirse con calor y aplicarse fácilmente a los cables apareció en 1842. 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 . ^{[ 7 ] : 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 las ventajas de la gutapercha como aislante, y en 1845 este último sugirió que se empleara para cubrir el cable que se proponía tender desde Dover hasta Calais . ^{[ 8 ]} En 1847 William Siemens , entonces oficial del ejército de Prusia, tendió el primer cable submarino exitoso utilizando aislamiento de gutapercha a través del Rin entre Deutz y Colonia . ^{[ 9 ]} En 1849, Charles Vincent Walker , electricista del Ferrocarril del Sudeste , sumergió 3 km (2 millas) de cable recubierto de gutapercha frente a la costa de Folkestone , el cual fue probado con éxito. ^{[ 7 ] : 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 . Era simplemente un cable de cobre recubierto de gutapercha , sin ninguna otra protección, y no tuvo éxito. ^{[ 7 ] : 192–193 [ 10 ]} 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 de núcleo protegido, o cable verdadero, desde un pontón gubernamental , el Blazer , que fue remolcado a través del Canal. ^{[ 7 ] : 192–193 [ 11 ] [ 8 ]}

En 1853 se tendieron más cables exitosos, que unieron Gran Bretaña con Irlanda, Bélgica y los Países Bajos , y cruzaron los Belts en Dinamarca. ^{[ 7 ] : 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 . ^{[ 7 ] : 34–36} El mismo barco fue utilizado para el enlace de Dover a Ostende en Bélgica por la Submarine Telegraph Company. ^{[ 7 ] : 192–193} Mientras tanto, la 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 el Monarch , un vapor de paletas que más tarde se convirtió en el primer buque con equipo permanente de tendido de cables. ^{[ 7 ] : 195}

En 1858, el buque de vapor Elba se utilizó para tender un cable telegráfico desde Jersey hasta Guernsey , luego a Alderney y finalmente a Weymouth . El tendido se completó con éxito en septiembre de ese mismo año. Pronto surgieron problemas, produciéndose once roturas para 1860 debido a tormentas, mareas, movimientos de arena y erosión de las rocas. Un informe presentado a la Institución de Ingenieros Civiles en 1860 detalló los problemas para facilitar futuras operaciones de tendido de cables. ^{[ 12 ]}

En la Guerra de Crimea, diversas formas de telegrafía desempeñaron un papel fundamental; esta fue la primera vez. Al comienzo de la campaña, existía un enlace telegráfico en Bucarest conectado con Londres. En el invierno de 1854, los franceses extendieron el enlace telegráfico hasta la costa del Mar Negro . En abril de 1855, los británicos tendieron un cable submarino desde Varna hasta la península de Crimea para que las noticias de la Guerra de Crimea llegaran a Londres en cuestión de horas. ^{[ 13 ]}

El primer intento de tender un cable telegráfico transatlántico fue impulsado por Cyrus West Field , quien persuadió a los industriales británicos para que financiaran y tendieran uno en 1858. ^{[ 8 ]} Sin embargo, la tecnología de la época no era capaz de soportar el proyecto; estuvo plagado de problemas desde el principio y solo estuvo en funcionamiento durante un mes. Los intentos posteriores en 1865 y 1866 con el mayor buque de vapor del mundo, el SS Great Eastern , utilizaron una tecnología más avanzada y produjeron el primer cable transatlántico exitoso. Posteriormente, el Great Eastern tendió el primer cable que llegó 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 contaban con ventajas tanto en la oferta como en la demanda. En cuanto a la oferta, disponían de empresarios dispuestos a invertir el enorme capital necesario para construir, tender y mantener estos cables. En cuanto a la demanda, su vasto imperio colonial generaba negocios para las compañías de cables con agencias de noticias, empresas comerciales y navieras, y el propio gobierno británico. Muchas de las colonias británicas albergaban importantes poblaciones de colonos europeos, lo que hacía que sus noticias fueran de interés para el público en general en la metrópoli.

Los funcionarios británicos creían que la dependencia de las líneas telegráficas que atravesaban territorio no británico suponía un riesgo para la seguridad, ya que las líneas podían cortarse y los mensajes interrumpirse en tiempos de guerra. Buscaban la creación de una red mundial dentro del imperio, que llegó a conocerse como la Línea Roja , y, a la inversa, preparaban estrategias para interrumpir rápidamente las comunicaciones enemigas. ^{[ 14 ]} La primera acción de Gran Bretaña tras declarar la guerra a Alemania en la Primera Guerra Mundial fue hacer que el buque cablero Alert (no el CS Telconia como se informó con frecuencia) ^{[ 15 ]} cortara los cinco cables que unían Alemania con Francia, España y las Azores, y a través de ellos, con Norteamérica. ^{[ 16 ]} A partir de entonces, la única forma en que Alemania podía comunicarse era por vía inalámbrica, y eso significaba que la Sala 40 podía interceptar las comunicaciones.

Los cables submarinos representaron una ventaja económica para las compañías comerciales, ya que los armadores podían comunicarse con los capitanes al llegar a sus destinos e indicarles dónde recoger la carga, basándose en la información sobre precios y suministro. El gobierno británico tenía usos evidentes para los cables: mantener la comunicación administrativa con los gobernadores de todo su imperio, así como establecer relaciones diplomáticas con otras naciones y comunicarse con sus unidades militares en tiempos de guerra. La ubicación geográfica del territorio británico también era ventajosa, pues incluía Irlanda al este del océano Atlántico y Terranova en Norteamérica al oeste, lo que permitía la ruta más corta a través del océano y reducía significativamente los costos.

Algunos datos ponen en perspectiva este dominio de la industria. En 1896, existían 30 buques tendecables en el mundo, 24 de los cuales pertenecían a 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 %. ^{[ 17 ]} Durante la Primera Guerra Mundial , las comunicaciones telegráficas británicas no se interrumpieron casi por completo, mientras que Gran Bretaña pudo cortar rápidamente los cables alemanes en todo el mundo. ^{[ 14 ]}

A lo largo de las décadas de 1860 y 1870, el cable británico se expandió hacia el este, llegando al mar Mediterráneo y al océano Índico. Un cable de 1863 a Bombay (actualmente Mumbai ), India, proporcionó un enlace crucial con Arabia Saudita . ^{[ 18 ]} A petición del gobierno británico en 1870, Bombay se conectó con Londres mediante un cable submarino en una operación conjunta de cuatro compañías de cable. En 1872, estas cuatro compañías se fusionaron para formar la gigantesca Eastern Telegraph Company , de alcance mundial , propiedad de John Pender . Una compañía filial derivada se convirtió en la Eastern Extension, China and Australasia Telegraph Company, comúnmente conocida simplemente como "la Extensión". Ese mismo año, Australia se conectó por cable con Bombay a través de Singapur y China, y en 1876 el cable conectó el Imperio Británico desde Londres hasta Nueva Zelanda. ^{[ 19 ]}

Los primeros cables transpacíficos que proporcionaban servicio telegráfico se completaron en 1902 y 1903, conectando el territorio continental de EE. UU. con Hawái en 1902 y Guam con Filipinas en 1903. ^{[ 20 ]} Canadá, Australia, Nueva Zelanda y Fiyi también se conectaron en 1902 con el segmento transpacífico de la Línea Roja . ^{[ 21 ]} Japón se conectó al sistema en 1906. El servicio más allá del atolón de Midway se abandonó en 1941 debido a la Segunda Guerra Mundial, pero el resto permaneció en funcionamiento hasta 1951, cuando la FCC autorizó su cese. ^{[ 22 ]}

El primer cable telefónico transpacífico se tendió desde Hawái hasta Japón en 1964, con una extensión desde Guam hasta Filipinas. ^{[ 23 ]} También en 1964, el Sistema de Cable del Pacífico de la Commonwealth (COMPAC), con capacidad para 80 canales telefónicos, se inauguró para el tráfico desde Sídney hasta Vancouver, y en 1967, el sistema de la Commonwealth del Sudeste Asiático (SEACOM), con capacidad para 160 canales telefónicos, se inauguró para el tráfico. Este sistema utilizó 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 mediante radio de microondas hasta 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 el territorio continental de EE. UU. hasta Japón. La parte estadounidense del NPC se fabricó en Portland, Oregón, entre 1989 y 1991 en STC Submarine Systems, y posteriormente en Alcatel Submarine Networks . El sistema fue instalado por Cable & Wireless Marine en el CS Cable Venture . ^{[ 24 ]}

Los cables transatlánticos del siglo XIX consistían en una capa exterior de alambre de hierro y posteriormente de acero, que envolvía caucho natural y gutapercha , rodeando un núcleo de alambre de cobre multifilar. Las secciones más cercanas a cada punto de desembarque en tierra tenían alambres 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 alambres con hilo de seda o algodón que luego desarrolló hasta convertirla en una capacidad de envoltura de alambre para cables submarinos con una fábrica en 1857 que se convirtió en WT Henley's Telegraph Works Co., Ltd. ^{[ 25 ] [ 26 ]} La India Rubber, Gutta Percha and Telegraph Works Company , establecida por la familia Silver y que dio ese nombre a una sección de Londres , suministraba núcleos a Henley's, además de fabricar y tender cables terminados. ^{[ 26 ]} En 1870, William Hooper fundó Hooper's Telegraph Works para fabricar su núcleo de caucho vulcanizado patentado , inicialmente para abastecer a otros fabricantes de cables terminados, que comenzaron a competir con los núcleos de gutapercha. Posteriormente, la empresa se expandió a la fabricación y tendido completo de cables, incluyendo la construcción del primer buque cablero diseñado específicamente para tender cables transatlánticos. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

La gutapercha y el caucho no fueron reemplazados como aislamiento de cables hasta la introducción del polietileno en la década de 1930. Incluso entonces, el material solo estaba disponible para las fuerzas armadas y el primer cable submarino que lo utilizó no se tendió hasta 1945 durante la Segunda Guerra Mundial a través del Canal de la Mancha . ^{[ 29 ]} 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 del caucho desproteinizado por John T. Blake en 1926 mejoró la impermeabilidad de los cables al agua. ^{[ 30 ]}

Muchos de los primeros cables sufrieron ataques de la fauna marina. El aislamiento podía ser consumido, por ejemplo, por especies de Teredo (gusano de barco) y Xylophaga . El cáñamo colocado entre el alambre de acero proporcionaba a las plagas una vía de acceso. El daño en el revestimiento, algo frecuente, también servía de entrada. Se han registrado casos de tiburones mordiendo cables y ataques de peces sierra. En un caso ocurrido en 1873, una ballena dañó el cable del Golfo Pérsico entre Karachi y Gwadar . Al parecer, la ballena intentaba usar el cable para limpiarse los percebes en un punto donde el cable descendía por una pendiente pronunciada. La desafortunada ballena se enredó la cola en bucles del cable y se ahogó. El barco de reparación de cables Amber Witch apenas pudo izar el cable con dificultad, debido al peso del cuerpo de la ballena muerta. ^{[ 31 ]}

Los primeros cables telegráficos submarinos de larga distancia presentaban graves problemas eléctricos. A diferencia de los cables modernos, la tecnología del siglo XIX no permitía la incorporación de amplificadores repetidores en línea. Se utilizaban altos voltajes 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, reduciendo el ancho de banda del cable y limitando severamente la velocidad de transmisión de datos a entre 10 y 12 palabras por minuto .

Ya en 1816, Francis Ronalds observó que las señales eléctricas se ralentizaban al pasar por un cable o núcleo aislado tendido bajo tierra, y describió la causa como inducción, utilizando la analogía de una larga botella de Leyden . ^{[ 32 ] [ 33 ]} 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 el agua) que lo rodeaba. Faraday había observado 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 diseñadores de cables no analizaron correctamente estos efectos. Es bien sabido que E.O.W. Whitehouse desestimó los problemas e insistió en que un cable transatlántico era factible. 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 podía funcionar. Thomson, por su parte, creía que su ley de los cuadrados demostraba que la ralentización no podía superarse con un voltaje mayor. Su recomendación era un cable de mayor calibre. Debido a los voltajes excesivos recomendados por Whitehouse, el primer cable transatlántico de Cyrus West Field nunca funcionó de forma fiable y, finalmente, sufrió un cortocircuito hacia el océano cuando Whitehouse aumentó el voltaje más allá del límite de diseño del cable.

Thomson diseñó un generador de campo eléctrico complejo que minimizaba la corriente mediante la resonancia del cable, y un galvanómetro de espejo de haz de luz sensible para detectar las débiles señales telegráficas. Thomson amasó una gran fortuna gracias a las regalías de estos y otros inventos relacionados. Fue elevado al título de Lord Kelvin por sus contribuciones en este campo, principalmente por 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 sobre los cables submarinos también motivaron muchas de las primeras expediciones polares .

Thomson había elaborado un análisis matemático de la propagación de señales eléctricas en cables telegráficos basado en su capacitancia y resistencia, pero dado que los cables submarinos largos operaban a bajas velocidades, no incluyó los efectos de la inductancia. En la década de 1890, Oliver Heaviside desarrolló la formulación general moderna de las ecuaciones del telegrafista , que incluían los efectos de la inductancia y que resultaron esenciales para extender la teoría de las líneas de transmisión a las frecuencias más altas necesarias para la transmisión de datos y voz a alta velocidad.

Incluso antes de que comenzara la Primera Guerra Mundial , los planificadores británicos consideraron cortar los cables de comunicación de los submarinos enemigos. Durante la Segunda Guerra Mundial, el predominio de la radio para la comunicación a larga distancia hizo que el corte de cables no fuera tan importante. ^{[ 34 ]}

Si bien la instalación de un cable telefónico transatlántico se consideró seriamente desde 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 .

TAT-1 (Transatlántico n.° 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 , Canadá). Fue inaugurado el 25 de septiembre de 1956, con capacidad inicial para 36 canales telefónicos.

En la década de 1960, los cables transoceánicos eran cables coaxiales que transmitían señales de banda de voz multiplexadas por 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 válvulas más fiables jamás diseñados. ^{[ 35 ]} Los posteriores se transistorizaron. Muchos de estos cables aún son utilizables, pero se han abandonado porque su capacidad es demasiado pequeña para ser comercialmente viable. Algunos se han utilizado como instrumentos científicos para medir ondas sísmicas y otros eventos geomagnéticos. ^{[ 36 ]}

En 1942, Siemens Brothers de New Charlton , Londres, en colaboración con el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido , adaptó 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. ^{[ 37 ]}

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 reserva. Excepto en 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 (EDFA). Cada repetidor contiene equipos independientes para cada fibra. Estos incluyen reformado de señal, medición de errores y 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 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 amplificadores EDFA se utilizaron por primera vez en cables submarinos en 1995. ^{[ 38 ]}

Los repetidores se alimentan mediante una corriente continua constante que circula por el conductor cerca del centro del cable, por lo que todos los repetidores de un cable están conectados en serie. El equipo de alimentación eléctrica (PFE) se instala en las estaciones terminales. Normalmente, ambos extremos comparten la generación de corriente, proporcionando uno un voltaje positivo y el otro uno negativo. En condiciones normales de funcionamiento, existe un punto de tierra virtual aproximadamente a la mitad del cable. Los amplificadores o repetidores obtienen su energía de la diferencia de potencial entre ellos. El voltaje que circula por el cable suele estar entre 3000 y 15 000 VCC con una corriente de hasta 1100 mA, y la corriente aumenta al disminuir el voltaje; la corriente a 10 000 VCC es de hasta 1650 mA. Por lo tanto, la potencia total que se envía al cable suele ser de hasta 16,5  kW. ^{[ 39 ] [ 40 ]}

La fibra óptica utilizada en los cables submarinos se elige por su excepcional claridad, lo que permite tramos de más de 100 kilómetros (62 millas) entre repetidores para minimizar el número de amplificadores y la distorsión que estos provocan. Los cables sin repetidores son más económicos que los cables con repetidores, y su distancia máxima de transmisión es limitada. Esta distancia de transmisión ha aumentado con los años; en 2014, había cables sin repetidores de hasta 380 kilómetros (240 millas) de longitud en servicio; sin embargo, estos requieren la colocación de repetidores sin alimentación cada 100 km (50 millas náuticas). ^{[ 41 ]}   

La creciente demanda de estos cables de fibra óptica superó la capacidad de proveedores como AT&T. El desvío del tráfico a satélites resultó en señales de menor calidad. Para solucionar este problema, AT&T tuvo que mejorar su capacidad de tendido de cables. Invirtió 100 millones de dólares en la producción de dos buques especializados para el tendido de cables de fibra óptica. Estos incluían laboratorios a bordo para empalmar cables y probar sus propiedades eléctricas. Este monitoreo en campo es importante porque el vidrio del cable de fibra óptica es menos maleable que el cable de cobre que se utilizaba anteriormente. Los buques están equipados con propulsores que aumentan la maniobrabilidad. Esta capacidad es importante porque el cable de fibra óptica debe tenderse directamente desde la popa, lo cual era otro factor con el que no tenían que lidiar los buques de tendido de cables de cobre. ^{[ 42 ]} 

Originalmente, los cables submarinos eran simples conexiones punto a punto. Con el desarrollo de las unidades de ramificación submarinas (SBU), un solo sistema de cable podía dar servicio a más de un destino. Los sistemas de cable modernos suelen tener sus fibras dispuestas en un anillo autorreparable para aumentar su redundancia, con las secciones submarinas siguiendo diferentes rutas en el lecho marino . 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 dos puntos de aterrizaje en algunos países (donde se requiere capacidad de respaldo) y solo un punto de aterrizaje 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 se considera que tener capacidad de respaldo es demasiado costoso.

Un desarrollo adicional de rutas redundantes, que va más allá del enfoque de anillos autorreparables, es la red mallada , donde se utiliza equipo de conmutación rápida para transferir servicios entre rutas de red con un impacto mínimo o nulo en los protocolos de nivel superior si una ruta deja de funcionar. A medida que hay más rutas disponibles 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 a largo plazo y sin errores a 100  Gbps a través del Océano Atlántico" en rutas de hasta 6000 km (3700 millas) , ^{[ 43 ]} lo que significa que un cable típico puede mover decenas de terabits por segundo en alta mar. Las velocidades mejoraron rápidamente en los años anteriores, y se habían ofrecido 40 Gbit/s en esa ruta tan solo tres años antes, en agosto de 2009. ^{[ 44 ]}   

El cambio de ruta y el enrutamiento completamente marítimo suelen aumentar 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 completamente marítima. Si bien en teoría, una ruta de círculo máximo (GCP) entre Londres y la ciudad de Nueva York es de solo 5600 km (3500 mi) , ^{[ 45 ]} esto requiere atravesar varias masas de tierra (Irlanda, Terranova , la 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 hasta Boston y a través de áreas bastante urbanizadas hasta el propio Manhattan . En teoría, el uso de esta ruta terrestre parcial podría resultar en tiempos de viaje de ida y vuelta inferiores a 40 ms (que es el tiempo mínimo de la velocidad de la luz), y sin contar el cambio de ruta. En rutas con menos obstáculos terrestres, los tiempos de viaje de ida y vuelta pueden aproximarse a la velocidad mínima de la luz a largo plazo.   

El tipo de fibra óptica que se utiliza en cables largos y sin repeticiones suele ser PCSF (núcleo de sílice pura) debido a su baja pérdida de 0,172  dB por kilómetro al transportar  luz láser de 1550 nm de longitud de onda. La gran dispersión cromática de la PCSF implica que su uso requiere equipos de transmisión y recepción diseñados teniendo esto en cuenta; esta propiedad también puede utilizarse para reducir la interferencia al transmitir múltiples canales a través de una sola fibra mediante multiplexación por división de longitud de onda (WDM), que permite transmitir múltiples canales portadores ópticos a través de una sola fibra, cada uno con su propia información. ^{[ 46 ]} La WDM está limitada 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 los portadores ópticos; sin embargo, este espaciado mínimo también está limitado, siendo a menudo de 50  GHz (0,4  nm). El uso de WDM puede reducir la longitud máxima del cable, aunque esto puede superarse diseñando equipos teniendo esto en cuenta. ^{[ 41 ]}

Los postamplificadores ópticos, utilizados para aumentar la intensidad de la señal generada por el transmisor óptico, suelen emplear un láser de fibra dopada con erbio bombeado por diodo. El diodo suele ser un  láser de alta potencia de 980 o 1480 nm. Esta configuración permite una amplificación de hasta +24 dBm de forma económica. El uso de una fibra dopada con erbio-iterbio permite una ganancia de +33 dBm; sin embargo, la cantidad de potencia que se puede suministrar a la fibra es limitada. En configuraciones de portadora única, la limitación principal 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 eliminar el ruido térmico del receptor. El bombeo del preamplificador con un  láser de 980 nm produce un ruido de como máximo 3,5 dB, mientras que con un láser de 1480 nm se suele obtener  un ruido de 5 dB . El ruido debe filtrarse utilizando filtros ópticos. ^{[ 41 ]}  

La amplificación Raman puede utilizarse para extender el alcance o la capacidad de un cable sin repetidores, mediante la emisión de dos frecuencias en una sola fibra: una que transporta señales de datos a 1550  nm y otra que las bombea a 1450  nm. La emisión de una frecuencia de bombeo (luz láser de bombeo) con una potencia de tan solo un vatio produce un aumento del alcance de 45  km (25 millas náuticas) o un aumento de la capacidad de seis veces. ^{[ 41 ]}

Otra forma de aumentar el alcance de un cable es mediante el uso de repetidores sin alimentación eléctrica, denominados preamplificadores ópticos remotos (ROPA). Estos dispositivos siguen considerando el cable como no repetidor, ya que no requieren alimentación eléctrica, pero sí necesitan que se transmita luz láser de bombeo junto con los datos transportados por el cable. La luz de bombeo y los datos suelen transmitirse en fibras físicamente separadas. El ROPA contiene una fibra dopada que utiliza la luz de bombeo (a menudo  luz láser de 1480 nm) para amplificar las señales de datos transportadas por el resto de las fibras. ^{[ 41 ]}

La multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se implementó por primera vez en cables submarinos de fibra óptica entre las décadas de 1990 y 2000, ^{[ 47 ]} seguida de 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 de multiplexación por división espacial (SDM ) tienen al menos 12 pares de fibra, lo que representa un aumento con respecto al máximo de 8 pares que se encuentra en los cables submarinos convencionales, y se han desplegado cables submarinos con hasta 24 pares de fibra. ^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]} El tipo de modulación empleado en un cable submarino puede tener un impacto importante en su capacidad. ^{[ 51 ] [ 52 ]} La SDM se combina con la DWDM para mejorar la capacidad. ^{[ 53 ]}

Los transpondedores se utilizan para enviar datos a través del cable. 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. ^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]} El SLTE (Equipo Terminal de Línea Submarina) tiene transpondedores y un ROADM ( Multiplexor óptico de adición/extracción reconfigurable ) utilizado para manejar las señales en el cable ^{[ 58 ] [ 59 ]} a través del control de software. El ROADM se utiliza para mejorar la confiabilidad del cable al permitir que opere incluso si tiene fallas. ^{[ 60 ]} Este equipo está ubicado dentro de una estación de aterrizaje de cables (CLS). El C-OTDR (Reflectometría Óptica Coherente en el Dominio del Tiempo) se utiliza en cables submarinos para detectar la ubicación de fallas en el cable. ^{[ 58 ]} La planta húmeda de un cable submarino comprende el cable en sí, unidades de ramificación, repetidores y posiblemente OADM ( Multiplexores ópticos de adición/extracción ). ^{[ 61 ] [ 62 ]} El SLTE se suele instalar en un centro de datos y puede ser posible adquirir capacidad en un cable para conectarse a otros puntos del cable, conectando internet, ^{[ 63 ]} por ejemplo en el NAP de las Américas que conecta a muchos ISP latinoamericanos con redes en los EE. UU. ^{[ 64 ]}

Un sistema típico de cable submarino transoceánico de varios terabits cuesta varios cientos de millones de dólares en construirse. ^{[ 65 ]} 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 contaba con 35 participantes, incluyendo a la mayoría de los principales operadores internacionales de la época, como AT&T Corporation . ^{[ 66 ]} Dos cables financiados por el sector privado, sin consorcio, se construyeron a finales de la década de 1990, lo que precedió a una masiva y especulativa carrera por construir cables financiados por el sector privado que alcanzó un máximo de más de 22  mil millones de dólares en 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. La Red Global (TGN) de Tata Communications es la única red de fibra óptica de propiedad exclusiva que rodea el planeta. ^{[ 67 ]}

Algunos gobiernos han invertido en cables submarinos. Por ejemplo, el Sistema de Cable Submarino Tonga-Fiji es propiedad de Tonga Cable Limited, que lo desarrolló y gestiona con el apoyo financiero del Banco Asiático de Desarrollo y el Banco Mundial . Tonga Cable Limited es una empresa pública con un 80 % de participación estatal. En China, tres empresas estatales —China Mobile , China Telecom y China Unicom— invirtieron en cables submarinos. En Estados Unidos, la Armada estadounidense posee más de 40 000 millas náuticas de diversos cables submarinos. ^{[ 68 ]}

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 expandió considerablemente a partir de la década de 1990. Por ejemplo, entre 1998 y 2003, aproximadamente el 70 % del cable de fibra óptica submarino se instaló en el Pacífico. Esto se debe en parte a la creciente importancia de los mercados asiáticos en la economía global. ^{[ 69 ]}

Tras décadas de fuertes inversiones en mercados ya desarrollados, como las rutas transatlánticas y transpacíficas, en el siglo XXI se intensificaron los esfuerzos para expandir la red de cables submarinos y dar servicio al mundo en desarrollo . Por ejemplo, en julio de 2009, un cable de fibra óptica submarino conectó a África Oriental a la red global de Internet. La empresa que proporcionó este nuevo cable fue SEACOM , propiedad en un 75 % de inversores de África Oriental y Sudáfrica. ^{[ 70 ]} El proyecto se retrasó un mes debido al aumento de la piratería en la costa. ^{[ 71 ]}

Las inversiones en cables presentan un riesgo comercial porque los cables cubren 6200  km (3350 millas náuticas) del lecho marino, atraviesan cordilleras submarinas y fallas. Por ello, la mayoría de las empresas solo adquieren capacidad una vez finalizado el cable. ^{[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]}

La Antártida es el único continente al que aún no llega un cable submarino de telecomunicaciones. El tráfico telefónico, de vídeo y de correo electrónico debe transmitirse al resto del mundo mediante enlaces satelitales con disponibilidad y capacidad limitadas. Las bases en el propio continente pueden comunicarse entre sí por radio, pero se trata solo de una red local. Para ser una alternativa viable, un cable de fibra óptica tendría que soportar temperaturas de -80 °C (-112 °F) , así como la enorme tensión del hielo que fluye hasta 10 metros (33 pies) al año. Por lo tanto, conectarse a la red troncal de Internet con el alto ancho de banda que ofrece el cable de fibra óptica sigue siendo un reto económico y técnico inviable en la Antártida. ^{[ 76 ]}   

El deshielo del Ártico inducido por el cambio climático ha brindado la oportunidad de tender nuevas redes de cables, conectando continentes y regiones remotas. ^{[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]} Varios proyectos están en marcha en el Ártico , incluyendo el " Polar Express " de 12 650 km (6830 millas náuticas) ^{[ 80 ]} y el Far North Fiber de 14 500 km (7830 millas náuticas) . ^{[ 81 ]} Sin embargo, los investigadores han planteado preocupaciones ambientales sobre el tendido de cables submarinos en la región y la falta general de un marco regulatorio matizado. ^{[ 79 ] [ 82 ] [ 83 ]} Las preocupaciones ambientales se refieren tanto a los peligros relacionados con el hielo que dañan los cables, como a la instalación de cables que perturba el lecho marino o a los campos electromagnéticos y la radiación térmica de los cables que afectan a organismos sensibles. ^{[ 79 ] [ 82 ] [ 84 ]}  

En respuesta a la creciente amenaza de escuchas telefónicas submarinas por parte de submarinos especializados y vehículos submarinos no tripulados (UUV), los recientes avances en seguridad de la capa física (PLS) se han centrado en hacer que la transmisión óptica en sí misma sea imposible de registrar. A diferencia del cifrado digital, que protege la carga útil de datos, las tecnologías PLS utilizan caos óptico o codificación de fase espectral para ocultar la señal dentro del nivel de ruido óptico ( OSNR bajo ). ^{[ 85 ]}

Al hacer que la luz interceptada sea indistinguible del ruido de fondo, estos sistemas buscan neutralizar las estrategias de " capturar ahora, descifrar después ", ya que los atacantes no pueden capturar una forma de onda válida para almacenarla y descifrarla posteriormente. ^{[ 86 ]} Este enfoque permite una transmisión segura de 100 Gbit/s a través de infraestructura de larga distancia sin necesidad de modificaciones físicas en el propio cable submarino. ^{[ 87 ]}

Debido a su costo y utilidad, estos cables son muy valorados no solo por las empresas 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 conectan Australia con el resto del mundo. La ACMA también regula todos los proyectos de instalación de nuevos cables submarinos. ^{[ 94 ]}

Debido a su función crítica, las interrupciones en estos cables pueden provocar apagones en las comunicaciones y, por lo tanto, grandes pérdidas económicas. ^{[ 77 ]} El impacto de tales interrupciones se ejemplifica a menudo con la erupción volcánica de Tonga en 2022 , que cortó el único cable submarino de la isla y, por lo tanto, la conectividad con el resto del mundo durante varios días. ^{[ 89 ] [ 78 ] [ 92 ] [ 95 ] [ 96 ]} La rotura del cable fue declarada una “crisis nacional” y las reparaciones tardaron varias semanas, dejando a Tonga prácticamente aislada durante un período crucial para la respuesta ante desastres. ^{[ 89 ] [ 78 ] [ 92 ] [ 95 ]}

La infraestructura de cables submarinos puede incluso tener ventajas técnicas adicionales, como transportar sensores ambientales inteligentes que apoyen los sistemas nacionales de alerta temprana de desastres . ^{[ 97 ]} Además, se prevé que los cables se vuelvan aún más críticos con las crecientes demandas de las redes 5G , el « Internet de las cosas » (IoT) y la inteligencia artificial en las transferencias de grandes cantidades de datos. ^{[ 89 ]}

Los cables de comunicación submarinos son una infraestructura crítica en el contexto de la seguridad internacional . ^{[ 89 ]} Al transmitir grandes cantidades de datos sensibles diariamente, son esenciales tanto para las operaciones estatales como para las empresas privadas. ^{[ 89 ]} Uno de los catalizadores de la cantidad y sensibilidad de los datos que fluyen a través de estos cables ha sido el auge mundial de la computación en la nube . ^{[ 98 ]}

Por ejemplo, el ejército estadounidense utiliza la red de cables submarinos para la transferencia de datos desde zonas de conflicto hasta el personal de mando en Estados Unidos. La interrupción de la red de cables durante operaciones intensas podría tener consecuencias directas para las fuerzas armadas sobre el terreno. ^{[ 99 ]}

La importancia de los servicios de cable hace que su influencia geopolítica sea profunda. Los académicos sostienen que el dominio estatal en las redes de cable puede ejercer presión política, ^{[ 96 ] [ 93 ]} o moldear la gobernanza global de internet. ^{[ 89 ]}

Un ejemplo de tal dominio estatal en la infraestructura global de cables es la estrategia china de la "Ruta de la Seda Digital", que financia la expansión de las redes de cable chinas. La empresa china HMN Technologies es frecuentemente criticada por proporcionar redes a otros estados, controlando hasta el 10% de la cuota de mercado global . ^{[ 91 ] [ 100 ]} Algunas críticas argumentan que las inversiones chinas en infraestructura crítica de cables, al participar en aproximadamente el 25% de los cables submarinos globales, ^{[ 96 ]} como el  cable PEACE que conecta África Oriental y Europa, podrían permitir a China redirigir el tráfico de datos a través de sus propias redes y, por lo tanto, ejercer presión política. ^{[ 101 ]} Esta estrategia es contrarrestada por Estados Unidos, que apoya proyectos alternativos. ^{[ 91 ] [ 96 ] [ 102 ]}

Los ecosistemas del lecho marino pueden verse alterados por la instalación y el mantenimiento de cables. Los efectos de la instalación de cables generalmente se limitan a áreas específicas. La intensidad de la alteración depende del método de instalación.

Los cables suelen tenderse en la denominada zona bentónica del lecho marino. La zona bentónica es la región ecológica del fondo marino donde viven organismos bentónicos, almejas y cangrejos, y donde se encuentran los sedimentos superficiales, que son depósitos de materia y partículas en el agua que proporcionan un hábitat para las especies marinas.

La instalación de cables mediante chorros de agua a presión o arado puede dañar los sedimentos. Esto puede provocar la remoción de los sedimentos, alterando el sustrato del que están compuestos.

Según varios estudios, la biota de la zona bentónica se ve solo ligeramente afectada por la presencia de cables. Sin embargo, la presencia de cables puede provocar alteraciones en el comportamiento de los organismos vivos. ^{[ 132 ]} La principal observación es que la presencia de cables proporciona un sustrato duro para la fijación de anémonas. Estos organismos se encuentran en gran número alrededor de los cables que atraviesan sedimentos blandos, que normalmente no son adecuados para ellos. Esto también ocurre con los peces planos . Aunque se ha observado poco, la presencia de cables también puede cambiar la temperatura del agua y, por lo tanto, alterar el hábitat natural circundante.

Sin embargo, estas perturbaciones no son muy persistentes y pueden estabilizarse en pocos días. Los operadores de cable están intentando implementar medidas para tender los cables de forma 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 son los animales que con mayor frecuencia se enredan en los cables y los dañan. El encuentro entre estos animales y los cables puede causar lesiones e incluso la muerte. Estudios realizados entre 1877 y 1955 reportaron 16 rupturas de cables causadas por el enredo de ballenas, 13 de ellas por cachalotes. Entre 1907 y 2006, se registraron 39 eventos de este tipo. ^{[ 133 ]} Se están implementando gradualmente técnicas de enterramiento de cables para prevenir este tipo de incidentes.

Aunque los cables submarinos se encuentran en el lecho marino , la actividad pesquera puede dañarlos. Los pescadores que utilizan técnicas de pesca que implican raspar el lecho 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 ser más seguras 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 en la fauna que rodea las zonas de instalación de cables. ^{[ 134 ]}

Los cables submarinos están hechos de cobre o fibras ópticas , rodeados por 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 perjudiciales para la vida marina. ^{[ 135 ]}

La pesca, el envejecimiento de los cables y las especies marinas que chocan con ellos o quedan atrapadas pueden dañarlos y dispersar sustancias tóxicas y nocivas en el mar. Sin embargo, el impacto de los cables submarinos es limitado en comparación con otras fuentes de contaminación oceánica.

También existe el riesgo de liberar contaminantes enterrados en los sedimentos. Cuando los sedimentos se resuspenden debido a la instalación de cables, pueden liberarse sustancias tóxicas como los hidrocarburos.

Los análisis preliminares pueden evaluar el nivel de toxicidad de los sedimentos y seleccionar una ruta de cable que evite la removilización y dispersión de contaminantes sedimentarios. Además, las nuevas técnicas más modernas permitirán utilizar materiales menos contaminantes para la construcción de cables. ^{[ 133 ]}

La instalación y el mantenimiento de cables requieren el uso de maquinaria y equipos que pueden generar ondas sonoras u ondas electromagnéticas que pueden perturbar a los animales que utilizan ondas para orientarse en el espacio o para comunicarse. Las ondas sonoras submarinas dependen del equipo utilizado, las características del lecho marino donde se ubican los cables y el relieve de la zona. ^{[ 133 ]}

El ruido y las olas submarinas pueden modificar el comportamiento de ciertas especies acuáticas, como el comportamiento migratorio, interrumpiendo 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 y una duración limitadas. ^{[ 136 ]}

• Historia del cable atlántico y la telegrafía submarina  : el cable de acero y la industria del cable submarino.
• Tablero de la Madre Tierra  – Artículo de Wired de Neal Stephenson sobre cables submarinos
• Medford, LV; Meloni, A.; Lanzerotti, LJ; Gregori, GP (2 de abril de 1981). "Inducción geomagnética en un cable de comunicaciones transatlántico" . Nature . 290 (5805): 392–393 . Bibcode : 1981Natur.290..392M . doi : 10.1038/290392a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4330089. Consultado el 21 de julio de 2022 .  
• Hunt, Bruce J. (2004). "Lord Cable" . Europhysics News . 35 (6): 186. Bibcode : 2004ENews..35..186H . doi : 10.1051/epn:2004602 .
• Winkler, Jonathan Reed. Nexus: Comunicaciones estratégicas y seguridad estadounidense en la Primera Guerra Mundial. (Cambridge, MA: Harvard University Press, 2008) Archivado el 10 de mayo de 2008 en Wayback Machine. Relato de cómo el gobierno estadounidense descubrió la importancia estratégica de las líneas de comunicación, incluidos los cables submarinos, durante la Primera Guerra Mundial.
• Animaciones de Alcatel que muestran cómo se instalan y reparan los cables submarinos.
• Comienzan los trabajos para reparar la red cortada.
• Flexibilidad en redes submarinas – Revista Ocean News & Technology, diciembre de 2014

• Mapa de cables submarinos de TeleGeography
• Galería de mapas de cables submarinos de TeleGeography , que muestra la evolución desde el año 2000. Mapa de 2008 en The Guardian ; mapa de 2014 en CNN .
• Mapas y vistas satelitales de los puntos de aterrizaje en EE. UU. para cables transatlánticos
• Mapas y vistas satelitales de los puntos de aterrizaje en EE. UU. para cables transpacíficos.
• Información sobre la posición y la ruta de los cables submarinos en los mares que rodean el Reino Unido.