150 ปีที่แล้ว เมื่อวันที่ 16 สิงหาคม พ.ศ. 2401 ประธานาธิบดีเจมส์ บูคานันแห่งสหรัฐอเมริกา ได้รับโทรเลขแสดงความยินดีจากสมเด็จพระราชินีวิกตอเรียและส่งข้อความกลับไปหาเธอ การแลกเปลี่ยนข้อความอย่างเป็นทางการครั้งแรกบนสายเคเบิลโทรเลขข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกที่เพิ่งวางใหม่ถูกทำเครื่องหมายด้วยขบวนพาเหรดและการแสดงดอกไม้ไฟเหนือศาลาว่าการนิวยอร์ก การเฉลิมฉลองถูกไฟบดบังด้วยเหตุนี้ และหลังจากผ่านไป 6 สัปดาห์ สายเคเบิลก็ล้มเหลว จริงอยู่ก่อนหน้านั้นเขาก็ทำงานได้ไม่ดีนัก - ข้อความของราชินีถูกส่งภายใน 16.5 ชั่วโมง
จากความคิดสู่โครงการ
โทรเลขชุดแรกและข้อเสนอของมหาสมุทรแอตแลนติกคือโครงการถ่ายทอดข้อความที่ส่งโดยเรือรบ จะต้องส่งโทรเลขจากนิวฟันด์แลนด์ไปยังส่วนที่เหลือของทวีปอเมริกาเหนือ ปัญหาคือการสร้างสายโทรเลขตามภูมิประเทศที่ยากลำบากของเกาะ
การขอความช่วยเหลือจากวิศวกรที่ดูแลโครงการดึงดูดชาวอเมริกันนักธุรกิจและนักการเงิน Cyrus Field ในระหว่างการทำงาน เขาข้ามมหาสมุทรมากกว่า 30 ครั้ง แม้จะพบกับความพ่ายแพ้ในสนาม แต่ความกระตือรือร้นของเขานำไปสู่ความสำเร็จ
นักธุรกิจกระโดดโลดเต้นกับแนวคิดการโอนเงินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกทันที ซึ่งแตกต่างจากระบบภาคพื้นดินซึ่งพัลส์ถูกสร้างขึ้นใหม่โดยรีเลย์ สายข้ามมหาสมุทรต้องผ่านด้วยสายเคเบิลเส้นเดียว สนามได้รับการรับรองจากซามูเอล มอร์สและไมเคิล ฟาราเดย์ว่าสัญญาณสามารถส่งได้ในระยะทางไกล
William Thompson ได้ให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับเรื่องนี้โดยการเผยแพร่กฎกำลังสองผกผันในปี 1855 เวลาที่เพิ่มขึ้นของพัลส์ที่ผ่านสายเคเบิลโดยไม่มีโหลดอุปนัยถูกกำหนดโดยค่าคงที่เวลา RC ของตัวนำที่มีความยาว L เท่ากับ rcL2 โดยที่ r และ c คือความต้านทาน และความจุต่อหน่วยความยาวตามลำดับ ทอมสันยังสนับสนุนเทคโนโลยีเคเบิลใต้น้ำ เขาปรับปรุงกัลวาโนมิเตอร์ของกระจก ซึ่งความเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อยของกระจกที่เกิดจากกระแสน้ำได้รับการขยายโดยการฉายภาพลงบนหน้าจอ ต่อมาเขาคิดค้นอุปกรณ์ที่ลงทะเบียนสัญญาณด้วยหมึกบนกระดาษ
เทคโนโลยีเคเบิลใต้น้ำได้รับการปรับปรุงหลังจาก gutta-percha ปรากฏตัวในปี 1843 ในอังกฤษ เรซินจากต้นไม้ที่มีถิ่นกำเนิดในคาบสมุทรมาเลย์นี้เป็นฉนวนในอุดมคติเพราะเป็นเทอร์โมพลาสติก อ่อนตัวเมื่อถูกความร้อน และกลับคืนสภาพเป็นของแข็งเมื่อถูกทำให้เย็นลง ทำให้ง่ายต่อการป้องกันตัวนำ ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิที่ด้านล่างของมหาสมุทร คุณสมบัติของฉนวนดีขึ้น Gutta-percha ยังคงเป็นวัสดุฉนวนหลักสำหรับสายเคเบิลใต้น้ำจนกระทั่งค้นพบโพลีเอทิลีนในปี 1933
โครงการภาคสนาม
Cyrus Field เป็นผู้นำ 2 โครงการ โครงการแรกล้มเหลว และโครงการที่สองจบลงด้วยความสำเร็จ ในทั้งสองกรณี สายเคเบิลประกอบด้วยลวด 7 คอร์เส้นเดียวที่ล้อมรอบด้วย gutta-percha และหุ้มด้วยลวดเหล็ก ป่าน Tarred ให้การป้องกันการกัดกร่อน ไมล์ทะเลของสายเคเบิล 1858 มีน้ำหนัก 907 กก. สายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกในปี 1866 นั้นหนักกว่า โดยอยู่ที่ 1,622 กก./ไมล์ แต่เนื่องจากมีปริมาตรมากกว่า จึงมีน้ำหนักน้อยกว่าเมื่ออยู่ในน้ำ ความต้านทานแรงดึงคือ 3t และ 7.5t ตามลำดับ
สายเคเบิลทั้งหมดมีตัวนำส่งคืนน้ำหนึ่งอัน แม้ว่าน้ำทะเลจะมีความต้านทานน้อยกว่า แต่ก็อาจมีกระแสน้ำหลงทาง พลังงานถูกจ่ายโดยแหล่งกระแสเคมี ตัวอย่างเช่น โครงการ 1858 มี 70 องค์ประกอบแต่ละ 1.1 V ระดับแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ รวมกับการจัดเก็บที่ไม่เหมาะสมและประมาท ทำให้สายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกใต้ทะเลลึกล้มเหลว การใช้กัลวาโนมิเตอร์แบบกระจกทำให้สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าในบรรทัดถัดไปได้ เนื่องจากความต้านทานอยู่ที่ประมาณ 3 โอห์มต่อไมล์ทะเล ที่ระยะทาง 2,000 ไมล์ กระแสในลำดับมิลลิแอมป์ซึ่งเพียงพอสำหรับกัลวาโนมิเตอร์แบบกระจกสามารถบรรทุกได้ ในยุค 1860 มีการแนะนำรหัสโทรเลขสองขั้ว จุดและเส้นขีดของรหัสมอร์สถูกแทนที่ด้วยพัลส์ของขั้วตรงข้าม เมื่อเวลาผ่านไปพัฒนารูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น
สำรวจ 1857-58 และ 65-66
350,000 ปอนด์ ถูกระดมทุนผ่านการออกหุ้นเพื่อวางสายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเส้นแรก รัฐบาลอเมริกันและอังกฤษรับประกันผลตอบแทนจากการลงทุน ความพยายามครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 2400 เรือกลไฟ 2 ลำคือ Agamemnon และ Niagara เพื่อขนส่งสายเคเบิล ช่างไฟฟ้าอนุมัติวิธีการที่เรือลำหนึ่งวางแนวจากสถานีฝั่งแล้วเชื่อมต่อปลายอีกด้านหนึ่งเข้ากับสายเคเบิลบนเรืออีกลำ ข้อดีคือรักษาการเชื่อมต่อไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องกับชายฝั่ง ความพยายามครั้งแรกสิ้นสุดลงด้วยความล้มเหลวเมื่ออุปกรณ์วางสายเคเบิลล้มเหลวนอกชายฝั่ง 200 ไมล์ มันหายไปที่ความลึก 3.7 กม.
ในปี 1857 William Everett หัวหน้าวิศวกรของ Niagara ได้พัฒนาอุปกรณ์วางสายเคเบิลใหม่ การปรับปรุงที่โดดเด่นคือเบรกอัตโนมัติที่ทำงานเมื่อความตึงเครียดถึงเกณฑ์ที่กำหนด
หลังจากพายุรุนแรงที่เกือบจมอากาเม็มนอน เรือก็พบกันกลางมหาสมุทร และในวันที่ 25 มิถุนายน พ.ศ. 2401 ก็เริ่มวางสายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกอีกครั้ง ไนแองการากำลังเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันตก และอากาเมมนอนกำลังเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออก มีการพยายาม 2 ครั้ง ถูกขัดจังหวะด้วยความเสียหายต่อสายเคเบิล เรือกลับไปยังไอร์แลนด์เพื่อแทนที่เขา
17 ก.ค. กองเรือออกเดินทางอีกครั้งเพื่อพบกัน หลังจากสะอึกเล็กน้อย การผ่าตัดก็ประสบความสำเร็จ เดินด้วยความเร็วคงที่ 5-6 นอต เมื่อวันที่ 4 สิงหาคม ไนแองการ่าเข้าสู่ในทรินิตี้เบย์ นิวฟันด์แลนด์ ในวันเดียวกันนั้น เรือ Agamemnon มาถึงอ่าว Valentia ในไอร์แลนด์ สมเด็จพระราชินีวิกตอเรียทรงส่งข้อความทักทายครั้งแรกตามที่อธิบายไว้ข้างต้น
การสำรวจในปี 1865 ล้มเหลว 600 ไมล์จากนิวฟันด์แลนด์ และมีเพียงความพยายามในปี 1866 เท่านั้นที่ประสบความสำเร็จ ข้อความแรกในบรรทัดใหม่ถูกส่งจากแวนคูเวอร์ไปยังลอนดอนเมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม พ.ศ. 2409 นอกจากนี้ยังพบปลายสายเคเบิลที่หายไปในปี 2408 และสายก็เสร็จสมบูรณ์เช่นกัน อัตราการถ่ายโอนคือ 6-8 คำต่อนาที ในราคา $10/word
การสื่อสารทางโทรศัพท์
ในปี 1919 บริษัทอเมริกัน AT&T ได้เริ่มการศึกษาความเป็นไปได้ในการวางสายโทรศัพท์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ในปีพ.ศ. 2464 มีการวางสายโทรศัพท์ระหว่างคีย์เวสต์กับฮาวานา
ในปี พ.ศ. 2471 ได้มีการเสนอให้วางสายเคเบิลโดยไม่มีช่องสัญญาณเสียงซ้ำข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ค่าใช้จ่ายสูงของโครงการ (15 ล้านเหรียญสหรัฐ) ที่ระดับความสูงของภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ เช่นเดียวกับการปรับปรุงเทคโนโลยีวิทยุ ขัดขวางโครงการ
ในช่วงต้นทศวรรษ 1930 การพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำให้สามารถสร้างระบบเคเบิลใต้น้ำที่มีตัวทำซ้ำได้ ข้อกำหนดสำหรับการออกแบบแอมพลิฟายเออร์ลิงค์ระดับกลางนั้นไม่เคยมีมาก่อน เนื่องจากอุปกรณ์ดังกล่าวต้องทำงานอย่างต่อเนื่องบนพื้นมหาสมุทรเป็นเวลา 20 ปี มีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบ โดยเฉพาะหลอดสุญญากาศ ในปี พ.ศ. 2475 มีหลอดไฟฟ้าที่ผ่านการทดสอบแล้วในเป็นเวลา 18 ปี องค์ประกอบวิทยุที่ใช้นั้นด้อยกว่าตัวอย่างที่ดีที่สุดอย่างมีนัยสำคัญ แต่มีความน่าเชื่อถือมาก ผลก็คือ ททท.-1 ทำงานมา 22 ปี และไม่มีโคมดวงเดียวล้มเหลว
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการวางเครื่องขยายเสียงในทะเลเปิดที่ความลึกสูงสุด 4 กม. เมื่อเรือหยุดเพื่อรีเซ็ตทวนสัญญาณ ข้อผิดพลาดสามารถปรากฏบนสายเคเบิลด้วยเกราะเกลียว เป็นผลให้ใช้แอมพลิฟายเออร์ที่ยืดหยุ่นซึ่งสามารถใส่อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับสายโทรเลขได้ อย่างไรก็ตาม ข้อ จำกัด ทางกายภาพของตัวทำซ้ำแบบยืดหยุ่นได้จำกัดความจุของระบบ 4 สาย
UK Post ได้พัฒนาแนวทางทางเลือกด้วยตัวทำซ้ำแบบแข็งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความจุที่ใหญ่กว่ามาก
การบังคับใช้ TAT-1
เริ่มโครงการใหม่หลังสงครามโลกครั้งที่สอง ในปี 1950 เทคโนโลยีเครื่องขยายเสียงแบบยืดหยุ่นได้รับการทดสอบโดยระบบที่เชื่อมโยงคีย์เวสต์และฮาวานา ในฤดูร้อนปี 1955 และ 1956 มีการวางสายโทรศัพท์ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสายแรกระหว่าง Oban ในสกอตแลนด์และ Clarenville บนเกาะ นิวฟันด์แลนด์ ทางเหนือของสายโทรเลขที่มีอยู่ สายเคเบิลแต่ละเส้นมีความยาวประมาณ 1950 ไมล์ทะเลและมีสายทวน 51 เส้น จำนวนของพวกเขาถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ขั้วที่สามารถใช้เป็นพลังงานได้โดยไม่กระทบต่อความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูง แรงดันไฟอยู่ที่ +2000 V ที่ปลายด้านหนึ่ง และ -2000 V ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง แบนด์วิดธ์ของระบบในคิวถูกกำหนดโดยจำนวนผู้ทำซ้ำ
นอกจากตัวทำซ้ำแล้ว อีควอไลเซอร์ใต้น้ำ 8 ตัวได้รับการติดตั้งบนเส้นตะวันออก-ตะวันตก และ 6 ตัวบนเส้นตะวันตก-ตะวันออก พวกเขาแก้ไขการเปลี่ยนแปลงสะสมในย่านความถี่ แม้ว่าการสูญเสียทั้งหมดในแบนด์วิดท์ 144 kHz จะเท่ากับ 2100 dB แต่การใช้อีควอไลเซอร์และตัวทำซ้ำก็ลดค่านี้ลงเหลือน้อยกว่า 1 dB
เริ่มต้น TAT-1
ใน 24 ชั่วโมงแรกหลังจากเปิดตัวเมื่อวันที่ 25 กันยายน พ.ศ. 2499 มีการโทร 588 ครั้งจากลอนดอนและสหรัฐอเมริกา และ 119 ครั้งจากลอนดอนไปยังแคนาดา ททท.-1 เพิ่มขีดความสามารถของเครือข่ายข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นสามเท่าในทันที แบนด์วิดท์ของสายเคเบิลอยู่ที่ 20-164 kHz ซึ่งอนุญาตให้ใช้ช่องสัญญาณเสียง 36 ช่อง (4 kHz แต่ละช่อง) 6 ช่องถูกแบ่งระหว่างลอนดอนและมอนทรีออลและ 29 ช่องระหว่างลอนดอนและนิวยอร์ก ช่องหนึ่งมีไว้สำหรับโทรเลขและบริการ
ระบบยังรวมการเชื่อมต่อทางบกผ่านนิวฟันด์แลนด์และการเชื่อมต่อเรือดำน้ำไปยังโนวาสโกเชีย ทั้งสองสายประกอบด้วยสายเคเบิลยาว 271 ไมล์ทะเลเส้นเดียวพร้อมตัวทำซ้ำแบบแข็ง 14 อันที่ออกแบบโดย UK Post ความจุทั้งหมดคือ 60 ช่องเสียง โดย 24 ช่องเชื่อมต่อกับนิวฟันด์แลนด์และโนวาสโกเชีย
ปรับปรุง TAT-1 เพิ่มเติม
สาย TAT-1 ราคา 42 ล้านเหรียญ ราคา 1 ล้านดอลลาร์ต่อช่องสัญญาณกระตุ้นการพัฒนาอุปกรณ์ปลายทางที่จะใช้แบนด์วิธได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จำนวนช่องสัญญาณเสียงในช่วงความถี่มาตรฐาน 48 kHz เพิ่มขึ้นจาก 12 เป็น 16 โดยลดลงความกว้างตั้งแต่ 4 ถึง 3 kHz นวัตกรรมอีกประการหนึ่งคือการแก้ไขคำพูดชั่วคราว (TASI) ที่พัฒนาขึ้นที่ Bell Labs TASI เพิ่มจำนวนวงจรเสียงเป็นสองเท่าด้วยการหยุดพูดชั่วคราว
ระบบออปติคัล
สายเคเบิลออปติคัลข้ามมหาสมุทร TAT-8 ตัวแรกเริ่มใช้งานในปี 1988 ตัวทำซ้ำสร้างพัลส์ใหม่โดยแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้าและในทางกลับกัน ไฟเบอร์ที่ใช้งานได้สองคู่ทำงานที่ความเร็ว 280 Mbps ในปี 1989 ด้วยสายเคเบิลอินเทอร์เน็ตข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกนี้ IBM ตกลงที่จะให้ทุนสนับสนุนการเชื่อมโยงระดับ T1 ระหว่าง Cornwall University และ CERN ซึ่งปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างส่วนต่างๆ ของอเมริกาและยุโรปของอินเทอร์เน็ตยุคแรกๆ อย่างมีนัยสำคัญ
ภายในปี 1993 TAT-8 มากกว่า 125,000 กม. ได้เปิดใช้งานทั่วโลก ตัวเลขนี้เกือบจะตรงกับความยาวทั้งหมดของสายเคเบิลใต้น้ำแบบแอนะล็อก ในปี พ.ศ. 2535 ททท.-9 ได้เข้าประจำการ ความเร็วต่อไฟเบอร์เพิ่มขึ้นเป็น 580 Mbps.
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 การพัฒนาแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลเจือเออร์เบียมนำไปสู่การก้าวกระโดดของควอนตัมในด้านคุณภาพของระบบเคเบิลใต้น้ำ สัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 1.55 ไมครอนสามารถขยายได้โดยตรง และปริมาณงานจะไม่ถูกจำกัดด้วยความเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อีกต่อไป ระบบปรับปรุงการมองเห็นระบบแรกที่บินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกคือ ททท. 12/13 ในปี 2539 อัตราการส่งข้อมูลของเส้นใยทั้งสองแต่ละคู่คือ 5 Gbps
ระบบออพติคอลที่ทันสมัยช่วยให้สามารถส่งข้อมูลปริมาณมากได้ข้อมูลที่ซ้ำซ้อนเป็นสิ่งสำคัญ โดยทั่วไปแล้ว สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ทันสมัย เช่น TAT-14 ประกอบด้วยสายเคเบิลข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก 2 สายแยกจากกัน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างแบบวงแหวน อีกสองสายเชื่อมต่อสถานีชายฝั่งในแต่ละด้านของมหาสมุทรแอตแลนติก ข้อมูลถูกส่งไปรอบ ๆ วงแหวนทั้งสองทิศทาง ในกรณีที่แตกหัก แหวนจะซ่อมแซมตัวเอง. เปลี่ยนเส้นทางสายไฟเบอร์สำรองในสายบริการ