Prije 150 godina, 16. avgusta 1858., predsjednik Sjedinjenih Država James Buchanan primio je telegram s čestitkom od kraljice Viktorije i poslao joj poruku zauzvrat. Prva zvanična razmjena poruka preko novopoloženog transatlantskog telegrafskog kabla obilježena je paradom i vatrometom iznad gradske vijećnice New Yorka. Svečanost je zasjenio požar koji se iz tog razloga dogodio, a nakon 6 sedmica kabl je otkazao. Istina, ni prije toga nije radio baš najbolje - poruka kraljice je prenijeta u roku od 16,5 sati.
Od ideje do projekta
Prvi prijedlog telegrafa i Atlantskog okeana bio je relejna shema u kojoj su se poruke koje su brodovi dostavljali telegrafirali iz Newfoundlanda u ostatak Sjeverne Amerike. Problem je bila izgradnja telegrafske linije duž teškog terena ostrva.
Zahtjev za pomoć od inženjera zaduženog za projekat privukao je Amerikancabiznismen i finansijer Cyrus Field. Tokom svog rada prešao je okean više od 30 puta. Uprkos preprekama s kojima se Field suočio, njegov entuzijazam je doveo do uspjeha.
Biznismen je odmah skočio na ideju o transatlantskom bankovnom transferu. Za razliku od zemaljskih sistema, u kojima su impulsi bili regenerisani relejima, prekookeanska linija je morala da prolazi sa jednim kablom. Field je dobio uvjeravanja od Samuela Morsea i Michaela Faradaya da se signal može prenijeti na velike udaljenosti.
William Thompson pružio je teorijsku osnovu za ovo objavljivanjem zakona inverznog kvadrata 1855. godine. Vrijeme porasta impulsa koji prolazi kroz kabel bez induktivnog opterećenja određeno je vremenskom konstantom RC provodnika dužine L, jednakom rcL2, gdje su r i c otpor i kapacitet po jedinici dužine, respektivno. Thomson je također doprinio tehnologiji podmorskih kablova. Poboljšao je zrcalni galvanometar, u kojem su najmanja odstupanja ogledala uzrokovana strujom pojačavana projekcijom na platno. Kasnije je izumio uređaj koji registruje signale mastilom na papiru.
Tehnologija podmorskih kablova je poboljšana nakon što se gutaperča pojavila 1843. godine u Engleskoj. Ova smola sa drveta porijeklom sa Malajskog poluotoka bila je idealan izolator jer je bila termoplastična, omekšala je kada se zagrijala i vratila se u čvrsti oblik kada se ohladila, što je olakšalo izolaciju provodnika. U uslovima pritiska i temperature na dnu okeana, njegova izolaciona svojstvapoboljšano. Gutaperča je ostala glavni izolacijski materijal za podmorske kablove sve do otkrića polietilena 1933.
Projekti na terenu
Cyrus Field vodio je 2 projekta, od kojih je prvi propao, a drugi je završio uspješno. U oba slučaja, kablovi su se sastojali od jedne 7-žilne žice okružene gutaperkom i oklopljene čeličnom žicom. Katranizirana konoplja pruža zaštitu od korozije. Nautička milja kabla iz 1858. godine težila je 907 kg. Transatlantski kabl iz 1866. bio je teži, sa 1.622 kg/milji, ali pošto je imao veću zapreminu, bio je manje težak u vodi. Vlačna čvrstoća bila je 3t odnosno 7,5t.
Svi kablovi su imali jedan povratni provodnik vode. Iako morska voda ima manji otpor, podložna je lutajućim strujama. Napajanje je bilo iz hemijskih izvora struje. Na primjer, projekat iz 1858. imao je 70 elemenata od 1,1 V svaki. Ovi nivoi napona, u kombinaciji s nepravilnim i nepažljivim skladištenjem, doveli su do kvara dubokomorskog transatlantskog kabla. Upotreba zrcalnog galvanometra omogućila je korištenje nižih napona u sljedećim vodovima. Budući da je otpor bio otprilike 3 oma po nautičkoj milji, na udaljenosti od 2000 milja mogle su se prenositi struje reda veličine miliampera, dovoljne za zrcalni galvanometar. 1860-ih uveden je bipolarni telegrafski kod. Tačke i potezi Morzeove azbuke zamijenjeni su impulsima suprotnog polariteta. Vremenom se razvijasloženije šeme.
Ekspedicije 1857-58 i 65-66
350.000 funti prikupljeno je izdavanjem dionica za polaganje prvog transatlantskog kabla. Američka i britanska vlada garantirale su povrat ulaganja. Prvi pokušaj učinjen je 1857. Bila su potrebna 2 parobroda, Agamemnon i Niagara, za transport kabla. Električari su odobrili metodu u kojoj je jedan brod polagao vod od obalne stanice, a zatim povezao drugi kraj na kabl na drugom brodu. Prednost je bila u tome što je održavao kontinuiranu električnu vezu s obalom. Prvi pokušaj je završio neuspjehom kada je oprema za polaganje kablova otkazala 200 milja od obale. Izgubljen je na dubini od 3,7 km.
Godine 1857., glavni inženjer Nijagare, William Everett, razvio je novu opremu za polaganje kablova. Značajno poboljšanje bila je automatska kočnica koja se aktivirala kada je napetost dostigla određeni prag.
Nakon silovite oluje koja je umalo potopila Agamemnon, brodovi su se sreli usred okeana i 25. juna 1858. ponovo počeli polagati transatlantski kabl. Nijagara se kretala na zapad, a Agamemnon na istok. Izvršena su 2 pokušaja, prekinuta oštećenjem kabla. Brodovi su se vratili u Irsku da ga zamijene.
17. jula, flota je ponovo krenula u susret jedna drugoj. Nakon manjih štucanja, operacija je uspjela. Hodajući konstantnom brzinom od 5-6 čvorova, 4. avgusta ušla je Nijagarau Trinity Bay Newfoundland. Istog dana, Agamemnon je stigao u Valentia Bay u Irskoj. Kraljica Viktorija poslala je prvu gore opisanu pozdravnu poruku.
Ekspedicija iz 1865. nije uspjela 600 milja od Newfoundlanda, a uspješan je bio samo pokušaj iz 1866. godine. Prva poruka na novoj liniji poslata je iz Vankuvera u London 31. jula 1866. godine. Osim toga, pronađen je i kraj kabla izgubljenog 1865. godine, a linija je takođe uspešno završena. Brzina prijenosa je bila 6-8 riječi u minuti po cijeni od 10 USD po riječi.
Telefonska komunikacija
Godine 1919. američka kompanija AT&T pokrenula je studiju o mogućnosti polaganja transatlantskog telefonskog kabla. Godine 1921. postavljena je duboka telefonska linija između Key Westa i Havane.
Godine 1928. predloženo je postavljanje kabla bez repetitora sa jednim glasovnim kanalom preko Atlantskog okeana. Visoki troškovi projekta (15 miliona dolara) na vrhuncu Velike depresije, kao i poboljšanja u radio tehnologiji, prekinuli su projekat.
Početkom 1930-ih, razvoj elektronike je omogućio stvaranje podmorskog kablovskog sistema sa repetitorima. Zahtjevi za dizajn pojačala srednje veze bili su bez presedana, jer su uređaji morali neprekidno raditi na dnu oceana 20 godina. Postavljeni su strogi zahtjevi za pouzdanost komponenti, posebno vakuumskih cijevi. Godine 1932. već su postojale električne lampe koje su uspješno testiraneveć 18 godina. Korišteni radio elementi bili su znatno inferiorniji od najboljih uzoraka, ali su bili vrlo pouzdani. Kao rezultat toga, TAT-1 je radio 22 godine, a nijedna lampa nije otkazala.
Drugi problem je bilo postavljanje pojačala na otvorenom moru na dubini do 4 km. Kada se brod zaustavi radi resetovanja repetitora, na kablu sa spiralnim oklopom mogu se pojaviti pregibi. Kao rezultat toga, korišteno je fleksibilno pojačalo koje je moglo uklopiti opremu dizajniranu za telegrafski kabel. Međutim, fizička ograničenja fleksibilnog repetitora ograničila su njegov kapacitet na 4-žični sistem.
UK Post je razvila alternativni pristup sa tvrdim repetitorima mnogo većeg prečnika i kapaciteta.
Implementacija TAT-1
Projekat je ponovo pokrenut nakon Drugog svjetskog rata. 1950. godine, tehnologija fleksibilnog pojačala je testirana od strane sistema koji povezuje Key West i Havanu. U ljeto 1955. i 1956. prvi transatlantski telefonski kabl položen je između Obana u Škotskoj i Clarenvillea na ostrvu. Newfoundland, znatno sjeverno od postojećih telegrafskih linija. Svaki kabl je bio dugačak oko 1950 nautičkih milja i imao je 51 repetitor. Njihov broj je određen maksimalnim naponom na stezaljkama koji se mogao koristiti za napajanje bez uticaja na pouzdanost visokonaponskih komponenti. Napon je bio +2000 V na jednom kraju i -2000 V na drugom kraju. Širina pojasa sistema, u svojojred je određen brojem ponavljača.
Pored repetitora, postavljeno je 8 podmorskih ekvilajzera na liniji istok-zapad i 6 na liniji zapad-istok. Ispravljali su akumulirane pomake u frekvencijskom opsegu. Iako je ukupan gubitak u propusnom opsegu od 144 kHz bio 2100 dB, upotreba ekvilajzera i repetitora smanjila je ovo na manje od 1 dB.
Početak rada TAT-1
U prva 24 sata nakon lansiranja 25. septembra 1956., obavljeno je 588 poziva iz Londona i SAD-a i 119 iz Londona u Kanadu. TAT-1 je odmah utrostručio kapacitet transatlantske mreže. Širina pojasa kabla bila je 20-164 kHz, što je omogućavalo 36 glasovnih kanala (po 4 kHz), od kojih je 6 bilo podijeljeno između Londona i Montreala, a 29 između Londona i New Yorka. Jedan kanal je bio namijenjen telegrafu i službi.
Sistem je takođe uključivao kopnenu vezu preko Newfoundlanda i podmorničku vezu sa Novom Škotskom. Dvije linije sastojale su se od jednog kabla od 271 nautičke milje sa 14 krutih repetitora dizajniranih od strane UK Post-a. Ukupni kapacitet je bio 60 govornih kanala, od kojih je 24 povezivalo Newfoundland i Novu Škotsku.
Dalja poboljšanja TAT-1
TAT-1 linija koštala je 42 miliona dolara. Cijena od milion dolara po kanalu stimulirala je razvoj terminalne opreme koja bi efikasnije koristila propusni opseg. Broj govornih kanala u standardnom frekventnom opsegu od 48 kHz povećan je sa 12 na 16 smanjenjemnjihova širina od 4 do 3 kHz. Još jedna inovacija bila je temporalna govorna interpolacija (TASI) razvijena u Bell Labs. TASI je udvostručio broj govornih kola zahvaljujući pauzama govora.
Optički sistemi
Prvi prekookeanski optički kabl TAT-8 pušten je u rad 1988. Repetitori su regenerisali impulse pretvarajući optičke signale u električne i obrnuto. Dva radna para vlakana radila su brzinom od 280 Mbps. 1989. godine, zahvaljujući ovom transatlantskom Internet kablu, IBM je pristao da finansira vezu na nivou T1 između Univerziteta Cornwall i CERN-a, što je značajno poboljšalo vezu između američkog i evropskog dela ranog Interneta.
Do 1993. godine, više od 125.000 km TAT-8 je bilo u funkciji širom svijeta. Ova brojka je skoro odgovarala ukupnoj dužini analognih podmorskih kablova. 1992. godine TAT-9 je ušao u službu. Brzina po vlaknu je povećana na 580 Mbps.
Tehnološki proboj
U kasnim 1990-im, razvoj optičkih pojačala dopiranih erbijem doveo je do kvantnog skoka u kvaliteti podmorskih kablovskih sistema. Svjetlosni signali s talasnom dužinom od oko 1,55 mikrona mogu se direktno pojačati, a propusnost više nije ograničena brzinom elektronike. Prvi optički poboljšani sistem koji je preletio Atlantski okean bio je TAT 12/13 1996. godine. Brzina prijenosa na svakom od dva para vlakana bila je 5 Gbps.
Moderni optički sistemi omogućavaju prenos tako velikih količinapodaci da je redundantnost kritična. Obično se moderni optički kablovi kao što je TAT-14 sastoje od 2 odvojena transatlantska kabla koji su deo prstenaste topologije. Druge dvije linije povezuju obalne stanice sa svake strane Atlantskog okeana. Podaci se šalju oko prstena u oba smjera. U slučaju loma, prsten će se sam popraviti. Saobraćaj se preusmjerava na rezervne parove vlakana u servisnim kablovima.
