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全球海底光缆工程技术

前沿报告

（2020年）

中国通信学会

2020年12月

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版权声明

本前沿报告/白皮书版权属于中国通信学会，并受法律

保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点

的，应注明“来源：中国通信学会”。违反上述声明者，本学

会将追究其相关法律责任。

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专家组和撰写组名单

顾问：

钮海明 中国通信建设集团有限公司董事长、总经理

通信建设工程技术委员会 主任委员

黄伟如 广东省电信规划设计院有限公司总经理

专家组：

组长：

郑建飞 广东省电信规划设计院有限公司副总经理/教授级高工

副组长：

曾沂粲 广东省电信规划设计院有限公司总工程师/教授级高工

成员：

姓名 单位 职务

赵春华 广东省电信规划设计院有限公司 技术总监/高工

常卫国 中国电信国际有限公司

网络规划与产品部

总经理/副教授

叶胤 广东省电信规划设计院有限公司

电信咨询设计院

总工程师/高工

许人东 江苏亨通海洋光网络系统有限公司 总经理/教授级

高工

许剑涛 华海通信技术有限公司

全球销售部

总裁

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撰写组：

单位 姓名

广东省电信规划设计院有限公司 何明健、刘兴华、王超、

张优训、冯克正

华海通信技术有限公司 莫仁芸、张效龙、

刘卓禹、刘林

江苏亨通海洋光网络系统有限公司 胥国祥

江苏亨通光纤科技有限公司 张功会

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前 言

地球表面三分之二以上的面积由海洋覆盖，虽然我国与周边 14

个陆地接壤国家中的 12 个通过陆地光缆已实现了跨境连接，但同世

界上主要国家都是通过海底光缆系统进行通信。同卫星通信相比，海

缆系统具有超大容量和较高可靠性的优点；同陆缆系统相比，海缆系

统虽然建设和维修成本较高，但无需穿越各国领土，其建设运营模式

相对成熟；另外海缆系统不像陆缆受限于光放站机房间的距离，可按

需设计最优光放间距，实现上万公里的跨洋直达。

谷歌、微软、脸书等国际互联网巨头因其全球用户的访问流量和

数据中心间流量的迅速增长，近年来直接参与到海底光缆的建设中；

我国的大型互联网公司在海外业务的拓展中也将会有大量国际通信

需求。随着我国高水平对外开放的推进，共建“一带一路”的高质量

发展，必将有一批高水平的中国企业走出去和高质量的外资企业引进

来，未来国内、国际的人员、商品、资金的流动，必将伴随着大量的

国际通信需求。5G 网络在我国的先行先用，加速了万物互联时代的

到来，基于 5G 的各类智慧应用必将使全球互联网迎来新一轮的流量

增长，随着我国与世界其他国家的信息交互更加广泛和深入，自有海

缆的缺乏，将掣肘我国的电信运营商、数据中心提供商、云计算服务

商和互联网应用服务商的海外布局。

自 2000 年以来，光纤传输系统的容量由 10Gb/s 量级增长到目前

的 10Tb/s 量级，约 40%在 2000 年前敷设的海底光缆系统逐步退出服

务，亚太、亚欧等区域海缆已开启新一轮的替换周期，此一轮建成的

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海缆，其使用周期将跨越我国基本建成社会主义现代化国家的 2035

年，战略意义不言而喻。

丰富的海底光缆路由不但带来通信系统带宽、时延等性能的提升，

也带来了可靠性和安全性的提高。当前我国的海底光缆产业基本具备

从设备、光缆、系统集成到后期维护等环节的自主能力，欧美日等国

长期垄断的局面已被打破，中国企业将深度参与到全球海底光缆的建

设和运营中，必将助力我国的网络强国战略的早日实现。

中国通信学会通信建设工程技术委员会

主任委员：

2020 年 12 月

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目 录

一、 研究概述 ......................................................................................................... 1

二、 全球发展态势 ................................................................................................. 2

（一）全球带宽需求的迅速增长，掀起海底光缆新一轮建设热潮 .............. 2

（二）海底光缆运营主体逐步多元化，国际互联网巨头成为投资主力 ...... 4

（三）海缆通信新技术不断涌现，容量更大，距离更长，组网更灵活 ...... 5

三、 我国发展现状 ................................................................................................. 6

（一）我国现有海缆资源难以满足未来发展需求 .......................................... 6

（二）我国海底光缆产业发展迅速，但总体能力尚待进一步提升 .............. 7

（三）海底光缆建设日益受到地缘政治的影响 .............................................. 8

四、 技术预见 ......................................................................................................... 9

（一）海底光纤光缆 ........................................................................................ 10

（二）水下中继器 ............................................................................................ 12

（三）水下分支器和 ROADM ........................................................................ 14

（四）远端供电设备 ........................................................................................ 15

（五）Open Cable 架构 .................................................................................... 16

五、 工程难题 ....................................................................................................... 17

（一）我国海底光缆工程实施装备能力不足 ................................................ 17

（二）我国国际海洋路由勘察能力不足 ........................................................ 18

（三）工程建设如何提升我国近海海缆的安全性 ........................................ 19

六、 政策建议 ....................................................................................................... 20

（一）进一步优化海缆建设运营环境 ............................................................ 20

（二）支持更多新的国际海缆登陆站部署 .................................................... 20

（三）大力支持中国企业拓展国际海底光缆市场 ........................................ 21

（四）进一步建立完善海底光缆保护机制 .................................................... 22

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一、 研究概述

从 1850 年英吉利海峡间第一条海缆完成建设，到 1866 年跨大西

洋海缆成功商用，直至今天，海缆系统承载着绝大部分的国际通信流

量，海缆一直是全球最重要的通信基础设施之一。近年全球国际互联

网流量呈现持续增长态势，带宽需求的持续增长推动了海底光缆建设

的加速，全球海底光缆一直在持续投入，截至 2020 年初，全球在用

的海底光缆超过 400 条，总长度超过 120 万公里。海底光缆工程技术

也在向更多纤对，更高速率，更长距离不断创新发展，持续降低单位

比特通信成本，另外水下分支器技术的持续创新还将进一步提升海底

光缆系统组网的灵活性和安全性。

海底光缆工程涉及水下设备、光纤网络、远程供电、海洋作业等

多个领域，国际项目还要获取相关各国家许可，项目复杂度非常高，

以往有实力承建大型海缆工程的主要为欧美日的三家企业（分别是

ASN、SubCom、NEC）。在全球海底光缆产业中我国虽起步较晚，但

在十多年时间内取得了长足的进步，我国企业已走向国际市场，建设

海底光缆系统总长超过 6 万公里，并具备了越洋工程的建设能力和经

验。

但是我们要清醒地认识到，我国海底光缆产业整体能力与世界领

先水平仍然有较大差距。我国企业承建的工程主要以小规模短距离为

主，完成的总规模量不足全球的 1/10，且其中高性能光纤、部分设备

和原材料还主要采用欧美日等国的产品和技术。我国海底光缆工程建

设能力也存在严重不足，就以大型海缆船为代表的施工装备能力来看，

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我国也不足全球的 1/10。我国海底光缆产业现状与“网络强国”地位

并不相称，目前我国建成了全球规模最大的信息通信网络，将光缆覆

盖到了绝大部分行政村，但是在我国（含港澳台）登陆的所有国际海

底光缆工程，却全部由欧美日等国外企业承建。另外，近年我国相关

的国际海底光缆项目建设以及海底光缆产业的发展还不断地受到国

际政治环境的不利影响。

如今全球经济数字化转型持续推进，发展数字经济已成为世界经

济增长的新动能，信息基础设施是数字经济发展的基石，而海底光缆

系统作为国际通信基础设施的骨干将承担和发挥更关键性的作用。此

篇报告跟踪全球海底光缆产业和前沿技术的发展态势，提出面临的技

术工程难点和挑战，并探讨促进我国海底光缆建设及产业发展的政策

建议，希望能为共同推进并实现全面的网络强国提供有益参考。

二、 全球发展态势

（一）全球带宽需求的迅速增长，掀起海底光缆新一轮

建设热潮

海缆作为国际通信流量最重要的载体，承载了全球 95%以上的国

际通信流量。截至 2020 年初，全球海底光缆总长度超过 120 万公里，

在服役海缆条数达 406 条。

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图 2-1 全球海底光缆示意图 数据来源：ITU

近年来，伴随着 5G 商用、物联网、云计算服务、数据中心等行

业的蓬勃发展，全球正处于数字化变革浪潮中，带宽需求将日益增长。

以 5G +工业互联网为代表的高端制造业，正在成为第四次工业革命

的关键支撑。5G 技术也进一步加速了物联网的应用，根据 Gartner 发

布的数据预测，预计 2020 年全球物联网设备数量将达到 204 亿台，

物联网终端市场规模将达到 2.93 万亿美元。数据中心作为海量数据

的承载实体，是互联网流量计算、存储及流量吞吐的核心资源，随着

互联网蓬勃发展，数据流量呈现持续高速增长，进而拉动了对数据中

心基础设施的需求。

据 Telegography 统计，2019 年全球已使用的国际带宽容量达到

1503 Tb/s，预计 2020- 2026 年期间国际带宽容量的年平均复合增长率

在 30%以上。未来随着疫情防控的常态化，流媒体、电商、远程办公、

视频会议等需求将进一步提升，全球带宽市场有望进入新一轮的增长

周期。

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图 2-2 全球国际带宽增长预测 数据来源：TeleGeography

随着全球带宽市场需求的迅速增长，全球海缆行业也迎来了建设

新一轮的建设热潮。据 STF 统计，2017 年后平均每年新建海缆约 15

条，平均每年投资金额 25 亿美金。此外，全球近 40%的海缆是 2000

年左右建设的，按海缆 25 年的设计使用寿命推算，这些海缆已经进

入了生命周期的尾期，需要退网或更新替换。

（二）海底光缆运营主体逐步多元化，国际互联网巨头

成为投资主力

由于国际海缆项目涉及登陆相关国家，许可审批复杂、建设和运

维费用巨大、项目运营风险较高，故通常采用海缆俱乐部的建设模式。

海缆俱乐部方式由相关企业根据自身业务需求共同投资一个海缆项

目，可以做到利益共享，费用和风险分担，投资方按照投资权益进行

海缆资源的分配。

随着全球视频网站、社交媒体、电商平台等业务的用户量日益增

长，国际大型互联网企业对带宽需求也在激增，为降低成本和满足自

身业务需求，大型互联网企业从租赁海缆带宽转向投资建设海缆。以

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Facebook、谷歌、微软为代表的互联网巨头，目前已经不仅是带宽的

租赁和购买者，也成为国际海缆建设的主导力量。以谷歌为例，自 2008

年第一次参与投资建设连接日本和美国的 Unity 海缆以来，已在全球

建设 14 条海缆，全长超过 11 万公里。2020 年 Facebook 参与投资了

目前业界距离最长的海缆项目2Africa，环绕非洲并连接中东和欧洲，

总长达到 37,000 公里。

（三）海缆通信新技术不断涌现，容量更大，距离更长，

组网更灵活

海底光缆行业经过多年发展更新，技术逐渐成熟，在全球宽带持

续驱动下，伴随着波分传输技术、光纤光缆技术近年来的飞速发展，

海底光缆系统也逐步朝着传输容量更大、传输距离更长、组网更灵活

的方向演进。

海底光缆系统新技术发展应用有几个方向，其一，单纤对容量更

大，容量一直是海底光缆最大的诉求，追求更高单波速率以及更多的

波道，近年系统建设单波速率很多能达到 200Gb/s、300Gb/s，单纤对

容量超过 20Tb/s，未来单波速率还会朝着 400Gb/s、600Gb/s 方向发

展，单纤对容量更大；其二，纤对数更多，有中继海缆系统的纤对数

从以前的 8 对以内，发展到了现在的 16 对，未来将朝着 24 纤对及 32

纤对发展；其三，传输距离更长，以跨太平洋海缆为例，以往系统最

长是美国西岸到上海设计直达距离在 11000 公里，近年新系统设计拟

直达香港、新加坡，传输距离分别将到 13000、15000 多公里；其四，

网络更灵活，海底光缆系统的水下光电分支器从最早期的固定上下光

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纤，前几年实现可固定上下预设波段，近期将发展到能灵活上下任意

波长的 ROADM（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer），使得

系统组网更为灵活。

三、 我国发展现状

（一）我国现有海缆资源难以满足未来发展需求

自 1993 年中国第一条中日海底光缆正式开通以来，海底光缆逐

步发展成为中国国际通信最重要的承载方式。自中国出发的海底光缆

可直接通达北美、亚洲内部、欧洲和非洲，通过转接可以通达南美、

非洲和大洋洲，中国已与美国、日本、新加坡、法国、英国等区域重

点国家实现直接网络互联。

中国虽然已经是世界第二大经济体，但我国在国际海缆建设方面

与欧美发达国家还存在显著的差距。全球已经建设有超过 400 条海底

光缆系统，但是在中国大陆登陆的国际海底光缆系统却只有 9 条。中

国大陆地区已建有青岛、上海（崇明、南汇、临港）、汕头等国际海缆

登陆站，海南国际海缆登陆站正在建设中，而美国海缆登陆站数量超

过 40 个、英国登陆站数量超过 20 个，其国际海缆数量也是中国的数

倍。

根据 2020 年 4 月中国互联网信息中心（CNNIC）发布第 45 次报

告数据，2019 年底中国大陆国际互联网出口带宽为 8.83Tb/s，同比提

升 19.8%。

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图 3-1 我国互联网国际带宽 数据来源：CNNIC

全球国际流量发展需求增速在 30%-40%左右，我国国际出口带

宽的建设速度难以满足实际业务增长需求。由于我国拥有的国际海缆

资源总体较少，部分国际出口方向已出现不能满足发展需求的情况，

而海缆的建设周期一般需要 4-5 年，近期部分需求缺口大多只能通过

容量租购的方式满足，这样单位带宽成本相对较高。

（二）我国海底光缆产业发展迅速，但总体能力尚待进

一步提升

国际海缆市场进入门槛高，技术专业化程度高，具有风险高、市

场容量有限、准入周期长等特点，且海缆或水下设备一旦出现质量问

题，风险代价极大。经过多年的不懈努力，中国海缆产业在逐步补齐

短板，开始与欧美日等发达国家企业同场竞争，成为国际竞争的一股

重要新生力量。

国内在海底光缆制造方面，亨通、中天、通光、烽火等多家企业

已可以量产，目前国内海底光缆产品性能均已与国际水平相当，且多

款海底光缆也已通过国际 UJ 组织认证，其中亨通公司交付总长已达

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到 4 万多公里。在水下系统设备方面，华海通信公司率先实现技术突

破并且已经在全球规模商用，烽火公司也具备了商用产品。在海上施

工方面，中英海底系统公司拥有 2 艘大型海缆施工船。在项目总承包

方面，华海通信具备了跨洋海缆总承包交付能力和经验，签约交付超

过 6 万公里海缆。

国内海底光缆产业已具备了跨洋总承包交付能力和经验，已打破

了海缆通信市场被国际巨头垄断的局面，但我国与欧美日相比，在大

型国际项目经验上与欧美日还有很大差距，国际认可度也有待提高。

在技术上，我国高性能光纤还主要是采用日美产品，部分施工装备、

仪器设备我国也未能自主可控。美国的 SubCom、欧洲的 ASN 都属

于产业链垂直整合的总包商，以 ASN 为例，其在法国、英国、挪威

分别设有自己的海底光缆及设备生产中心，并且拥有 6 艘大型施工船，

自主、可控的资源使得其在市场竞争中处于优势地位。目前，我国的

海缆产业垂直整合度不高，线缆制造、设备制造、海洋施工、项目总

包等均分属于不同的实体，难以形成海缆产业中的“中国合力”。随

着亨通光电完成收购原华为海洋 81%股权，我国海缆行业的垂直整合

已迈出了重要一步。

（三）海底光缆建设日益受到地缘政治的影响

国际海缆需要在多个国家登陆，需要涉及各国的领海、专属经济

区海域使用和许可。近年来，美国对中国在经贸、外交、科技等多个

领域对中国进行全面打压，早已将斗争引入至海底光缆领域。比如总

投资 4 亿美元的 PLCN 海缆于 2015 年底开始建设，目前中国香港到

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美国的主干段已完工，但是由于其参建方有中国香港的公司，美国国

防部，国土安全部、司法部、联邦调查局等机构组成的审查团队以国

家安全为借口，对海缆的运营申请多次提出质疑，并最终于 2020 年

6 月 17 日做出不同意连接中国的决定。BtoBE 也是一条亚洲到美国

的海缆，由中国移动和 Facebook 等公司共同投资，亚洲登陆点包含

中国香港，BtoBE 海缆组织在 2020 年 9 月 10 日主动撤回了在 2018

年 11 月已提交 FCC 但一直未获批的连接申请。

此外，国际政治与商业利益的渗透结合，也影响着海底光缆的公

平公正建设。华海通信公司在近年海底光缆市场上占有约 10%的市场

份额，但是以美国为首的部分国家却在政治冲突和商业利益面前打压

中国公司参与国际海底光缆建设。如 2017 年澳大利亚政府向所罗门

群岛政府施压，迫使其放弃原先与华为已经签订的海缆合同，转而从

澳洲政府预算中拨款来资助所罗门海缆系统的修建。

四、 技术预见

海底通信主要特点是通信距离长、传输容量大，系统运行寿命长，

一直是光纤新通信技术的应用高地。过去海底通信得益于半导体技术、

光电器件技术和光纤技术的高速发展，单纤容量提升迅猛，目前已经

接近香农极限容量。随着 5G 的逐步广泛部署，全球向数字化经济和

智能化社会发展，要求进一步提升传输系统容量及持续优化单比特成

本。相对陆上光通信系统技术的发展，海底光缆系统还面临水下设备

供电受限、体积受限、极高可用率要求等特殊挑战。系统容量及单比

特传输成本继续优化的需求与现有海底光缆技术难以实现的矛盾越

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来越突出，迫切需要新的技术突破来支撑未来的持续演进。

（一）海底光纤光缆

（1）光纤

随着通信技术和光纤制造技术的不断革新，通信光纤正向超低损

耗，大有效面积方向发展。我国生产的光纤种类不断丰富，新型光纤

技术不断取得突破，在国家工业强基工程的支持下，超低损耗光纤已

实现重大突破。我国经过多年研究攻克了超低损耗制备的关键技术，

从而打破国外技术垄断，实现了超低损耗光纤的自主国产化，并实现

了超低损耗大有效面积光纤的规模化与批量化生产，超低损耗大有效

面积光纤 G.654E 陆地光缆已开始在我国骨干光缆网络上规模应用。

对于超低损耗大有效面积海洋光纤，欧美公司高性能光纤产品可

实现损耗小于 0.154dB/km，有效截面积为 150μm2，并已规模商用。

目前国内光纤厂商也成功开发出损耗小于 0.160dB/km，有效面积为

130μm2的产品，具备商用的基础，但离国际先进水平尚有一定差距，

由于海底光缆应用条件和要求相对陆地光缆更为苛刻，对海底光纤的

性能一致性和可靠性要求极高，国内的 G654 光纤仍然需要更多的可

靠性验证才能使用。目前国际海底光缆项目中以采用住友、康宁、OFS

等日美公司的光纤产品为主。

技术上，随着光纤制造技术的不断提升以及研发的投入，未来可

能开发更大有效面积、衰减系数更低的超高性能海洋光纤。除了不断

提高单模光纤性能这个方向，从空分复用的角度，有两种方法可以将

多空间路径引入光纤。第一种方法是将多个独立的纤芯合并到一根光

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纤中，一个包层中含有多根纤芯，即多芯光纤（Multicore Fiber，MCF），

第二种方法是利用光纤中的多种不同模式来同时传输，即少模光纤

（Few-Mode Fiber，FMF）。在长距离传输领域，MCF 受到更大的关

注，在实现低损耗化和攻克与器件相关的关键技术问题后，低损耗

MCF 也将成为未来海洋通信发展的重要方向之一。

（2）光缆

欧美国家海缆产业于 170 年前就开始起步，上世纪 80 年代开始

内核通信介质从铜转变为光纤，缆的外部结构并没有发生大的改变，

海底光缆制造的核心技术在 2000 年前后已基本成熟。国内在海底光

缆方面起步时间晚，但发展迅速，在部分技术和制造经验上要弱于国

外厂家，但也有部分工艺优于国外，整体上能力水平与国际相当。

目前国内海底光缆制造使用的原材料没有实现全国产化，部分原

材料还需依赖进口，且部分生产设备或技术也尚未实现自主可控，一

些高精密高稳定的生产设备仍需要依靠进口。对于海底光缆国内原材

料的自主可控，建议一方面扩展进口原材料的供应商，避免独家供料

的现象；另一方面，国内原材料厂家还需潜心研究材料的性能，保证

原材料满足海底光缆的使用标准。在设备的开发上，国内的设备商仍

需基于已有设备进行剖析，深耕工艺提升，实现设备的精密性、稳定

性，以满足海底光缆生产要求。

海底光缆增加容量最简单的方式是采用更多的光缆芯数，有中继

海底光缆系统将由 16 芯增加到 24、32 芯，未来还将研发 48、64 芯，

无中继系统从 24、48、96 芯，将增加到 500、1000 芯甚至更多。其

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中国际先进水平可实现千芯光缆 100 公里段长的生产，而国内目前基

本在 10公里段长量级，我国在工艺绞合的控制上还需要重点提升。

为了实现更长的跨洋系统通信距离，以及满足未来系统纤对数的

增加需求，希望系统的电能损耗能进一步降低，海底光缆能具有更低

的直流电阻。目前有中继海底光缆的直流电阻一般在 1.0Ω/km以上，

今后超长距海底光缆直流电阻方面的研发趋势是降低到 0.8Ω/km 以

下，甚至 0.6Ω/km，国际部分领先企业已有 0.7Ω/km 左右的产品。

（二）水下中继器

水下中继器（Repeater）通常应用于长距离的海缆传输系统中，

用来补偿光信号长距离传输后的衰减，实现光信号的功率放大，由于

其需要满足 8000m 水深和 25 年运行寿命的要求，产品实现门槛高。

近 20 年，DWDM 密集波分复用技术极大促进了海缆系统容量的

提升，但在增益效率较高的 C 波段，波分复用技术已经接近能力极

限，如果将光谱带宽从 C 波段扩展到 C+/C+L 波段，可继续扩大系统

的传输带宽。目前 39nm 的 C+波段技术在海缆系统应用已相对成熟，

对于 C+L 波段技术的应用，由于目前技术下 L 波段的泵浦转化效率

较低，需要更高的泵浦功率实现同等效果的放大。提升海缆单纤容量

面临的问题是单位能耗的传输容量，而两个 C 波段放大器的能效优

于一个 C+L 波段放大器。此外，C+L 波段器件产业链成熟度不足，

暂无类似 C/C+波段成本及稳定供应的优势，未来如果 L 波段铒纤转

化效率能提升，远端供电能力能增强，光纤非线性效应能降低等多方

面技术的突破，可促进 C+L 技术的应用。

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空分复用 SDM（Space Division multiplexing）被认为是可以带来

容量倍增的技术，海缆 SDM 包括多芯对技术（High Fiber Count，HFC）

和多芯光纤（MCF）技术。虽然 MCF 技术在近十多年中，多芯光纤、

扇入扇出复用、多芯串扰、多芯放大等关键技术发展迅速，但在产品

化方面，近 3~5 年内 MCF 技术无论是器件成熟度还是产业完备性，

还难以真正在海缆系统中规模使用。

多芯对技术是在现有成熟的海缆通信技术基础上，通过扩展光纤

对数，来实现系统容量的倍增，其器件成熟、产业完备、维护和升级

容易。因此，多芯对技术在可预见的 3~5 年内将是最可靠、性价比最

高、产业最成熟的技术，成为海底光缆行业公认的发展方向。多纤对

海缆通信系统中最关键的是多纤对水下中继器，涉及多项关键技术：

大数光纤的馈通技术、高效泵浦驱动技术、15000 伏以上的超高工作

电压、超大浪涌防护技术、多纤对泵浦共享技术等。目前我国企业在

水下中继器领域与全球其他领先企业同在技术前沿，实现在业界最小

的中继器腔体（Housing）内完成光电集成。我国 16 纤对水下中继器

已经开始商用，32 纤对水下中继器正在研发。

多纤对技术的应用同样带来许多挑战，其中最重要的挑战包括系

统高压供电。系统设计电压增加，需要所有配套产品都具备耐高压的

能力，假设海缆采用未来 0.6Ω/km 的低阻抗技术产品，对于 12000km

跨太平洋系统，压降将达到 20kV（16FP）。供电方面，提高 Repeater

电路效率及降低海缆阻抗是主要研究方向，对于电路效率的提升，可

通过从泵浦共享，泵浦驱动、防护及整流电路等方面进行设计优化，

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其中泵浦共享可以有 4x4、4x8 等结构设计。

（三）水下分支器和 ROADM

水下分支器（Branching Unit）通常应用于非点对点连接的海缆系

统中， BU 包括光信号路径切换（光纤分支或光分插复用）、光信号

放大（可选），以及供电路径切换（可选）等功能。BU 按光功能设计

演进主要有分纤型分支器（Full Fiber Drop-Branching Unit，FFD BU）、

固定分插复用分支器（Fixed Optical Add/Drop Multiplexer Branching

Unit，FOADM BU）、光开关分支器（Fiber switch Optical Add/Drop

Multiplexer，FS-OADM BU）以及光开关可重构分插复用分支器（Fiber

Switch Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，FS-ROADM BU）。

BU 按供电需求则可分为无源分支器和有源分支器，其中电源可

倒换分支器（Power Switch BU，PSBU）通过有源开关器件可实现电

源各级之间以及与地极之间的相互倒换。目前 PSBU 电源切换技术已

经由早期的控制端站 PFE 上电顺序发展为通过端站发送命令来控制

BU 切换的智能控制方式。在切换电压限制上，通过加强 BU 内部单

元的绝缘设计及高可靠性继电器的选取，由原来几百伏低压发展到

15kV 高压热切换或更高 20kV /25kV 高压热切换，减少了 PSBU 电源

切换过程中 PFE 上下电操作及极性调整时间，提升业务恢复速度，减

少业务中断时间。

随着海缆承载业务量的增加，对业务的稳定性要求也越来越高。

对出现故障的海缆段，长时间业务中断只允许发生在故障侧，无故障

侧要求实现快速业务恢复，支路故障时 BU 的光切换时间应能小于

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500ms，系统级故障从故障发生到业务恢复总时间不超过 60 秒。支路

自动切换业界有基于光功率检测及电流检测两种方式，其中光功率检

测将具有更高的技术优势，可覆盖的故障场景范围更广。

灵活性一直是光网络追求的一个发展方向，为了使不同站点之间

的业务调度更加灵活，水下分支器已经由分纤型和有限灵活性的基于

“光开关 +固定滤波器”分支器发展到更加灵活的基于 WSS

（Wavelength Selective Switch）技术的可进行波长级任意带宽分插复

用分支器。FS-ROADM BU 可采用 Fiber Switch BU 和 ROADM 单元

独立 Housing 设计，二者配合使用，完成复杂度更高的业务调度及故

障容灾。

在 ROADM 单元的集成度上，目前主流是单体 2 纤对，支持多个

级联，业界领先技术可做到单体 4 纤对，未来需要进一步选用更高集

成度的 WSS 模块来提升空间利用率，做到更高纤对数的单体结构，

减少级联带来的施工成本及后期维修回收难度。海缆系统设备主要受

限于水下 Housing 大小，由于 ROADM 单元功能设计的复杂度较高，

在极小的空间里要实现光谱平坦度调整，EDFA 光功率补偿，1+1WSS，

三方向控制与反馈电路等，未来可在 EDFA 及 WSS 的集成度上进一

步压缩空间或采用更大 Housing 来容纳更多光纤对。

（四）远端供电设备

海缆系统的远端供电设备（PFE）为所有水下设备提供高压直流

的电力供应，长期以来业界 PFE 单端供电能力最高为 15kV，一般用

于跨洋等超长距系统。为适应今后 HFC 技术应用的需求，我国企业

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已在研发能力更高的远端供电设备，其中的 18kV 技术已经具备初步

商用条件，最大输出电流、最大输出电压、最大输出功率指标均将高

于业界常规能力。如果有了 3kV 的提升，在相同泵浦架构、相同纤对

数情况下，18kV 可实现更长距离单端供电；超长距场景下，相同传

输长度、相同泵浦架构，18kV 可支持更多纤对数，以实现更大系统

容量。

（五）Open Cable 架构

近年来，有中继海缆系统终端传输设备 TTE （ Terminal

Transmission Equipment）与水下设备解耦已成为行业的发展趋势。解

耦后以水下为主的海缆系统作为一个透明的光层传输管道，通过提供

开放的光接口，投资方可以自由选择 TTE 厂家，不受水下设备供应

商的限制，提高自行选择传输设备商的自由度。通过系统解耦分离，

建设方无需在海缆建设合同签订初期就确定 TTE 设备，因为海缆建

设周期一般长达 3-4 年，而终端传输设备技术更新较快，过 2-3 年再

选择技术更新且性价比更高的设备，可进一步降低每比特成本。对于

终端传输设备商和水下设备商而言，也可以结合自身的优势，集中力

量提高各自领域产品竞争力。

Open Cable 架构模式旨在将海缆系统终端传输设备和水下设备

解耦和分离,这要求海缆终端传输设备与海缆底层平台的接口进行标

准化，并能实现各自独立的系统测试和验收。2016 年 9 月 ITU-T SG15

Q8 团队同意将 Open Cable 作为 G.977.1 研究的新标准，2019 年 4 月

SubOptic 大会发布了 Open Cable 白皮书，2020 年 2 月 ITU-T 会议上

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讨论了 G.977.1 草案，确定相关设计原则，标准有望在 2021 年完成。

Open Cable 海缆系统基本框架如下：

图 4-1 Open Cable 传输系统示意图 数据来源：ITU-T G.977.1draft

Open Cable 系统设备除提供开放的业务接入接口，一般还需提供

高精度波道检测功能、自动预加重功能、光路自动容灾切换等功能，

以及水下设备监控及故障定位等。Open Cable 相对传统模式也带来了

一些新挑战，比如由于水上和水下设备彻底解耦，当水下链路出现故

障后，TTE 设备的信号丢失/信号劣化等相关告警无法传递给 Open

Cable 系统，无法及时提醒上层网管做出相关动作，相关挑战需要进

一步解决或改进。

五、 工程难题

（一）我国海底光缆工程实施装备能力不足

海缆施工是海底光缆工程建设的安装阶段，经过 170 年多的发展

演进，海缆工程的施工工艺已相对成熟稳定。影响海缆施工的关键因

素是海缆施工装备，包括海缆船、埋设犁、水下 ROV（Remotely

Operated Vehicle）及相应的控制软件。据统计全球具备国际海缆工程

能力的海缆船共有近 50 艘，主要集中在欧美日等国，其中美国

CTE

PFE

Vendor ATTE

Vendor BTTE

CTE

PFE

Vendor ATTE

Vendor BTTE

OA OA

OA OA

MPI-SM

MPI-RM

MPI-RM

MPI-SM

OCJ

OCJ

IPI-SM IPI-RM

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SubCom 公司就拥有 7 艘海缆船、7 套埋设犁、9 套水下 ROV 装备。

位于我国上海的中英海底系统有限公司有两艘德国制造的海缆施工

船，其中一艘还承担着横滨海缆维护区的维护工作。中英海底的船籍

均为巴拿马籍，因而承建我国管辖海域的海缆工程施工，需要进行作

业申请并获得许可。尽管我国也有中国籍海缆施工船，但吨位均比较

小，主要从事近岸海域的施工和维护工作，不具备完成大型国际海缆

工程施工的能力。

海缆埋设犁和水下 ROV 是海缆工程施工的主要设备。全球埋设

犁和 ROV 的最大供应商是英国的 SMD 公司，随着 SMD 被中国公司

收购，目前埋设犁和 ROV 等设备的供应已不成问题。但相关布放控

制软件 Makai Lay 和 Spider 均产自于欧美公司。大型海缆施工船建造

费用耗资巨大，日常维护成本很高，尽管我国的造船技术足以建造大

型海缆船，但由于我国海底光缆产业未能上规模，经济上又难以支撑

建造更多的海缆船，因此我国大型海缆工程实施能力不足的现实情况

也一直未能改善。

（二）我国国际海洋路由勘察能力不足

海洋路由勘察是海底光缆工程建设中的重要组成部分，其目的是

通过海洋勘察选择一条即经济合理又相对安全的海缆线路，并指导海

缆精准化生产。海洋路由勘察技术在我国经过几十年的发展，国内的

一些部属科研勘测单位，也具备从事海缆路由勘察方面的技术、设备

和能力。我国海洋勘察所用的部分高性能设备如多波束回声测深仪

（MBES）、侧扫声纳（SSS）、浅地层剖面仪（SBP）等以及对应的软

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件大多购买于国外公司，我国相关人员对路由信息的解译能力，以及

项目交付能力相对较弱，这些都约束了我国国际化海缆路由勘察能力

的进一步提高。

当前，从事国际海缆路由勘察的专业公司主要有 EGS、Fugro 等

外国公司，由于种种原因，我国国内相关海洋勘察单位在国际海缆路

由勘察能力方面与业界先进水平还存在较大的差距。

（三）工程建设如何提升我国近海海缆的安全性

据统计，近 2 年内我国近海海域内的国际海底光缆故障高达 50

多次，中断频次超出全球平均水平数倍，海缆在建设阶段的中断也时

有发生，如 APG 海缆在竣工验收之前 1 年内中国（崇明、南汇）段

分支发生 11 次中断。由于海缆中断后平均修复时间需要 20 多天，不

仅维修成本很高，而且还可能导致网络局部拥塞，对社会经济发展造

成一定损失。

我国沿海大陆架非常宽广，海底光缆故障点多数发生在水深 150

米以内的大陆架海域，在 50 至 100 米水深最为集中，渔业和航运是

造成海缆故障的主要直接原因。如何提升近海海底光缆的安全性，也

是中国海底光缆工程建设面临的一个重要的综合性难题。

在渔业活动频发区域，对于中国海域，特别是大陆架 150 水深以

浅的海域，采用更高强度缆型可以在一定程度上提升海缆的安全性，

但对大型拖网渔船或大型货船抛锚活动效果有限。加深海缆埋设深度

可能是更有效的保护措施，我国近海近年来多处海缆故障发生的客观

原因也包括埋设深度不足。建议一方面要在海缆施工阶段加强施工管

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理，在海床底质条件允许的情况下，海缆埋设深度必须达到设计规定

的埋设深度。另一方面，按我国现行标准在 5 米到 150 米水深埋设深

度为 3 米，是否能提升为 5 米，在经过坚硬底质和陡坡时能否增加埋

设或其他措施，能否有相对经济有效的装备及方法进行实施，这仍是

各方需研究创新和开发的工程问题。

六、 政策建议

（一）进一步优化海缆建设运营环境

国际海缆建设将迎来重要发展窗口期，但我国新建国际海缆所需

的审批部门多，审批流程复杂，周期非常长，相关项目的审批时间往

往长达 30 个月，这不仅影响我国国际海缆投资建设进度，也影响了

其他国家运营商合作建设连接中国海缆的意愿。建议优化国际海缆建

设项目环境影响审批程序，提升审批效率，缩短审批时间。其次，建

议重新评估国际海缆对海洋环境的影响，考虑修订其影响评价等级，

同时，缩短相应的海洋环境调查周期。

海缆的建设、运营隶属于国际通信设施服务业务，目前属于第一

类基础电信业务，只有具备基础电信业务的运营商才能经营。未来建

议考虑放宽海底光缆建设与运营的资质要求，使得对国际带宽有大量

需求的国内互联网企业，可以主动规划、建设和运营海缆。这样既能

满足国内互联网公司自身业务的发展，也可以与国内电信运营商形成

优势互补。

（二）支持更多新的国际海缆登陆站部署

国际海缆登陆站是海缆系统的关键组成部分之一，是海缆上岸之

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后的第一站，其不仅为海缆的水下中继器提供远端供电也为海缆终端

设备提供空间和动力，是海底光缆系统维护、监控、运营等过程中非

常关键的节点。我国在上世纪 90 年代在青岛、上海崇明和南汇、汕

头等地建设了国际海缆登陆站，为中国出口的多条国际海缆系统提供

了登陆设施和服务。

但随着国家环保理念的逐步增强、海洋生态文明建设以及我国沿

海各省市周边和近海海洋开发活动的日益频繁，海洋生态红线以及海

上风电等其他用海活动等已成为影响海底光缆规划建设的重要因素。

我国现有登陆站在规划建设新的海光缆方面受到的限制越来越多，已

难以满足未来的通信发展需求。建议相关部门在政策和审批方面对我

国在沿海适宜位置规划选址建设更多新的国际海光缆登陆站给予支

持。从长远来看，更多的海缆登陆站不仅能更好适应未来大容量数据

通信出口的需求，同时更丰富海缆路由还可增强网络的安全性。

（三）大力支持中国企业拓展国际海底光缆市场

近年来东南亚、非洲、南美等新兴市场国家和地区高度重视到国

际海缆对于加强国际互通促进本地发展的重大意义，纷纷出台相关政

策或战略，因此海底光缆在“一带一路”沿线国家和地区市场发展空

间广阔。

面对新的国际关系，我国更需要采取多种有力措施，扶持优秀的

海底光缆企业提高其综合实力，支持其拓展国际海底光缆业务。目前

有能力有经验承担全球长距离海缆系统建设的总承包商只有欧美日

的三家和我国华海通信公司，因为地缘政治的原因，我国企业只有约

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10%的海底光缆市场份额。华海通信于 2018 年成功交付了连接南美

和非洲全长 6000 千米的洲际海底光缆，目前正在建设连接巴基斯坦、

吉布提、肯尼亚和法国等国的全长 12000 公里的跨洲海底光缆，以美

国为首的利益相关方已向部分中东国家政府施压，项目进一步的连接

扩展计划已受到阻碍。

仅国内市场需求和应用难以支撑海底光缆产业发展和技术瓶颈

的突破，我国应大力支持中国的海底光缆企业拓展国际市场。建议在

海底光缆建设领域加强国家间高层互动，借助中国与东盟、非洲、拉

美等国之间的合作机制，推动“一带一路”沿线国家海缆建设及与我

国的互联互通。建议积极支持海缆制造企业，系统集成企业，海洋施

工企业的资源整合，统筹建立海缆建设企业与运营商之间的合作机制，

共同带动我国海底光缆产业“走出去”，加快形成海底光缆系统产业

集群，并形成技术发展合力。

（四）进一步建立完善海底光缆保护机制

近年来，随着海洋渔业捕捞的转型升级，海上捕捞区域不断扩大，

渔业捕捞设施日趋大型化，由渔船锚泊或拖网捕捞造成的海底光缆断

裂频繁发生，海底光缆保护形势日益严峻。我国应借鉴美、日、澳等

发达国家的做法，推进立法建设，确立管理部门，划定保护区域，加

强对海洋活动的监督管理，通过制度、技术等手段，进一步完善海底

光缆保护机制，防止海底光缆被非法盗割和无意破坏。

第一，在海底光缆保护法律法规方面，我国制定了《海底电缆管

道保护规定》，但其涉及海底光缆相关规定出台时间较早，部分内容

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已不满足目前海底光缆管理需求。建议相关部门从海底电缆管道的规

划、铺设、保护与监管全过程进行顶层设计，统筹现行法规和规章，

积极推动出台新的法规，以规范海底光缆的建设与管理，确保海底光

缆的安全运行。同时，建议在《渔业法》中增加海底电缆管道保护的

相关条款，规范海上渔业生产活动、提高渔业生产从业人员护缆安全

意识，使渔政管理部门在开展海底电缆管道保护工作时有法可依。

第二，在海域规划领域，以新加坡为例，其在 Tanah Merah 登陆

站规划了 1.1 公里宽的海缆专属区，现有 11 条海缆登陆服役，保护

区内要求 5 米以上的埋设并禁渔，所有海缆只能依据新加坡海事部门

指定路由敷设。而我国上海附近海域的国际海缆，在 250 公里宽度的

海域范围内分布了 13 条海缆，由于缺乏专项海域规划和海缆路由统

筹，使得海域利用率低并且管理难度极高，由于不可能全部禁渔禁航，

导致海缆故障率居高不下。

第三，目前由于海上违法成本较低，造成部分渔民的守法自觉性

和安全意识比较薄弱。建议加大对海底光缆区域海洋主管部门的资源

投入，以支持开展专项的海底光缆保护执法行动，并加大对海底光缆

管道保护区内作业的渔船、违规跨区域作业的渔船以及无牌套牌渔船

的行政处罚力度。

第四，建议海洋主管部门积极借助科技手段建立和优化海上远程

监控系统，探索实现对海上违法行为的事先预警、事中处置、事后取

证追责的执法辅助系统，完善我国海洋监管体系。同时，确保电子海

图数据能得到及时更新，使海上作业人员能够准确识别海缆保护区，

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避免因信息不准确导致在海缆保护区内进行违规作业。

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