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第123章 通信技术概览

◆光通信的利弊

普通光通信的弱点:一是不如电磁波那样具有固定的频率,而是由尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子发出的,相干性差,不能实现多路通信,通信质量不高;二是光波在雾雨天和大气层中极易损失能量,不能实现远距离通信;三是光线暴露在外,没有保密性。因而,普通光通信技术没有多大发展前途。

激光出现后的光通信:激光出现之后,光通信的面貌发生了根本性的变化。激光可以像普通无线电波那样进行调制和解调,可以同时负载多种信号,抗干扰性强,其能量比无线电微波还要高出上万倍,从理论上讲可以同时传送100亿路以上的电话和1000万套电视节目。但如果在地面通信,雨雾天气和大气层内信号的衰减仍然是激光通信的主要障碍。如果能找到一种传输光或激光的导线,这个困难便可以克服。

◆通信新时代——光纤通信

由于现代社会的信息量越来越大,用同轴电缆或微波接力来传输,已经不能满足要求,为了适应需要,诞生了光纤通信和卫星通信两种方式。光纤是光导纤维的简称,是质量非常高、传导光极好、很细的玻璃丝(直径几十微米或几微米),其中根据需要加进了特定的材料。运用光纤传输信号时,先把电脉冲变换成光脉冲,送进光纤,然后利用光的“全反射”定律,使原来沿着直线方向传播的光也能像电一样沿着光纤弯弯曲曲地传播,光信号传送到终端,再变回成电脉冲。实际使用时,常把千百根光纤集束在一起加以增强处理,制成像电缆一样的光缆。

光纤的优点是容量大且可在同一条通路上进行双向传输,抗电磁干扰强、成本低。由于光波频率比微波频率范围大得多,所以一根光纤的通信容量是同截面积铜线容量的25万倍。目前一对光纤一般可通几百到几千路电话。即使在雷电中,光纤通信仍可不受影响。光纤不仅可以在陆地上使用,而且可用于海洋。近年来美国至英国、法国横渡大西洋的海底光缆系统(全长6657千米、总容量8000话路),美国至日本跨越北太平洋的海底光缆系统(全长13000千米,总容量8000话路),都已开通使用,其他海底光缆也在敷设之中。这些跨越大洋的光缆总长度几乎可把整个地球缠绕起来。

◆卫星通信

人们利用通信卫星实现远距离通信的通信方式称为卫星通信。一个卫星通信系统由通信卫星和地球站组成。通信卫星实际上是一个微波接力通信的空中中继站,它能将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站,从而实现在两个或多个地面之间进行通信。把通信卫星发射到距赤道上空35800千米的轨道上,使它运行的方向与地球的自转方向一致,环绕地球运行一周的时间与地球自转周期(一昼夜)相吻合,使卫星相对地面静止不动,这样的卫星称为地球定点同步卫星。只要在定点同步卫星轨道上等距离的分布3颗卫星,就能覆盖整个地球,进行全球通信。目前通信卫星已发展到第六代,一颗卫星有几十个转发器,可同时提供几万路电话线路或转发几十路电视。

卫星通信不受地理条件的限制,绢网灵活、迅速,通信容量大,费用省。至1993年,全世界已有166个国家与地区总共建立了877个地球站。通过太平洋、印度洋、大西洋上空的国际通信卫星,组成了一个全球通信网。世界上全部电视转播业务和2/3的跨洋电信业务已由卫星通信系统承担。今后卫星通信的一个重要发展方向是开拓更高频段的通信,建立统一的数字卫星通信网。

◆微波通信

所谓微波,是指一种具有极高频率(通常为300MHz~300GHz),波长很短,通常为1m~1mm的电磁波。在微波频段,由于频率很高,电波的绕射能力弱,所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内进行的直线传播,又称视距传播。这种传播方式,虽然与短波相比,具有传播较稳定,受外界干扰小等优点,但在电波的传播过程中,却难免受到地形、地物及气候状况的影响而引起反射、折射、散射和吸收现象,产生传播衰落和传播失真。

微波扩频通信技术特点是利用伪随机码对输入信息进行扩展频谱编码处理,然后在某个载频进行调制以便传输,属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域,主要开发目的是对抗电子战中的干扰。

◆现代电信网

现代电信网是信息社会的基础设施。电子邮件、电子货币、可视电话、电视报刊等各种信息服务业务和信件、电话、传真等各种通信手段,就是由这些信息网实现的。电信网由终端设备、传输设备和交换设备组成。

◆电气通信

一般使用电或电子设施来传递语言、文字图像等信息,从而达到联系的通信方式称为电气通信,简称电信。交换机是电话线路交换与接续的设备。1965年,世界上第一台用电子计算机控制的电话交换机诞生,由于采用“存储程序控制”,所以称为“程控交换机”。程控交换机具有持续速度快、声音清晰、质量可靠、服务功能多等优点。由于它采用计算机程序控制,因此使交换系统具有更大的灵活性、适应性和开放性,并便于开发数据、图像通信及其他新的通信业务。20世纪70年代发展起来的“数字程控交换机”,是一种传输离散数字信号的交换机。数字交换使电话交换朝着话音与非话业务的综合交换迈出了一步。

◆移动通信

电话通信除了有线通信外,1978年后又出现了无线电信息传输与交换的移动通信,即移动电话。20世纪80年代后,人们又研制出数字式蜂窝移动通信系统。由于移动电话使人们能在移动过程中随时随地进行通信,适应了现代社会快节奏、人员流动性强的需要,而且保密性好,同时具有国际漫游等功能。因此,该项通信业务发展极为迅速。1993年全世界移动电话用户为2200多万户,1996年达到5400多万户,2000年已超过一亿户。此外,还有无线寻呼电话(BP机)、无绳电话和可视电话等。

◆GPS全球队定位系统

GPS全球定位系统是一项工程浩繁、耗资巨大的工程,被称为继阿波罗飞船登月、航天飞机之后的第三大空间工程。海湾战争期间,GPS系统随着1993年GPS太空卫星网的完全建成,其应用领域不断扩大。

GPS是美国国防部发射的24颗卫星组成的全球定位、导航及授时系统。这24颗卫星分布在高度为2万公里的6个轨道上绕地球飞行。每条轨道上拥有4颗卫星,在地球上任何一点,任何时刻都可以同时接受到来自4颗卫星的信号。也就是说GPS的卫星所发射的空间轨道信息覆盖着整个地球表面。

GPS卫星定位系统由地面控制站、GPS卫星网和GPS接收机三部分组成。地面主控站实施对GPS卫星的轨道控制及参数修正。GPS卫星网向地面发射两个频率的定位导航信息,其中包括两个定位码信号:C/A码(供世界范围内民用)及P码(只供美国军方使用)。GPS接收机接收GPS卫星信号进行解算,即可确定GPS接收机的位置。

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