书城科普日新月异的信息科学(新编科技大博览·A卷)
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第19章 通信技术(8)

但是,微波通信也有它的缺点,它的波长很短,只在1毫米至1米之间。它在传输信号中,特别是在长距离传输中,不能像长波那样,遇到障碍物可以翻越过去;也不能像短波那样,利用空气中的电离层的反射,进行远距离通信。它的传输路线是直的,就像光一样不会拐弯。不仅如此,它还有一种怪脾气,遇到障碍物,便反射回来,就像射出的子弹,遇到硬障碍物就反弹回来。所以,微波通信只能在空间可视间距中传播。因为地球是圆的,即是把发射天线架在高山上,也会被地球表面反射回来,也就是说,它的传送距离只有50千米左右。

那么,怎样克服这一缺点呢?

很显然,要实现微波通信,只有在50千米的间距做文章。科学家设想,就像中国古时候的通信设施烽火台一样,每隔一定的距离,建一个微波中继站。这样一个接一个,就像体育赛跑中的接力赛一样,那么,通过一个个微波中继站,就可以实现一步传一步的通信。这样就实现了微波的远距离通信。

由于微波中继站建站快、投资少,所以即使是建立一串串中继站,从经济上和传输效果上还是合算的。况且微波段带宽的优点,也是长波和中波、短波无法比拟的。

所以,目前的电视转播都采用这种微波中继站,使千家万户可以看到清楚的电视。它便成为信息高速公路不可缺少的组成部分。

毫米波通信

在信息通信中,毫米波通信是目前科学家研究的重点之一。

毫米波指的是一种波长只有1~10毫米的无线电波。毫米波通信有着其他无线电波,诸如微波、短波、中波等无可比拟的优点,所以,日益被信息通信研究所重视,并在实践中逐渐应用。

那么,毫米波通信到底有什么优点呢?

毫米波通信波段所容纳的信息道比现在用的短波、微波容纳的信息道更大。这样就可以缓和目前频段越来越拥挤的状况。

毫米波的频带宽,可以实现高速数据的传送。它可以使通信的传输速率达到8~16G比特/秒。

由于科学技术和社会经济的飞速发展,信息量越来越大,采用厘米波波段,很难满足日益提高的传输速率的要求,而毫米波段,频带宽,传输速率高,当然也就可以担当起信息量日益扩大的无线电信息传递。

毫米波段,由于波长短,可以把无线电波做成光束,因而它的测量分辨能力强,精度高,同时还具有体积小、重量轻、耗电少等优点。

毫米波通信在航天技术中有着不可代替的作用。例如,航天飞行器返回大气层时,由于金属与空气摩擦而使周围的空气电离,形成了等离子鞘套,能够使微波通信中断。就是说,空气电离以后,等离子把航天飞行器与世隔绝。然而,毫米波却能穿过等离子体,顺利地实现地面与飞行器的通信。

由于毫米波通信比微波通信具有更加独特的作用,所以目前各国科学家都在加紧研究,并取得了一定的成就。

日本于1983年就开始使用毫米的波段的通信卫星,用来传输电话、电视和数据。目前,日本正在研制新的通信卫星,使用的是10/15毫米波段和6/7.5的毫米波段,有6个点波束,信道宽度可达250兆赫,数据传输率达400兆比特/秒。地面的接受天线可以只有30厘米。

目前,美国也正在加大投入,研究开发和使用毫米波通信。他们研究的重量约为1吨的先进技术卫星,上行波长为10~11毫米,下行波长为15~17毫米,有2个扫描波束,3个固定波束,传输速率为256兆比特/秒。而地面发射功率为20~200瓦,天线长5米。

欧洲的许多国家也正在加紧对毫米波通信的研究,并在人造卫星上成功地使用毫米波段。相信,毫米波通信必将成为无线电波通信家族传输信息的佼佼者,并逐渐扩大其应用范围。

卫星通信

不管是毫微波通信,还是微波、短波、中波或者长波通信,都属于电磁波通信。这其中效果最好的当属微波通信和毫微波通信。当然,其他波段通信也各有自己的特长。

国际卫星通信网是全球性的卫星通信系统。采取微波通信需要通过建立中继站,才能实现远距离通信。但是,这种方法一是耗资大,二是在有些地方也无法建立中继站。特别是远隔重洋,要在海洋中每隔40千米建一个中继站,简直是不可思议的。

大家知道,建立中继站的目的是使微波不受地球凸面的阻隔,实现远距离通信。

如果中继站的高度足以超出地球凸面,那么微波通信不就不会受阻隔了吗?

于是,人们便想到了卫星。

1945年,英国的科学家克拉克发表了一篇《地球外的中继站》的预言论文。他首先提出了利用人造地球卫星作为传送微波信息的中继站。如果将卫星释放到赤道上空约36000千米的同步轨道上,这样,一颗卫星上的中继站所转发出的微波便可以覆盖地球表面大约1/3。如果布放三颗等距离的地球同步卫星,则可以实现全球通信。

这一思想得到许多科学家的重视,他们进行了卓有成效的研究。

1965年4月6日,人类发射了第一颗通信卫星,使卫星作为中继站的设想付诸现实。

那么,人造卫星如何承担中继站的任务呢?

卫星通讯前景广阔卫星通信是由一个地面站向卫星发射信号,经过卫星的放大、变频等处理,再转发给另一个地面站。一般地说,经过卫星处理以后,最远的通信距离可达13000千米,三颗卫星都进行这样的处理,就可以绕地球一周。

通信卫星在36000米的高空,不受任何地形条件的限制,即使在沙漠、高山,甚至在地球上的任何一个岛屿,只1964年德国M.A.N公司制造的第一个德国通讯卫星地面接收站。要有一个直径零点几米的小的地面站,就可以接受卫星发射的信号,完成通信任务。

据测算,一颗卫星发射出来的微波信号,能够覆盖地球面积的40%,相当于在地面架设三百多个微波中继站。只要在卫星通信的覆盖范围内任意两点或多点,便可以实现卫星通信。

不仅如此,卫星通信的容量大得惊人,一颗通信卫星可容纳六万多人同时打越洋电话,还可以进行许多路电视通信以进行数据、文字、图像和移动通信业务。

目前,在天空中已经有一百多颗通信卫星在执行任务,同时还有一千多颗移动通信卫星在低轨道上运转。它们承担了全球近100%的越洋电视转播和30%以上的国际电报、电话业务。2000年9月在悉尼召开的奥运会,就是由卫星传播信息的。

多媒体通信

在通信中,“媒体”指的是文本(包括数据、文字、符号)、图形、图像、动画、声音、视频图像等。

过去通信一般都是单媒体,功能单一。例如,电话网络传送的是音频信号,计算机网络传送的是数据。而多媒体则是指多种媒体的综合体,即“声、图、文”的综合体。

那么,多媒体通信有什么好处呢?

在过去的单媒体通信中,人们只能被动地接受诸如电视节目的转播,而不能按某些观众的要求,临时转向另一个相关的节目,也就是说,很难在人们接受时交互进行。而多媒体在计算机系统支持下,提供了交互性,人们在使用和接受信息时,把人的主动性、积极性和创造性贯穿到其中。

由于多媒体通信是利用通信网络综合地完成多媒体信息的传输和交换,所以,多媒体通信要比单媒体通信复杂得多。第一,多媒体中有声、图、文,因此表现的形式多种多样。第二,各种媒体对信息的传输要求不同。例如,数据信息传输,要求可靠性很高,像银行的账单,错一个数码都不行,但是时间性可相对的低一些;通话信息的传输,对可靠性要求不很高,例如偶尔几个字没听清,照样可以理解意思,但是及时性要求很高,像市场行情,时间就是金钱;视频信息的传输与通话信息传输类似,但是信息量相当大,例如,一幅1024×768点的计算机屏幕图,用一个字节表示一个点的颜色和亮度,就需要78.6万个字节,相当于近40万字的一本小说;图像信息的传输,要求与数据信息传输类似,但是有的图像的信息,比一幅屏幕的信息还要多得多。第三,要实现多媒体的同时传输,难度就更大了。

另外,与数据通信相比,多媒体通信既要解决多媒体信息数字化,也就是将各种媒体信息的表示统一为数字的形式;还要解决信息的压缩和解压缩,这样可以减少各种媒体信息的传输量和存储量;多媒体信息的混合传输和同步传输,也是要解决的问题。例如电影中的图像和声音的匹配,提高大容量高速传输技术。电影的播放大约要每秒25~30幅画面,同时还要传输相应的声音信息。

多媒体通信的应用十分广泛,可用于可视电话、点播电视、远程教学、远程医疗等等。信息高速公路就是一种多媒体通信网络。未来的家用计算机将是集计算机、电视、电话、VCD、DVD、音响等于一身的设备。

你看,信息高速公路能离开多媒体通信网络吗?

使用因特网

因特网——Internet,是信息高速公路的组成部分。它从美国发展起来,现在已经成为世界范围的网络。因特网是当今世界上最大的计算机网络,但是,它也是由许许多多小网络组成的。

那么,人们为什么要使用因特网呢?

因特网有两个重要的特点。一个特点是这个网络大,据1998年7月统计,因特网已经覆盖212个国家和地区,全世界登记的域名达650多万个,因特网的使用人数达到1亿以上。第二个特点就是规范统一。因特网统一使用“TCP/IP”网络协议,为各种应用的开发提供了统一的平台,正因为如此,应用起来就很标准,目前的万维网浏览、文件传输、电子函件、远程登录、新闻组等,就是标准的应用。

目前,上因特网已经成为一种热潮。人们之所以纷纷上因特网,是因为它对人们的活动和生活具有重要的意义。