19世紀通訊技術的發展
19世紀上半葉科學技術的發展,有力地推動了軍事通訊技術的進步,突出地表現在電報的運用和電話的發明上。
發明電報機
19世紀30年代,歐洲和美洲先后出現了商用電報機。在這方面有代表性的發明家是英國的高斯、韋伯和美國的莫爾斯。1833年,高斯和韋伯制作出第一個可供實用的電磁指針電報機。此后不久,另一個年輕的英國人庫克和倫敦高等學院的教授惠斯登發明了新型電報機,并取得第一個專利。1837年,美國人莫爾斯的發明,把電報技術向前大大推進了一步。他用一套點、劃符號代表字母和數字(即莫爾斯電碼),并設計了一套線路,發報端是一個電鍵,該電鍵把以長短電流脈沖形式出現的電碼饋入導線,在接收端電流脈沖激勵電報裝置中的電磁鐵,使筆尖在不斷移動的紙帶上記錄下電碼。經過不斷改進,這套電報系統于1844年達到實用階段,在巴爾的摩和華盛頓之間首次建立了電報聯系。
電報機應用
由于戰爭比人類任何其它活動都更加依賴于當時最有效的通信手段,因此電報一經出現,便立即引起了軍界的關注。1854年,英軍第一次在戰爭中采用了電報。海底電報約于1851年開始用于多佛和加萊之間,然后發展到一方面用于倫敦和巴黎之間的遠距離電報通訊,另一方面則用于協約國克里米亞戰爭的瓦諾基地。
1857年,在印度的獨立戰爭中,設在加爾各答的政府和四處分散的英軍所以能保持聯系,主要靠的是電報。186l至1865年的美國南北戰爭,是第一次大規模使用電信技術的戰爭。戰爭期間,聯邦政府架設了2400公里的電報線路,把北方部隊同陸軍部和陸軍司令聯結在一起,共發送了650萬份電報。
1857年,在印度的獨立戰爭中,設在加爾各答的政府和四處分散的英軍所以能保持聯系,主要靠的是電報。186l至1865年的美國南北戰爭,是第一次大規模使用電信技術的戰爭。戰爭期間,聯邦政府架設了2400公里的電報線路,把北方部隊同陸軍部和陸軍司令聯結在一起,共發送了650萬份電報。
輕便發報裝置
陸軍的一名上校邁爾,不僅發明了旗語通信,還于1861年夏發明了一種能夠溝通集團軍司令和下屬部隊聯系的輕便發報裝置,在戰斗中發揮了很大作用。
發明了第一臺電話機
由于電報在收發時需要轉譯電碼,人們嫌它遲緩不便,于是便進一步尋求更便捷的通訊方式,電話也就應運而生。英國的胡克首先提出在遠距離上傳輸語音的建議。 1837年,美國醫生佩奇發現,當鐵的磁性迅速改變時,會發出一種音樂般的悅耳聲音,這種聲音的響度隨磁性變化的頻率而改變。他把這種聲音稱作“電流音樂”。大約在1860年,德國的賴斯第一次將一曲旋律用電發送了一段距離,他把這個裝置叫作“電話”,這個名稱于是沿用下來。直到1876年,美國的貝爾終于發明了第一臺電話機。
電話及此前發明的電報的運用,使軍事通訊產生了革命性的變革。
通信技術
人類傳遞信息不足
19世紀以前,漫長的歷史時期內,人類傳遞信息主要依靠人力、畜力,也曾使用信鴿或借助烽火等方式來實現。這些通信方式效率極低,都受到地理距離及地理障礙的極大限制。
通信迅猛的發展
1844年,美國人莫爾斯(S.B.Morse)發明了莫爾斯電碼,并在電報機上傳遞了第一條電報,大大縮小了通信時空的差距。1876年貝爾發明了電話,首次使相距數百米的兩個人可以直接清晰地進行對話。隨著社會的發展,人們對信息傳遞和交換的要求越來越高,通信技術得到了迅猛的發展。
終端設備
通信的基礎設施是終端設備、傳輸設備和交換設備,它們共同構成了通信網。
終端設備包括電話機、傳真機、電報機、數據終端和圖像終端等。有線通信的傳輸設備有電纜、海底電纜、光纜和海底光纜等。無線通信的傳輸設備有微波收信機、微波發信機、通信衛星等。交換設備處在通信網絡的中心,是實現用戶終端設備中信號交換、接續的裝置,如電話交換機、電報交換機等。
現代通信技術
主要表現在現代通信技術的進步,主要表現在數字程控交換技術、光纖通信、衛星通信、智能終端等方面,而覆蓋全球的個人通信則是通信技術的發展方向。
數字程控交換技術
交換機
兩部電話機用一對導線連接起來,就能實現兩個用戶間的通話。若3個用戶,要實現任意兩個用戶間的通話,就需要3對導線;5個用戶時,需要10對導線;10 個用戶時,需要45對導線;N個用戶時,需要N(N-1)/2對導線。這種連線方式很不經濟。經濟的接線方式是每個用戶的電話機用一對導線連接到各用戶共同使用的一個交換設備上。該交換設備位于各用戶的中心,這個設備就叫交換機。
最初的交換機也叫人工交換機,是由話務員來完成用戶之間的連接的。以后又出現過“步進制交換機”、“縱橫制交換機”,它們都屬于機電制自動交換機,但是由于是靠物理接觸的方式傳遞信號,設備容易磨損。目前,世界上仍有一些國家和地區在使用縱橫制交換機。
程控交換機
計算機產生以后,人們將交換機的各項功能編成程序,并存放在計算機的存儲器中。這種用存儲程序方式構成控制系統的交換機,就稱為存儲程序控制交換機,簡稱程控交換機。程控交換機實質上就是計算機控制的交換機。
世界上第一臺程控交換機是1965年由美國貝爾電話公司制造的。程控交換機最突出的優點是:改變系統的操作時,無需改動交換設備,只要改變程序的指令就可以了,這使交換系統具有很大的靈活性,便于開發新的通信業務,為用戶提供多種服務項目,如電話網中傳輸數據等。
在通信網中傳輸或交換的信號有兩類:模擬信號和數字信號。相應的傳輸或交換方式分別稱為模擬信號方式和數字信號方式。
模擬信號
模擬信號是連續的。例如,電話用戶說話的聲音引起電話機送話器中振動膜片的振動,振動膜片的振動導致了大小正負變化電流的產生。電流的這種變化,模擬了聲波的振幅和頻率。這種裝載著聲音信息的電流就是模擬信號,它在用戶與交換機之間以及交換機內部未經任何加工地交換或傳輸下去,這就是模擬信號方式。模擬信號方式簡單易行,但是模擬化的聲音信號經過長距離的傳輸以后,會受各種干擾的影響,聲音的質量較差,甚至發生失真等。
數字信號
數字信號是不連續的。如果打電話的人說話的模擬信號傳到交換機以后,交換機并不急于交換到被叫者,而是先將這個模擬信號通過編碼器轉變成一系列的“0”和 “1”,這種由“0”和“1”組成的信號稱之為數字信號。這樣,人的聲音由我們平時能聽到的模擬信號轉變成為一種人聽不懂,只有計算機才能聽懂的聲音了。交換機在完成取樣編碼后,再將數字信號傳輸出去,最后數字信號經解碼器再轉變為模擬信號,被受話人接受。
數字信號優點
信號數字化的最大優點是抗干擾能力強。我們做兩個假設:第一,信號“0”和“1”用電壓的高低來表示,即5V的電壓代表“1”, 0V的電壓代表“0”;第二,接收信號的設備收到一個電壓在3~5V之間的信號,則認為收到一個“1”;收到電壓在0~2V之間的信號,則認為收到一個 “0”。我們現在要傳輸0110這4個數字的一串信號,在傳輸過程中由于干擾,代表“1”的5V電壓變成了只有 3.7V,接收設備收到電壓為3.7V的信號后,計算機仍認為它代表對方傳過來一個“1”,而不會認為是“0”。這樣,即使傳輸過程有干擾,只要干擾在一定范圍內,這一串數字信號還是被正確地接收下來了。
數字程控交換機優點
數字程控交換機與機電制交換機相比還有許多優點:接續速度快;容量大,阻塞概率低;節省建筑投資;減少維護人員;為用戶提供新的業務,除提供電話外還可提供數據、傳真、可視電話、可視數據等;具有新的服務性能,如縮位撥號、叫醒服務、呼叫轉移等。
目前的電話通信網中,交換機內部以及交換機之間信號的交換和傳輸都是采用數字信號方式;而用戶到交換機之間,即用戶線上,由于成本問題仍采用模擬信號方式。
數字網
目前的數字網有ISDN (綜合業務數字網)、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line ,非對稱數字用戶環路是一種新的數據傳輸方式)等。ISDN即一線通,ADSL是數字用戶線(DSL)技術的一種,可在普通銅線電話用戶線上傳送電話業務的同時,向用戶提供1.5~8Mb/s速率的數字業務,在上行、下行方向的傳輸速率不對稱。
ADSL的全稱是不對稱數字用戶線,從字面上可以了解到,ADSL是一種數字編碼的接入線路技術,而且其上行帶寬和下行帶寬是不對稱的。現有ADSL系統的組網形式一般可以分為寬帶接入服務器(BRAS)、ATM(ATM----Asynchronous Transfer Mode異步傳輸模式的縮寫)網和ADSL傳送系統三部分。其中ADSL傳送子系統由局端設備(DSLAM)和用戶端設備(CPE)組成,負責銅線段的 ADSL線路編解碼和傳送,ATM網負責將來自DSLAM設備的用戶數據以ATM PVC方式匯集到寬帶接入服務器,寬帶接入服務器對ATM信元和用戶的PPP呼叫進行處理,完成與IP網之間的轉換,將用戶接入到Internet。 ADSL的局端設備和用戶端設備之間通過普通的電話銅線連接,無須對入戶線纜進行改造就可以為現有的大量電話用戶提供ADSL寬帶接入。根據實際測試數據和使用情況,在目前大量采用的0.4mm線徑雙續電話線上,速率為3.6Mbit/s下行和512kbit/s上行的ADSL傳輸距離可以達到2~3公里。
光纖通信
簡介
光纖是光導纖維的簡稱,它是一種傳播光波的線路。利用光纖中傳播的光波作載波傳遞信息的通信方式就叫光纖通信。
優點
通信容量大是光纖通信最大的優點。根據通信原理,通信容量與電磁波的頻率成正比。微波的頻率在1010Hz左右,光波的頻率(1014Hz)比微波的頻率大1000~10000倍,相應的光通信容量要比微波通信的容量大1萬倍。英國華裔科學家高錕在1966年從理論上論證了光導纖維作為光通信介質的可能性,被尊稱為“現代光通信之父”。
光纖比頭發絲還要細,一般由兩層不同的玻璃組成,里面一層叫纖芯或內芯,直徑約為5~10μm;外面一層叫包層,外徑約為100~300μm。為保護光纖,包層外面往往覆蓋一層塑料。在光通信工程中應用的是光纜,它是由許多根光纖組合在一起并經加固處理而成的。
低損耗是光纖通信的又一優點。因為纖芯和包層的折射率不同,前者略大于后者。光通信的光源是激光。當纖芯內的光線入射到包層界面時,只要其入射角大于某個臨界值,光就會在纖芯內發生全反射,并且不斷地全反射傳播下去,不會有光漏射到包層中。用光纖通信的中繼距離比用同軸電纜等其他通信方式長許多倍。現在已建成了歐亞大陸、亞歐海底、亞美海底的光纜系統。
若要用光傳送聲音,首先應像普通電話那樣,把聲音信號變為電信號,再將載有聲音信息的電信號通過發光器件(如發光二極管 LED和半導體激光二極管LD)變換成光信號,最后使用光纖將這個光信號傳送到遠方。在光纖傳輸的接受端,把這個光信號通過光電檢測器件(如PIN光電二極管等)先轉變成電信號,然后再將電信號還原成聲音信號,這樣就實現了通話。
光纜與銅電纜相比,具有體積小、重量輕、柔韌性強、容量大、不怕干擾、不會泄密、安裝維護容易、費用低廉等優點。在軍事上也得到了廣泛的應用。
美國貝爾實驗室已實現1根光纖同步傳輸50部電影,即400G數據(1G=1000M,1M=1024千個字節)。按現在開發光纖容量的速度,專家預測,在10年內1根光纖可同步傳輸5億部電影,將能為用戶提供接近無限的帶寬。因此,光纖被稱為信息傳輸的“超高速公路”。
我國在1999年建成了8縱8橫覆蓋全國的光纜工程。以后將在全國完成8000km兩個管道內共鋪設96芯G655光纖的基礎設施,同時分裝4個空管,為新光纖的使用作準備。
衛星通信
簡介
衛星通信以微波為載波。微波是指波長為1m~1mm或頻率為300MHz~300GHz范圍內的電磁波。它是直線傳播的。微波傳輸的優點是不需要敷設或架設線路,但是如果想要在地球上進行長距離的微波通信,由于地球是球形的,必須每隔50km就修建一座微波站,用于接力傳輸通信信號。從北京到廣州,若用微波進行通信,則必須在北京和廣州之間修建50座微波中繼站。如此多的傳輸環節,不僅嚴重影響通信的質量,而且投資巨大。
建立衛星通信系統,就可以解決微波通信中的眾多中繼站。
一個衛星通信系統由通信衛星和地球站(或稱衛星地面站)組成。衛星通信就是利用衛星作為中繼站來轉發微波,實現兩個或多個地球站之間的通信。
同步通信衛星和同步衛星通信
同步通信衛星在地球赤道上空約3.6×104km的圓形軌道上繞地球運行,它的運行軌道平面與赤道平面的夾角保持為零度,其運行一周的時間與地球自轉一周的時間同為24h。這樣,它與地球處于相對靜止狀態,因此稱為同步衛星或靜止衛星,其運行軌道稱為同步軌道或靜止軌道。
將一顆通信衛星送入距地面3.6×104km高的同步軌道是一項十分復雜的技術,既需要有先進的火箭技術,又需要有精確的遙測遙控技術。
對于每一顆同步通信衛星來說,它可以俯瞰地球表面約40%的面積,要想實現全球通信,就需要3顆相隔120°的同步通信衛星。例如,A地球站要與另一地區的B地球站通信時,A站將微波信號發射給衛星,衛星將收到的信號進行放大、頻率變換等處理后再轉發給B站,于是A,B兩個地球站就實現了通信聯系(見圖3 —2)。
同步衛星通信有許多優點:第一,通信距離遠。因為衛星距地面高達3.6×104km,經衛星直接傳輸,地面最遠的通信距離可達1.3×104km。第二,通信不受地理條件(如山河海洋阻隔)的限制,也不受自然災害或人為事件的影響。第三,通信質量高。第四,通信容量大。第八代國際通信衛星有44個轉發器,可同時提供幾萬路電話線路或轉發幾十路電視。第五,可提供各種服務業務。
同步衛星通信的缺點:第一,傳輸時延大。信號由地球站到衛星再到地球站,傳輸距離大,發話方聽到對方的回話至少在半秒鐘之后。第二,由于同步軌道平面與赤道平面為同一平面,高緯度地區難以實現衛星通信,即地球兩極附近,存在衛星通信的“盲區”。
同步衛星通信自60年代中期開始發展,至今全世界已有200個國家總共建立了上百萬個地球站。世界上全部電視轉播業務和2/3的跨洋電信業務由衛星通信系統承擔。通信衛星還用于傳送衛星云圖,監測森林或草原的火情及洪澇災害,測算受災地區的面積等。
高傾斜度大橢圓軌道衛星通信
由于同步衛星通信在高緯度地區有通信“盲區”,而前蘇聯大部分領土處于北緯50°以上的地區,所以前蘇聯于1965年發射了名為“閃電”的高傾斜度大橢圓軌道通信衛星,其運行軌道離地球最遠處約4×104km,最近處約500km,在同一軌道上運行3顆且相距120°的衛星,構成對北半球高緯度地區的全時覆蓋。
高傾斜度大橢圓軌道衛星通信,彌補了同步衛星通信在高緯度地區有“盲點”的不足。但這種衛星壽命較短,只有3~4年,約是同步通信衛星的1/3,而且系統中的地球站要長年跟蹤衛星,設備磨損較大。
甚小天線地球站(VSAT)
近年來,通信衛星的服務業務得到迅速的發展,這與20世紀80年代中期出現的甚小天線地球站(Very Small Aperture Terminal)密切相關。
VSAT是一種具有收發功能的小型衛星通信地球站。VSAT系統的通信天線口徑小,一般在0.3~2.4m之間,它設備緊湊、架設方便、功耗小、價格低。 VSAT系統中的用戶小站對環境要求不高,可以直接安裝在用戶屋頂。用戶只要坐在裝有VSAT系統的屋內,就能直接通過衛星線路與世界各地進行數據、語音、圖文傳真等的高速傳輸。
目前,我國除了郵電部門提供的公用VSAT系統外,一些部委或企業都有自己的VSAT系統,構成本系統內的專用通信網。例如,中國人民銀行采用VSAT系統建成了覆蓋全國的金融信息衛星通信專用網,形成全國性的資金清算及匯劃系統,這個系統簡稱“電子聯行”(EIS)。
移動通信
簡介
移動體之間或移動體與固定體之間的通信稱為移動通信。移動體可以是人、汽車、船只、飛機和衛星。移動通信種類繁多,可分為陸地移動通信、海上移動通信、航空移動通信等。移動通信使人們能夠在移動過程中進行通信,以適應現代社會中快節奏、人員流動性強的需要。
蜂窩移動電話
蜂窩移動電話,簡稱大哥大或手機,是20世紀80年代發展起來的一種移動電話。蜂窩移動電話的服務區域(如一個城市),被劃分成若干個相鄰的正六邊形小區。小區的邊長幾百米至十幾公里,每個小區設有一個無線基站。基站負責將本小區內移動電話的呼叫傳送到移動電話業務交換中心(即移動電話局),并在移動電話局的控制下實現移動電話用戶間的通話轉接,以及移動電話用戶與市話用戶通話的轉接。由于多個六邊形小區組合起來的形狀酷似蜂窩(見圖3—3),因此將這種移動電話系統稱為蜂窩移動電話系統,所用的電話稱為蜂窩移動電話。
為了避免相鄰小區發生通信干擾,每個小區與相鄰小區之間載波頻率都不相同。蜂窩形設計使小區間的中心間隔最大,另外,無線基站的功率相對較小,這樣,相隔一定距離的小區,使用相同的頻率也不會相互干擾,即蜂窩移動電話有頻率復用的特點。例如,我國引進的泛歐GSM系統,基站發射900MHz頻段 (935~960MHz),移動臺發射800MHz頻段(890~915MHz),每個頻段寬25MHz。頻段中又按200kHz分成若干個頻道,又稱信道,這樣就可分成124對頻道。一對頻道允許一對用戶通話,124對頻道允許124對用戶同時通話。要解決眾多用戶的需求,假如我們的服務區劃分成49個小區,我們將124對頻道分成7份,每份可有15~20個頻道不等(見圖3—4)。
我們可將這7份頻道,安排7次,只要相同的頻道相隔一定距離,相互就不會干擾。這樣,整個服務區內最多允許868對用戶同時通話,從而大大增加了通信的容量。
如果一位手機使用者乘汽車時通話,汽車從一個小區跨越另一個小區時,由于收到的原小區基站的信號變弱,基站則請求移動電話局進行切換。移動電話局就會將頻道切換到新的小區的頻道上,整個切換過程是自動完成的,所需時間不到1s,通話不會中斷,用戶也不會察覺。
第一代(1G)移動通信系統是模擬式語音移動通信,其手機體積大如磚頭。由于該系統易受外界電波干擾,語音品質欠佳等原因,便逐漸被第二代(2G)數字語音通信系統所取代。
2G數字語音通信系統具有不易被盜用的優點,語音品質令人滿意。目前絕大多數移動通信系統皆為2G或2.5G,以全球移動通信系統(GSM),俗稱“全球通”最為普遍。GSM是英文Global System for Mobile Communication的縮寫,它由歐洲16國研發。全球GSM用戶數約占全球移動電話用戶數的55%。碼分多址系統(CDMA:Code Division Multiple Access)由美國研發,其數據傳輸速度比GSM快。2G系統除了可提供各類電話服務外,還可提供短信息等服務。
第二代移動通信系統在數據傳輸速度上遠低于一般計算機的速度。第三代(3G)移動通信系統是發展方向。2000年5月國際電信聯盟認可3個3G標準:日本和歐洲共同推出的W-CDMA系統;美國推出的Cdma2000系統;中國推出的TD—SCDMA(時分雙工同步碼分多址:Time Division-Synchronize CDMA)系統。3G移動通信系統是覆蓋全球的多媒體移動通信系統。
我國的移動電話用戶數增長很快。1987年11月在廣州開通了第一個移動電話系統,1997年用戶數達1000萬,2000年用戶數達6000萬,2002年2月用戶數達1.56億,成為世界上移動電話用戶最多的國家。
第二代無繩電話(CT—2)
無繩電話是指手機(送話器和受話器)與主機(電話機的基座)之間不用物理連線的一種電話機。手機與主機之間的連線被各自配備的小功率無線電發射機所取代。而主機仍是通過電話線與電話網的交換機相連。
使用無繩電話時,用戶既可以在主機上撥號,也可以在手機上撥號。當有電話呼入時,手機和主機都會振鈴,手機和連在機座上的電話也都可以進行通話。這樣,手機如同大哥大一樣可以隨身攜帶,隨時使用。但是手機與主機的距離不能太遠,一般是200m至幾千米之間。一般在家庭內使用。
第二代無繩電話系統,簡稱CT—2系統。它采用的是數字技術,通話質量和保密性均比一般無繩電話有很大的提高。CT—2系統不僅適用于家庭電話業務,同時還適用于公用網和專用網業務。經營公用網的機構可以在酒店、車站、商場、機楊和地鐵等處設立無線基站(又稱電信點),基站外接一條或幾條市話線,它的作用相當于有線通信的公用電話亭。攜有CT—2電話的用戶只要與基站的距離不超過200m,便可以使用手機。其呼叫與一般移動電話相同,所以有人又稱CT—2 為二哥大。
CT—2一個主機可以登記多個用戶使用,同時還可以限制某些手機的服務項目。這樣,在一個家庭中,申請1個CT—2號碼,每個成員都可以有一個手機,還可以限制某些成員(如小孩)打國際或國內長途電話。在辦公室場合,由于人員較多,通話量也大,所以CT—2系統還需要一個無繩管理器,它類似于一個小交換機的功能。
CT—2系統價格低廉,投資也較小,因此引起一些國家(如泰國、馬來西亞、新加坡等)的興趣。它的使用、收費極便宜,因此受到廣大用戶的歡迎。我國香港、深圳等地開通了CT—2系統。瑞典愛立信公司現已開發CT—3系統,該系統適用于辦公大樓使用的數字無繩電話系統。
移動衛星通信
利用通信衛星作為中繼站,可以實現固定通信,也可以實現移動通信。
移動衛星系統按應用領域可分為:海事移動衛星系統(MMSS)、航空移動衛星系統(AMSS)和陸地移動衛星系統(LMSS)。在此,重點介紹MMSS。
移動衛星系統按技術手段分為:靜止軌道(GEO)系統和低軌道(LEO)系統。GEO系統采用靜止軌道衛星,其組成基本上與靜止衛星固定通信系統相同。海事移動衛星通信系統就屬此類。LEO系統則采用多顆低軌道衛星組成星座,與GEO系統有較大的不同。
(1)海事移動衛星系統。其宗旨是改善海上救援工作,提高船舶使用效率和管理水平,增強海上通信業務和無線電定位能力。1979年7月16日,國際海事衛星組織(INMARSAT)宣告成立。現為國際移動衛星組織。
INMARSAT系統由船站、岸站、網路協調站和12顆靜止衛星組成。衛星是分布在大西洋東西洋區、印度洋和太平洋上空覆蓋了極地地區以外的整個地球,并使四大洋地區的任何一點都能最佳地接入衛星。岸站就是設在海岸附近的地球站,它既是衛星系統和地面系統的接口,又是一個控制和接入中心。岸站的功能有:對從船舶或陸上來的呼叫分配和建立頻道;對遇難信息進行監收;對船站識別碼進行核對;登記呼號,產生計費信息;對船舶終端進行基本測試等。船站就是設在船上的地球站,船站天線必須跟蹤衛星。網路協調站是整個系統的一個重要組成部分。負責整個系統運行的管理中心設在倫敦總部。國際移動衛星
組織規定,船站選用L頻段,岸站是雙頻段工作方式,C頻段用于話音,L頻段用于用戶電報、數據和分配頻道。海事衛星通信最重要的用途是確保海上船舶的安全。它可提供全球定位系統(GPS)的監測業務,提供增強型船群呼叫業務,通過大容量、高可靠的衛星廣播信道向一群船只或某特定區域發送海事安全信息,如天氣預報、暴風警報、險情報告等。
(2)低軌道移動衛星通信系統。同步衛星距地面高度達3.6×104km,對它在空間的位置又有精確的要求,因此發射同步衛星的投資費用高達數億美元,技術要求也很高。1988年,美國摩托羅拉公司的幾位工程師在聊天時提出了用多顆低軌道衛星來覆蓋全球,提供移動通信的想法。這一想法很快得到公司總部的支持,并組織人員研究方案。最初設計為77顆小型衛星,因衛星數與銥原子的核外電子數目相同,故取名為“銥”系統,后來改為66顆衛星圍繞地球運行。
“銥”系統由3個主要部分組成:衛星、關口站和用戶單元。其衛星是一種小型相對簡單的衛星,由于軌道高度在地球765km上空,比靜止衛星低了許多,就必須用多顆衛星來覆蓋地球。每顆衛星在與地面用戶終端及關口站進行通信的同時,還與星座中其他衛星相互通信。星座的管理由系統控制中心執行。關口站是提供 “銥”系統和公眾電話系統之間接口的地球站,它可使“銥”系統用戶單元與公眾電話網中任何類型的電話、傳真或數據終端進行通信。關口站還有為注冊用戶收集和保存通話記錄、計費信息、用戶定位等功能。用戶單元是為直接與 上空衛星進行通信而設計的一系列產品,包括尋呼機、便攜式手機、移動式電話、傳真機等。
“銥”系統可提供從南極到北極全球范圍內的電話、傳真、尋呼、數據傳輸、地球定位和全球呼叫等通信業務。開發“銥”系統的目的不是取代或替換現有的容量大、費率低的電話系統或蜂窩電話系統,而是作為已有移動通信系統的補充或備用。其市場主要是那些業務需求量不大,不足以建立地面通信設施的人口稀少地區,或難以用其他手段解決移動通信業務的地方。“銥”系統可以向海上、陸地和航空的運輸業、鉆井平臺救援,以及向其他緊急通信提供服務。
1991年成立“銥”系統財團。1994年,“銥”系統財團發射頭7顆衛星,系統控制中心投入運行,4個關口站投入使用,1996年提供早期的“銥”系統業務,完成衛星星座的部署,1997年“銥”系統全面投入運行,2000年3月,因為成本、價格和市場等問題,“銥”系統財團宣告公司破產。
盡管“銥”計劃宣告失敗,但由它首次提出并實施的低軌道移動衛星通信系統的思路,推動了移動衛星通信技術的發展。現已運行著多種中、低軌道非同步衛星移動通信系統。例如,ICO系統現有10顆中地軌道衛星運行。Orbcomm系統現運行36顆衛星已能覆蓋全球。
未來通信技術的展望
飛速發展
通信技術在20世紀得到飛速發展,21世紀的通信技術將向著寬帶化、智能化、個人化的綜合業務數字網技術的方向發展。
全程數字化
全程數字化是指在通信網中任何一部分(即交換、傳輸、終端)所有信號都是數字信號。所有信息,不論是聲音、文字還是圖像都全部變成數字化信息以后再入網通信,網絡中不再存在模擬信號。全程數字化是實現綜合業務數字網的基礎。
以現在的電話通信網為例,它不是全程數字化的,用戶線路上傳輸的是模擬信號。若要實現全程數字化,就要將模擬數字轉換器從交換機—側搬到電話機中,這是在經濟上和技術上都有待解決的問題。
寬帶化
信息的單位是比特(bit),在數字化信息中,1bit就代表1個“0”或1個“1”。通信速率單位為bit/s,表示每秒鐘所傳輸的信息數。
不同的通信業務需要不同的通信速率(見圖3—6)。例如,用數字式電話的通信速率為64kbit/s;可視電話終端的通信速率至少要128kbit/s才能產生連續的活動圖像;高清晰度電視的通信速率達135Mbit/s。
在電話網的交換機實行數字化之后,對每個用戶來說,最高的通信速率為64kbit/s。在電話網之后陸續建立起來的數字通信網,經過一系列的技術改造之后,單一用戶的最高通信速率可達2Mbit/s,即每秒鐘可傳輸200萬個“0”或“1”,相當于1秒鐘之內可以傳送近100萬個漢字。可是,如此高的傳輸速率并不能滿足傳輸活動圖像(如錄像、電影、電子游戲等)的需求,它們的傳輸速率至少10Mbit/s才行。這個要求是現有通信網力所不能及的。要達到這個目的,就必須對現有的通信網進行徹底的改造,重建一個高速的通信網。為了區分現在的通信網與高速通信網,我們稱通信速率小于或等于 64kbit/s(或2Mbit/s)數據的通信網為“窄帶通信網”,而把那些不僅能傳輸低速的窄帶信息,而且還能傳輸高速信息(如電影等)的通信網稱之為“寬帶通信網”。
寬帶通信網是下一代的通信網。通信網寬帶化要應用光纖技術和異步轉移模式(ATM)技術。ATM是一種交換技術。
智能化
通信網智能化,亦稱智能網。它不僅能傳送和交換信息,還能存儲、處理和靈活控制信息。它能使通信網在各種條件下以最優化的方式處理和傳遞信息,如同一位精明能干的秘書,會根據不同的情況,處理不同的文件。在智能網中,如果需要增加新業務,可不用改造交換機,只要在大型數據庫中增加一個或幾個模塊即可,并且不會對正在運營的業務產生任何影響。
智能網中的新業務很多,例如,800號業務就是智能網中的一個新業務,它是一種被叫付費業務。一些大型公司或企業、商業單位,為了便于推銷產品,方便向顧客宣傳等目的,愿為顧客承擔電話費用。當顧客呼叫時,在付費單位公布的電話號碼前加撥800,則智能網即自動將話費記在被叫賬單上。又如,個人呼叫號碼業務,某些人員工作或停留地點流動性大,沒有固定電話號碼可用。為解決此類困難,在智能網中可為其分配一個“個人代碼”。該人每到一處,將其所處位置的電話號碼通知智能網。這樣,所有對其“個人代碼”的呼叫,都將接到他所處地的電話上。這樣,無論此人在何處,只要他向智能網進行了登記,撥打他的“個人號碼” 就能找到他。
個人化
通信個人化,就是指通信要真正實現到個人。它的目標被人們簡稱為5W,即個人通信的基本概念是無論任何人(Whoever),在任何時候 (Whenever)和任何地方(Wherever),都能自由地與世界上其他任何人(Whomever)進行任何形式(Whatever)的通信。能提供這種通信服務的通信網,就叫“個人通信網”(Personal Communication Network,PCN)。
個人通信需要全球性的大規模的網絡容量和靈活的智能化的網絡功能。人們普遍認為,數字蜂窩移動通信技術、數字無繩通信系統和低軌道衛星技術的綜合,將可能成為全球個人通信網絡的基石。
綜合化
通信網的綜合化有兩個涵義:一是技術的綜合,即全程數字化,實現網絡技術一體化;二是業務的綜合,即把各項通信業務(如 電話、傳真、電子信箱、會議電視等)綜合在同一通信網中傳送、交 換和處理。
綜合業務數字網(Integrated Services Digital Network,ISDN)就是技術和業務的綜合網。它是以電話綜合數字網(Integrated Digital Network,IDN)為基礎發展而成的通信網,在各用戶終端之間實現以64kbit/s速率為基礎的數字傳輸。它可承載包括話音和非話音在內的各種電信業務,客戶能夠通過有限的一組標準多用途用戶/網絡接口接入這個網絡。此網是窄帶ISDN(N—ISDN)。
在一些通信發達的國家(如美國、日本、法國、德國、加拿大等國)在研究試驗窄帶ISDN的同時,為了滿足日益增長的高速數據傳輸、高速文件傳輸、可視電話、會議電視、高清晰度電視以及多媒體、多功能終端等新的寬帶業務的要求,正在大力發展寬帶綜合業務數字網(B—ISDN)。