书城科普身手不凡的机器人:无处不在的新科技
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第13章 交通通信领域的科技(3)

1896年3月24日,波波夫又进行了一次正式的无线电传递莫尔斯电码的表演。波波夫把接收机安放在物理学会会议大厅内,然后把发射机安装在森林学院内,两地间隔约250米,当他的助手把信号发射出去后,波波夫这边的接收机立即清晰地接到信号,此时俄罗斯物理学会分会长把接收到的字母一个个地写在黑板上。最后,黑板上出现一行字母:“亨利希·赫兹”。这是世界上第一份无线电报,内容是纪念赫兹这位电磁波发现者。然而波波夫的发明在俄国却没有被采用。

马可尼拥有通常被认为是世界上第一个无线电技术的专利,英国专利12039号。

尼古拉·特斯拉于1897年在美国获得了无线电技术的专利。然而,美国专利局于1904年将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物影响的结果。1909年,马可尼和布劳恩由于“发明无线电报的贡献”获得诺贝尔物理学奖。

1943年,在特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。这一决定承认他的发明在马可尼的专利之前就已完成。有些人认为作出这一决定明显是出于经济原因,这样二战中的美国政府就可以避免付给马可尼公司专利使用费。

19世纪末,马可尼在英格兰开办了世界上首家无线电工厂,雇佣了大约50人。1901年,马可尼在英国建立了一座高耸入云的发射塔,向大西洋彼岸发射信号获得了成功。1937年,马可尼逝世,意大利有近万人为他送葬。英国所有无线电报和无线电话以及广播电台停工两分钟向他致哀。

无线电经历了从电子管到晶体管,再到集成电路:从短波到超短波,再到微波从模拟方式到数字方式从固定使用到移动使用等各个发展阶段,无线电技术已成为现代信息社会的重要支柱。

十、口袋里的通讯器——移动电话的发明

移动电话,也叫手机,是在座机电话基础上发展而来的无线通信设备。它除了能像有线电话一样正常通话,还增加了收发短信等服务项目。经过几十年的发展,移动电话技术取得了巨大的进步。今天的移动电话已不再只是单一的通话工具,而是集收音机、游戏机、数字照相机和录像机等功能于一身的智能机器。

1973年4月3日,世界上第一部蜂窝移动电话在美国摩托罗拉公司揭开面纱,发明人是该公司的工程师马丁·库珀。当时库珀的发明理念是人们不想对着车、桌子或墙壁这些固定电话的地方说话,而是希望可以和对方自由的交谈。但当时能够移动的只有汽车电话,而它们的重量超过了13.5千克,售价高达数千美元,人们还必须给汽车打个洞来安装天线,使用起来并不方便。于是库珀便产生了发明一种无线的移动电话的想法。摩托罗拉公司的领导层对库珀十分支持。第一部移动电话的模型仅用了3天就设计出来了,实物制造仅用了40多天。当时库珀发明的手机,只有通话功能,通话时间仅35分钟,而且没有显示屏。这部电话因形似而被冠名为“鞋子电话”。库珀则被人们誉为“移动电话之父”。

随着电信科技的快速发展,数字电话脱颖而出,数字电话语音清晰,功能也比传统电话多。1992年,瑞典的爱立信公司研制成功第一部数字式移动电话。和所有数字化产品一样,数字式移动电话要将声音转换成计算机可以处理的数字代码,这有很多好处,比如,数字式电话系统可以同时处理更多的信号,许多用户在同时使用信号时可以互不干扰,大大提高了通话质量。而且数字式电话系统具有更好的安全性能,可以方便地实现来电显示和建立语音信箱。许多电信专家确信,数字式移动电话将全部取代模拟移动电话。

“蓝牙”技术是由移动通信公司与移动计算机公司联合开发的传输范围约为10米左右的短距离无线通信标准技术,用来设计在便携式计算机、移动电话以及其他的移动设备之间建立起一种小型、经济、短距离的无线链路。蓝牙的传输距离决定了它可以作为一种小型局域网的终端设备与其他室内或身上的无线设备交换数据。蓝牙耳机就是这样的一种设备,只需要把这种轻巧的设备戴在耳边,不需要靠近通讯设备(手机、电脑等)就可以自由地通话了。

现在,用于第三代移动通信系统(3G)的手机也已经研制出来了,但是由于相关网络没有普及,并未得到广泛的应用。第三代手机的开始研制的目标之一是开发一种可以全球通用的无线通讯系统,但是实际最终的结果是出现了多种不同的制式,主要有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。这些新的制式都基于CDMA(码分多址)技术,在宽带利用和数据通信方面都有进一步发展。

未来的手机将偏重于安全和数据通讯。一方面加强个人隐私的保护,另一方面加强数据业务的研发,更多的多媒体功能被引入进来。手机将会具有更加强劲的运算能力,成为个人的信息终端,而不是仅仅具有通话和文字消息的功能。

十一、通信的光速时代——能信技术

距今大约2000年前,我们的祖先发明了烽火台,利用火光信号传播信息。2000年后,由于在光源和光通信传输介质方面取得了重大突破,光通信这一传统通信方式又以崭新的姿态重返社会。

1960年,美国人梅曼发明了红宝石激光器,使人类获得了性质与电磁波相同,且频率和相位都稳定的光——激光,但当时这种激光器还不能在室温条件下连续工作。

由于激光频带宽、纯度高、不易扩散,具有很好的方向性,因而很快便在通信领域找到了用武之地。

在光纤的传输介质方面,人们发现了透明度很高的石英玻璃丝可以传播光。这种玻璃丝叫做光学纤维,简称光纤。光纤一般由两层组成,里面一层称为内芯,直径一般为几十微米或几微米;外面一层称为包层。为了使光纤在施工的过程中不易被拉断,通常把千百根光纤组合在一起进行增强处理,制成像电缆一样的光缆,这样既提高了光纤的强度,又使光纤系统的通信容量大大增加。光纤的突出优点,是它可以在同一条通路上进行双向传输,利用这一特性,用户可以通过交互信息系统与对方对话,这就是我们所说的光纤通信。

光纤通信是运用光反射原理,把光的全反射限制在光纤内部,用光的信号取代传统通信方式中的电信号。但初期的光纤,光在其中传输时损耗很大。因此,要想用它来通信是不可能的。

1966年7月,英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士和****哈姆就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文。论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因,大胆地预言,只要能设法降低玻璃纤维中的杂质,就有可能使光纤信号损耗降低到原来的五十分之一,从而有可能用于通信。这篇论文鼓舞了许多科学家为实现低损耗的光纤而努力。

1970年,美国康宁玻璃公司的卡普隆博士等三人经过多次的试验,终于研制出传输损耗仅为每千米20分贝的光纤。这样低损耗的光纤,在当时是惊人的成就,使光纤通信有了实现的可能。

1970年,美国的贝尔研究所研制出能在室温下连续工作的半导体激光器,这种激光器只有米粒大小。尽管最初的激光器的寿命很短,但这种激光器已被认为是可以作为光纤通信的光源。由于光纤和激光器的重大突破,使光纤通信有了实现的可能,因此,1970年被认为是值得纪念的光纤传输元年。

突破了光纤和激光器两项技术难题,光纤通信从理想变成可能,各国电信科技人员,竞相进行研究和试验。光纤通信开始进入实用阶段。而且此后的发展极为迅速,其应用系统也已经多次更新换代。20世纪70年代的光纤通信系统主要应用光纤的短波波段进行传输;20世纪80年代以后逐渐改用长波波段;到20世纪90年代初,光纤的通信容量扩大了50倍。到了20世纪90年代后期,传输波波长更长,并且开始使用光纤放大器等新技术以增强信号、扩大传输容量。这时,光纤广泛地应用于市内电话以及长途通信干线中,成为通信线路的骨干。甚至美、日、英、法等8国已宣布,今后铺设长途通信干线不再使用电缆而改用光纤了。

十二、互联网技术

脑网络技术的发明是足以载人世界科技史上的伟大发明之一。网络就像是一条无形的“交通要道”,它能够使世界各地的民众在上面驰骋。同样,网络如同身体的血管,使难以胜数的信息和资源得以流通和汇聚。不可否认的是,网络不但曾经改变了我们的生活,而且将继续着改变着我们的未来。

计算机网络是一种将分散的、能独立运行的很多计算机,用通信网相互连接起来,组成的资源共享和信息交流系统。计算机网络的主要功能有两点。第一,它可以实现软件资源等资源的共享;第二,它可以实现数据传送等信息通信。计算机网络有三个主要部分:多台主机、通信网和一系列协议。按计算机网络作用的距离远近,可分为广域网、城域网、局域网。

在几千米范围内,将一个企业、一个单位、一个地区内的计算机联接成网,以便资源共享和进行信息交流,这种网络就是局域网。局域网通常是由一台计算机作为服务器,还有几台工作站以及一些其他设备组成的,每台设备上有网络卡,并通过通信线路连接起来。城区域网是覆盖一个大城市及郊区、或一个地区(几千米至上百千米)的高速共享计算机通信网络。

广域网也称远程网,它的作用范围几十至几千千米。广域网也可以看成是把许多局域网、城域网连接成的网络,它可覆盖一个国家,实现国际网络互联。广域网常常借用传统的公共通信网(如电话网)来实现,所以传输率较低,通信控制较复杂。现在用光纤的公共通信网适合传输高速数字信号。

因特网的英文名称是Intenet,它又称互联网、国际互联网。互联网是世界上最大的广域网,属于国际性计算机互联网络。互联网的“建设”来自于1969年的美国国防署计划,它们将4个大学的4台主要电脑连接起来,组成了网络。此后又有麻省理工学院等大学进入联网,一些公司也不断加入这个联网,这就形成了早期的互联网。

调制解调器的俗称是“猫”,它是一种计算机硬件。调制解调器能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号,而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收,并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机问的通信,调制解调器有外置式、内置式和卡式等类型。

IP是“网络互连协议”的英文缩写,它是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。网络互连协议规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。通过网络互连协议,各种计算机得以在因特网上实现互通。

lP协议中的一个重要内容是,给因特网上的每台计算机和其他设备都规定了一个唯一的地址,叫做“IP地址”。由于有了这种唯一的地址,才保证了用户在“网络的海洋中”找出自己要寻找的计算机。因为IP地址用号码来表示,不容易记忆,所以因特网上的每一台主机又都有域名。一台计算机可以有多个域名,但一个域名只能指一台计算机。

网络教学就是能够用声音、文字、图形、图像立体地表现信息。运用网络教学能使学生看到图文并茂、视听一体的交互式集成信息,可以在网络上阅读文字材料,也可以从网络上听取声音材料,激发学生产生学习兴趣,主动、及时地获取信息。

当我们无法聚集到同一个地方进行会议时,视频会议就为我们提供一个会议平台。视频会议能互相看到对方,而且能够共享各类资料。比如通过视频通讯,人们可以在世界任何角落互相看到、听到,以及同时交换任何类型的文件或图像。

电子邮件的英文名称是Email,它是一种极为快速、简便和经济的通信方法。与邮政信件相比,Email非常迅速,传递时间只需要几分钟,而且即写即发,省去了粘贴邮票和跑邮局的烦恼;与电话相比,Email也很经济。

什么叫资源共享?比如,我们把一部好书发布在互联网上,全世界的人都能阅读到,这就是资源共享。互联网的好处就是我们大家可以用同一个资源,最大限度的节省成本,提高效率。有了网络,我们为了一个问题就没有必要去麻烦别人,只要你打开电脑,在因特网上搜索相关问题,你就会得到你想要知道的信息,非常方便。

电子商务通常是指是在全球各地广泛的商业贸易活动中,在因特网开放的网络环境下,买卖双方在不见面的情况下,进行的各种商贸活动。比如,网上购物、商户之间的网上交易、在线电子支付。