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第18章 通信传播(1)

古代通信

通信是人们进行社会交往的重要手段,历史悠久。人类先祖在没有发明文字和使用交通工具之前,就已能够互相通信。当时人们通信,很可能是采取以物示意的通信方法。

邮驿:中国古代,称骑马送信为邮驿。据甲骨文记载,商朝时就已有邮驿,周朝时进一步被完善。那时的邮驿,在送信的大道上每隔17千米设有一个驿站,驿站中备有马匹,在送信过程中可在站里换马换人,使官府的公文、信件能一站接一站地不停传下去。

邮驿制度经历了春秋、汉、唐、宋、元的各个朝代的发展,一直到清朝中叶才逐渐衰落,被现代邮政所取代。

14世纪时,中亚地区的帖木儿帝国制订了严格的邮驿制度,规定驿使每天必须走250千米的路程,而且还赐予驿使特权,即行途中需换马时,不管是皇亲国戚、寻常百姓,只要驿使提出换马要求,都必须将自己的马和驿使交换。如果柜绝,就是死罪。

邮驿是官府的通信组织,只传送官府的文件。

民信局:中国明永乐年间,民间出现专业民邮机构--民信局。

民信局的出现,是民间贸易、民间交往日益发展的必然结果。民信局一般都有一定的管辖范围,路途遥远的邮件常需要几个民信局互相合作,才能将邮件传递到目的地。当时的民信局经营范围广泛,既能传递信件、包裹,也能汇兑银钱,甚至还能托运大件物品。民信局在清咸丰同治年间发展到了鼎盛时期,在广东、福建沿海地区还出现了专门为海外侨胞服务的民信局--侨批。

烽火:约3000多年前,中国中原地区的人们为防范和抵御西北边陲少数民族的搔扰,建造了世界上最早的烟火报警通信装置--烽火台。

烽火台用石块垒成10多米高的石堡,上堆柴草和狼粪,时刻有士兵在上面值勤观察和瞭望。一旦发现敌情,夜间点燃柴草,使火光冲天;白天则点燃狼粪,由于粪燃烧时,其烟垂直向上,在很远的地方都能看到,故又称烽火为狼烟。

烽火通信系统由许多烽火台一个接一个地串联组成,每个之间有一定间隔。当出现紧急情况时,便点燃烽火,烽火从前到后依次传递,警报很快就从边关传到内地。

烽火通信在每一站之间是以光速传递的,应属于光通信一类,光速30万千米/秒,比马跑人行快多了。

风筝传书:风筝是中国人的古有发明,可追溯到春秋战国时代。木匠鲁班的竹鹊、墨子的木鸢,都是风筝的前身。东汉蔡伦发明造纸术后,出现纸鸢,俗称风筝。人们常在纸鸢上拴一个竹笛,放飞时,被风吹的竹笛发出像筝一样的声音。

公元782年,唐朝节度使田悦发动叛乱,兵围洛城,朝廷派马燧前去救援。但田悦的军队封锁严密,无法与城内守军取得联系。这时,守军将领让人把联络用的信件绑在风筝上,向援军驻扎的方向放飞。叛军看到风筝明白了守军的意图,纷纷向风筝射箭,无奈风筝飞得太高,叛军鞭长莫及。守军和援军联络上后,里应外合,很快打退了叛军,解了临洛之围。

灯塔:灯塔源于古埃及信号烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪,位于达尼尔海峡的巴巴角上。那时,人们在灯塔里燃烧木柴,利用它的火光指引航向。

公元前280年,古埃及人在埃及亚历山大城对面的法罗斯岛上修筑灯塔,高达85米,日夜燃烧木材,以火焰和烟柱作为助航的标志。法罗斯灯塔被誉为古代世界七大奇观之一,但在1302年时毁于地震。

在古老灯塔中,意大利莱戈恩灯塔至今仍在使用。该灯塔建于1304年,用石头砌成,高50米。美国第一座灯塔波士顿灯塔建于1716年,1823年建成透镜灯塔,1858年建成电力灯塔,1885年首次用沉箱法在软地基上建造灯塔,1906年落成第一座气体闪光灯塔。1850年,全世界只有灯塔1570座,1900年增至9400座。到1984年初,包括其他发光航标在内,灯塔总数已经超过了5.5万座。

通信塔:18世纪,法国工程师查佩研制的可加快信息传递速度的实用通信系统。该系统由建立在巴黎和里尔230千米间的若干通信塔组成,这些塔顶上竖一根木柱,木柱上安装一根水平横杆,使木杆转动,并能在绳索的操作下摆动形成各种角度。在水平横杆的两端,装有两个垂直臂可以动。这样,每个塔通过木杆会构成192种不同构形,附近的塔用望远镜即可以看到表示192种含义的信息。这样依次传递,在230千米的距离内,仅需2分钟就能完成一次信息传递。

信号旗:船上使用信号旗通信至今已有400多年历史。旗号通信使用简便,这种简易的通信方式一直保留至今,成为近程通信的一种重要方式。在进行旗号通信时,可把信号旗单独或组合使用,表示出不同的意义。

通常来说,悬挂单面旗表示最紧急、最重要或最常用的内容;如悬挂A字母旗,表示“我船下面有潜水员,请慢速远离我船”;悬挂O字母旗,表示“有人落水”;悬挂W字母旗,表示“我船需医疗援助”;等等。

旗语:在15~16世纪间,舰队司令靠发炮或扬帆作训令指挥属下的舰只。1777年,英国的美洲舰队司令豪上将印了一本信号手册,成为第一个编写信号书的人。后来,海军上将波帕姆爵士用一些旗子作“速记”字母,创立了一套完整的旗语字母。

1817年,英国海军马利埃特上校编出了第一本为国际承认的信号码。舫海信号旗共有40面,包括26面字母旗,10面数字旗,3面代用旗、1面回答旗。旗形有燕尾形、长方形、梯形、三角形等。旗的颜色和图案也各不相同。

音响通信:在人类认识客观世界的过程中,70%的信息通过视觉器官眼睛获得,20%通过听觉器官耳朵获得,其余剩余信息由触觉、嗅觉、味觉等器官获得。

在现代通信中,电话就是利用听觉器官而制成,古代在音响通信方面也有许多尝试。如中国古代战争中两军交兵,常会用声音传递命令,如击鼓进兵、鸣金收兵等。在现代军队中,仍有利用声音传递信号的情形,如进攻时由号手吹响冲锋号,夜晚睡觉时吹熄灯号,早晨吹起床号等。

在古代,利用音响通信非常普遍。非洲的一些土著部落几乎家家都有长鼓和象牙号,许多大小事情都靠击鼓联系。各部落都有一套复杂的“鼓语”,不同的鼓声、不同的鼓点也代表不同的意思。

在现代生活中,利用声音是通信的一个重要手段,一些具有特定含义的信息可通过特定的声音表现。如救火车、救护车、警车等专用车辆在执行紧急任务时拉响警笛;又如在门上装上门铃等。从广义上讲,人类的语言功能也属于音响通信范畴。

小知识

会飞的“邮递员”

鸽子是人类最早驯养的善于长途飞行的飞禽,记忆力非常好,能从几千里外跨越高山大川、森林和海洋,飞回自己的家。据记载,1980年,一个葡萄牙人将一只南非鸽带到葡萄牙里斯本,这只信鸽从里斯本出发,经过7个月的飞行,飞越地中海和非洲大陆,最后返回了它在南非比勒陀利亚的家,行程达9000千米。由于鸽子的大脑对地球的磁场分布非常敏感,所以它能通过对磁场的辨别找到飞回家的路线。

历史记载的最早信鸽通信在公元前43年,古罗马将军安东尼带兵围攻穆廷城。当时,罗马兵围穆廷,城内守军无法派人和城外援军取得联系。这时,守军指挥官白鲁特想到了鸽子。他将告急信绑在鸽腿上,让鸽子从空中飞出敌人的重围,从而把消息传给援军。援军得到了确切情报,终于和城内的守军里应外和,打退了安东尼的军队。

大雁也能传递书信,中国现在还常将送信的邮递员称为“鸿雁”。

现代通信先导

现代通信一般被理解为单一的电信通信、数字通信、IT产业及电子产品制造业等高新技术通信。

有线电报:基本上传递电报是一个电的过程,发送和接收的都是电码,即长短不同的电脉冲。

1831年,英国法拉弟发现了电磁感应定律:闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁力线运动时,导体中就会产生电流。根据电磁感应定律研制出的发电机,使人类获得廉价而强大的电能,使电服务于包括通信在内的社会各行业。

1837年,美国莫尔斯研制成第一台莫尔斯电报机,编制出莫尔斯电码。莫尔斯的电码是一种时通时断的信号代码,通过不同排列顺序表达不同英文字母、数字和标点符号等。最早的摩尔斯电码是一些表示数字的点和划,数字对应单词,需要查找一本代码表才能知道每个词对应的数。用一个电键可敲击出点、划以及中间的停顿,目前还在使用的国际摩尔斯电码只使用点和划(去掉了停顿)。莫尔斯的发明使通信从此进入电子时代。

电报事业的发展可以说是突飞猛进。以美国为例,到1866年,电报公司已拥有2250个分局,电报线路总长达312万千米;欧洲各国也相继发展自己的电报事业,电报网逐渐贯穿了整个欧洲大陆。

传真机:1843年,苏格兰电气工程师贝恩发明了第一部传真机。1848年,贝克韦尔进一步发展了贝恩的传真技术,发明了滚桶扫描技术,该技术直到今天仍在应用。1857年,法国人凯斯利在巴黎至里昂、巴黎至马赛之间进行了“相片传送”的传真通信实验。

1925年,美国电报电话公司的贝尔实验室采用真空管技术和光电管技术研制出实用型传真机,并在第二年开办了横跨美洲大陆的有线相片传真业务。

传真机工作原理是:先扫描即将需要发送的文件,并转化为一系列的黑白点信息,该信息再转化为声频信号并通过传统电话线进行传送。接收方的传真机“听到”信号后,会将相应的点信息打印出来。这样,接收方就会收到一份原发送文件的复印件。

传真机其实就是“远程复印”。传真机的发展趋势是传递速度越快,传递的图像越清晰,操作方式越简单,设备越小巧。

贝尔电话:传递声音需要声电转换和电声转换过程,发送时先要将声音转换成连续的电信号,接收时还要再将电信号还原为声音。

1860年,德国科学家李斯仿照人耳结构成功制作出一套送话装置,并用它发送了一段音乐。李斯将他的装置命名为“Telephone”。这种电话机由于送话器产生的电流不连续,所以传送的声音断断续续,听不清楚。

贝尔看到电流可使线圈振动而发出声音,从而设想利用电流传递人说话的声音。经过不断的反复试验,他有了新构想:如果对着铁片说话,声音就会引起铁片振动。在铁片后放一块绕有线圈的磁铁,铁片振动时就会在导线中产生时大时小的电流。这个振动电流沿着导线传到另一端,同样会使一块磁铁振动并发出声音。这样,一方的话音就可传到另一方。

1876年3月10日,贝尔电话机试制成功。1878年,贝尔在波士顿与纽约之间架设了世界上第一条320千米长的长途电话线,电话开始进入千家万户。1880年,贝尔电话公司成立,电话事业得到了迅猛发展。

电话的改进:爱迪生和休斯改进了导电粒子的成份,从烟煤中提取碳精粉。碳精粉是导电体,又具有良好的弹性,很适合做导电粒子。采用碳精粉后,电流对声音的变化变得更加敏感,用电话交谈时语音也清晰了许多。

语音变成电信号后,就由电信号来传播,但电信号经过长距离传送会不断损失能量。当传送距离较长,受话器收到的电信号已相当微弱,微弱的信号转变的声音模糊不清。为减少电路中信号的衰减,人们给电路增加电感。

增加电感的想法最早由英国人亥维赛在1887年提出。按亥维赛的建议,在电话电路上每隔约1000米串接一个加感线圈,这样经过无数次“加感”,电信号的衰减明显减少。而且,电缆也能够做得细点了。

1906年,美国人福雷斯特发明了真空三极管。三极管的作用就是将电信号进行放大,于是一种更好解决线路中信号衰减问题的办法出现了:在线路中安放电话增音机。由于“加感”具有副作用,信号经过“加感”电路时,频带边缘会发生变化,语音就会失真,但增音机的出现使这种现象得到了改善。

磁石式电话机:通信的电能由自备干电池提供,振铃电能由手摇发电机提供。在打电话时,先取下话机,再用力摇动手柄,之后才开始进行通话,它是用手摇发电机摇响受话方的振铃。这种手摇发电机上有两块永久磁铁,因此称它为磁石式电话机。这种电话机由于不需要外接电源,所以在那些没有交流电的偏远地区或在军事上的用途很大。

共电式电话机:美国科学家安德斯设计出一种新电话机,这种电话机不用自带电池,也没有手摇发电机,所用电源由电话局统一供给,人称这种电话机为共电式电话机。共电式电话机和磁石式电话机相比,结构简单,成本相对低。

无线通信

无线通信是利用电磁波信号可在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。近年,信息通信领域中,发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信,二者合称为无线移动通信。

移动电话:无线电话主要由发射机和接收机组成。陆地上使用的移动通信装置,如汽车用无线电话、手机、无线寻呼机等采用分区制,即把一个城市或更大的区域划分成许多小区,每个小区都有一个基站。

实际上,基站就是一个大功率发射台(也有接收系统,移动电话一般为双向,既有发射功能又有接收功能),通过基站与这个小区里需要得到服务的移动电话取得联系。各基站又与一个总控制局联接,并受总局控制。控制局再通过交换机和电话局与市内电话网沟通。

分区方式有多种,最主要的是蜂窝状小区制,相邻小区使用的频率不同,避免互相干扰。但控制局通过计算机系统能随时侦察出移动电话位置。当移动电话从一个小区进入另一个小区时,控制局能自动切换它所使用的频率,从而不会使通信中断。

采用六边形的蜂窝状分区方式是因为这种方式覆盖面积最大,重叠面积最小,必要的频率数也最少。

BP机:BP机只能接收无线电信号,不能发送信号,是单向移动通信工具。普通型的数字寻呼机,外型小巧,一旦收到寻呼信号,它会发出几声轻微的“B--,B--”声,提醒人注意。为不干扰别人,也可关上声音开关,寻呼机内会发出机械振动,只有携带者本人才能感觉得到。

寻呼机收到信号后,液晶屏幕上会显示出一些阿拉伯数字和英文字符,它们表示电话号码和简短话语。

汽车电话:现代生活中,人们把无线电话安装在汽车上,可在路途上进行通信联系。

据说,最早使用汽车电话的是美国警察。他们在巡逻和追捕罪犯的途中,为和总部联系,把无线电话安装在警车上。后来,消防车也装了无线电话,这样就能在路途中或救火现场向总部报告火情,请求增援。

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