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第19章 通信传播(2)

随着汽车电话技术和无线电元器件技术的发展,许多运货卡车、出租车、急救车以及私人汽车也相继安装了汽车电话,公路管理部门也离不开汽车电话了。

汽车电话都有一个小型控制器,上面有拨号键和开关,及一个送受话器。控制器通常在司机室内,与仪表、收音机等装在一起,收发机安放在座位下面,不会妨碍乘客活动。天线装在车顶。

船舶电话:船舶电话是把无线电话安装在船上,沿岸设立基地台,使无线电波覆盖沿岸海面。为增大船、岸之间的通信距离,一般将基地台安装在地形最高之处。

如果船上的海员想与家人通电话,船舶电话就把电波发射到基地台,经中继线传至陆地有线电话局,通过电话局的线路即可把家里的电话接通。

安全通信是海上移动通信的重要内容。在海上航行的船舶,随时会面对风浪、暗礁、浅礁及撞船风险。船舶电话带给船员们更多的安全。

海上气象预报是船舶通信不可缺少的内容,因为海上的飓风是船只行驶的最大威胁,世界上每年都有船只受飓风袭击翻船沉没,所以沿海各国组成了海上无线通信网,定时向船舶发布各个海域的气象资料。

航道电话:飞机上的无线电通信最早始于一战期间。飞机在空中激战,飞行员要时刻与战友保持联系,协同作战,还要和地面指挥员联络、听令。侦察机到敌人上空侦察,得到的情报也要通过无线电话传给地面指挥部。

和平年代,人们将空中无线通信技术转到民用方面。作战飞机变成喷气式客机,飞翔在万米高空。尽管它离地面非常远,飞机上的驾驶员仍能与地面保持不间断联系。身处地面的空中调度员通过地对空无线电话,对飞行员发布命令。

大型航空港非常繁忙,几分钟就起落一架飞机,天空中飞机太多,稍不留心就会发生撞机的灾难。所以,机场调度人员也要通过无线电话指挥飞机有秩序地起飞和着陆。

大型客机长途飞行时,要经常与地面保持通信联系。飞机误点或提前到达,都要通知机场,使他们做好接机准备。有时飞机上发生意外,还可通过无线电话通知地面,采取应急措施,保证飞机安全。

蓝牙:蓝牙是一种短距离无线电技术。利用蓝牙技术,能有效简化掌上电脑、笔记本电脑、手机、CD唱机等移动通信终端设备之间的通信,也能成功简化以上这些设备与因特网之间的通信,从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得高速高效。

小知识

电话交换机

电话交换机是一种特殊用途的用户交换机。它有若干电话机共用外线,适用于机关、团体、中小企业等单位,也可以用于住宅和秘书电话。

集团电话交换机不需要专职的话务员和维护人员,每部都可以通过指示灯了解整个系统的工作情况。当外线呼入时,可由任意一部话机应答,并可以转给所需的被叫。任何一部话机要呼外线时,只要按下代表空闲外线的相应键,即可拨号呼叫外线。

有的集团电话还具有会议电话、缩位拨号、热线服务、群呼、广播、遇忙回呼、呼叫转移、呼出限制、呼叫等待、内线保密、外线保密、停电自动转移等各种功能。

微波通信

微波通信是指用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波--微波进行的通信。

微波通信无需固体介质,当两点间直线距离内无障碍时,就可使用微波传送。微波通信容量大,可同时传输上万路的电话或几套电视节目,质量好并可传至很远的距离。此外,微波的方向性好,其保密性优于一般的无线电短波通信。因此,微波通信时是国家通信网的一种重要通信手段,也普遍适用于各种专用通信网。

微波不靠地球传播,因为大地对它的吸收作用很大;微波能不费力穿透电离层,逃逸到宇宙空间,并一去不返。由于微波几乎没有绕射能力,所以就连地球的弧度也能妨碍它的直线传播。

为使微波传送得更远,通常要把天线架高。即使如此,由于受地球表面影响,一个40米高的天线只能保证微波在50千米范围内传播。为实现长距离通信,就要每隔50千米左右设置一个中继站,将前一站送来的信号过放大,然后再传送下一站。如此递传,直至到达目的地。所以,微波通信有时也称微波中继通信或微波接力通信。

卫星通信

卫星通信是指利用人造卫星作为通信的中继站来转发无线电信号,在两个或多个地面站之间进行的通信。在卫星通信系统中,地面站A把无线电信号发射给卫星,卫星收到信号后进行处理和放大,再转发给地面站B。同样,地面站B发出的信号也可以通过卫星转发到地面站A,从而实现卫星通信。

由于卫星高悬于空中,它的天线波能覆盖地面很大一部分区域,因此在这块区域中的任何地方都能接收到由卫星转发的无线电波。也就是说,虽然只有一颗卫星,但分布在四面八方的地面站A、B、C、D、E,都可通过该卫星相互通信,从而实现跨洲越洋的通信。

同步卫星:通信卫星可在离地球不同高度的轨道上运行,它在太空高速绕地球转动时产生的离心力能够抵消地球引力,从而使卫星不坠落。卫星离地球越远,绕地球一周的时间越长。当卫星被发射到地球赤道上空离地面约3.6万千米时,绕地球一周时间为24小时,与地球自转一周时间相同。这时,从地面上看到该卫星就像静止于天空一样。这种相对地球静止的卫星,就被称为同步卫星,其运行轨道称为地球同步轨道。

如果站在地球同步轨道上观察地球,能看到整个地球表面积的1/3多,其最大跨度达1.8万多千米。因此,只要在地球赤道上空等间隔放置三颗同步卫星,就可基本上覆盖整个地球,从而实现全球范围内的通信了。目前使用的航海移动通信系统,就是利用位于大西洋、太平洋和印度洋上空的三颗同步卫星实现的。

现在,世界上越来越多的国家都为建立自己独立的卫星通信系统而争相向地球上空的同步轨道发射其通信卫星。

低轨道通信卫星:指运行在距地球表面不同高度、但低于地球同步卫星轨道的空间中的卫星。

由于卫星绕地球旋转的时间快于地球自转,而地面站又只能在短距离范围内才能和卫星通信,所以在卫星绕地球一周内通信的时间很短,卫星形成的覆盖地区在地球表面上快速移动,当卫星转到地球背后时,就无法进行通信。而增加在轨道上的卫星数量,就可以克服低轨道卫星通信这一缺点。

低轨道卫星移动通信系统的工作原理与“蜂窝式”移动通信的原理相似。尽管每颗卫星能覆盖的地域比同步卫星小,但比起移动通信中基地台所覆盖的面积却大多了。实际上,一颗低轨道卫星相当于陆地移动通信系统中的一个“基地台”,而形成覆盖区域的天线和无线电中继设备都安在卫星上。当然,这个“基地台”不是建在地面上,而是被倒挂在天空。地面站与空间卫星的联系,及卫星与卫星间的联系都在“K”频带上建立;卫星与地面移动台如车、船和手持移动电话机的人之间的信息联系则建立在“L”频带上。

卫星广播电视通信:在卫星广播通信系统中,地面电视台的信号通过卫星地面站直接发射给卫星,再由卫星转发到另一个地方的卫星地面接收站,然后再送到各个用户那里。

这种由卫星直接转发电视信号的方式避免了以往电视信号在地面多次转发过程中,因高大建筑和山脉等障碍物所引起的信号反射造成的各种失真。

有了卫星广播电视,世界上任何地方发生的重大新闻都能直接通过卫星迅速地转发到世界各地。

导弹电视和电视炮弹:导弹电视,是把性能优越的大功率电视摄像机和发射机安装在弹头内,用运载火箭将其发射到预定目标上空而完成的侦察任务。电视摄像机拍摄的图像,可以通过卫星送到指挥中心,使指挥部从接收到的画面中清晰看到现场的情况,从中获得有价值的情报。

电视炮弹专供近距离使用,是把微型摄像机和发射器装入弹头内,用炮弹发射到几十千米外的前沿阵地。当弹头到达目的地,弹头自动起爆,将微型摄像机弹出,微型摄像机在随降落伞旋转下降的同时,将周围的景物及人员的活动自动俯拍,同时把画面用无线电发射机传送回指挥中心。

光纤通信

光是人们熟悉的自然现象。而利用光进行通信,却是在19世纪70年代才发展起来的新技术。

1960年,美国科学家用红宝石棒制成了世界上第一个新光源--激光。此后的10年,能传输光信号的低损耗光导纤维研制成功,从此宣告了光纤通信时代的开始。

目前,世界上已有的光纤通信线路超逾1000万千米。

光纤通信系统:光纤通信系统是以光为载波,利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介,通过光电变换,用光来传输信息的通信系统。

在通信中,信息的传输需要占据一定的频率范围,也称频带宽度。如电报信号的传输仅需上百赫的频带宽度;电话传输需占据的频带宽度在2~4千赫间;电视需频带宽度约6兆赫。对于一个通信系统来说,频带越宽,其传输容量越大,能传输的信息也就越多。

激光波长只有约1微米左右,频率却高达300亿万赫。一条光纤可同时传输1000万套高质量的电视节目或100亿路电话,且互无干扰,相当于全世界的人都在同时通电话。

光纤:制造光纤的主要材料是二氧化硅,其资源极为丰富。光纤通信容量很大,损耗低,传输信号的距离很远,因而可以减少传输线路中的中继设备。

光纤维在传输信号时不仅损耗小,还对多种形式的电磁干扰具有强烈的抗干扰性,尤其是在通过高电磁干扰区时,不必配备复杂的屏蔽装置和过多的辅助设备。

此外,用光缆传输信息不会出现像电子通过金属导体时会产生电磁场而导致信号的泄漏,更不会被感应窃取,其保密性极好。

光纤中传输的信号是光,所以在如化学工厂或核反应堆等危险环境中使用时,不会发生火花放电的危险,非常安全。

相干光:光纤通信系统中光源的激光器,发出的光只有单一波长,人称“相干光”。

由于激光器发出的光是相干的,所以不会像手电筒或探照灯的光束那样四面扩散。激光器发出的光很“纯”,仅有一种波长,因此不会像自然光一样相互干扰。如果把激光束打在与地球相隔38万千米的月球上,它的光斑只有几千米。把高度聚光后的探照灯光束打在月球上,直径可达几千千米。激光的能量始终都集中在所传播的一个固定方向上,为充分利用激光的信息携载能力,必须对它加以调制,将要传送的信息加载到激光上,即可将大量信息传到远方。

集成光路:集成光路,集成许多光学元件。它们是大量的微型激光器、调制器和光导薄膜。世界上已制成的最小激光器只有人头发厚度的1/10,可将2亿个这样的激光器集成在一块相当于人指甲大小的芯片上。在使用了集成光路的光纤通信系统中,像说话的声音和图像等信息,在通过声到光的转换装置和激光扫描装置后直接变成光信号,都可送入光纤中传输。

全球定位卫星系统

全球定位系统简称GPS,是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可为地球表面98%的地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。

该系统是由美国政府在20世纪70年代投入研制,在1994年全面建成。使用者只需拥有GPS接收机,无需另外付费。GPS信号分为民用的标准定位服务和军规的精确定位服务两类。

GPS最初是美国出于军事目的而开发的。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷,美国海军队及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。现代军备诸兵种强调协同作战,要求指挥员必须随时随地掌握各种参战单位的准确位置,发射导弹必须首先测定出发射地点的精确位置等。这些都客观地要求发展某种高精度大覆盖的定位系统。

GPS的组成:GPS全球卫星定位系统由三部分组成:空间部分--GPS星座,由24颗卫星组成,其中21颗是工作卫星,3颗是备份卫星;地面控制部分--地面监控系统;用户设备部分--GPS信号接收机。

GPS的定位原理:GPS定位是利用卫星基本三角定位原理,其接收装置以测量无线电信号的传输时间来量测距离,以距离来判定卫星在太空中的位置,这是一种高轨道与精密定位的观测方式。

GPS应用领域:GPS信号接收系统可输出地面任何地点的位置信息。这些位置信息可广泛用于天文台、通信系统基站、电视台中的精确定时,道路、桥梁、隧道的施工中的工程测量,野外勘探及城区规划中的勘探测绘,以及各种专业导航定位等。

载体:GPS信号接收机所在的运动体叫做载体,如航行中的船舰、空中的飞机、行走的车辆等。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动,接收机用GPS信号实时获得运动载体的状态参数。

认识广播

通过无线电波或导线传送声音、图像的新闻传播工具,就是广播。

从传播手段看,广播可以分为两类:通过无线电波传送节目的,称无线广播;通过导线传送节目的,称有线广播。

从传播媒介看,广播也可分为两大类:传送声音的,称为声音广播,简称广播;传送声音、图像的,称为电视广播,简称电视。

无线电的最早应用于航海中,使用摩尔斯电报在船与陆地间传递信息。现在,无线电有着多种应用形式,包括无线数据网,各种移动通信以及无线电广播等。

载波:把声音“加载”在无线电波上的过程,叫做“调制”,而被当做传播交通工具的无线电波则叫“载波”。因此,发射电磁波是为了传递信号,信号的频率低,无线电磁波的频率高。把声音调制到载波的方式有两种:使高频无线电磁波的振幅随信号改变叫调幅,使高频无线电磁波的频率随信号改变叫调频。

调幅波:使载波振幅按照调制信号改变的调制方式叫调幅,经过调幅的电波就叫调幅波。

调幅波保持着高频载波的频率特性,但包络线的形状则和信号波形相似。调幅波的振幅大小,由调制信号的强度决定。调幅波用英文字母AM表示。目前,调幅制无线电广播分做长波、中波和短波三个大波段,分别由相应波段的无线电波来传送信号。

调频波:使载波频率按照调制信号改变的调制方式,叫做调频,经过调频的波叫调频波。

已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定,变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形就像是个被压缩得不均匀的弹簧,调频波用英文字母FM表示。调频波的频率随调制信号振幅的变化而变化,但其幅度始终保持不变。

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