认识通信 课件全套 第0-6章 通信对人类文明进程的影响-憧憬奥妙无垠的未来通信

认识通信内容简介2第0章通信对人类文明进程的影响0.1人类通信的早期启蒙0.2通信进步的第一个突破0.3通信进步的第二个突破0.4通信进步的第三个突破0.5通信进步的第四个突破3考古发现，440万年前就出现南方古猿，被确定为是人类历史的起源。人类的远祖大约在9万年前的某个时候开始“说话”，大约在3.5万年前的某一时期开始使用语言。语言的使用，促进了人类对知识的掌握和传播，但语言只能口口相传，面对面传授，只能在部落内、相近年代人之间传播，不同地域间的原始人类之间还不能交流和共享人类知识。0.1人类通信的早期启蒙4为了实现知识的长时间记忆，公元前3500年左右人类开始使用图像符号，进而演化出文字。文字的产生和运用的意义：使人类摆脱了声音符号传播受时间和空间的局限有了文字就能记录知识和经验，它比其他符号更使人容易明白，更容易解释，更容易保存。异地传播长时间保存解决知识5文字的出现使人类获取知识和信息更便捷、更容易，知识积累更多，人类通向文明的步伐加快，原来依靠竹简、羊皮、丝布记录文字的方法逐渐不能满足需要，公元105年蔡伦发明了被称之为四大发明之一的造纸术。可以廉价跨地域传输(空间)可以跨时间保存纸产生和运用的意义跨空间传输促进了不同国家、不同民族之间的交流，促进了世界范围内全人类的知识共享。知识6跨时间的知识传承，使人类可以学习、继承、发扬前人思想，使人类的知识积累大大增加，可以做到秀才不出门，全知天下事。人们学习、了解、研究自然现象和自然规律可以只在家中完成，不必事事都要亲身体验，加速了人类前进的步伐。但人类很快发现这种交流通常是非实时性，现实世界所发生的事情，经过记录、传递后到达其他人手中时，往往已过去了很长时间，传递所能达到的范围只能是人的足力所能达到的范围。7为了尽可能快的传递信息，公元前490年希腊信使裴地比第斯从马拉松跑到雅典城中央广场，跑了42．195公里，结果活活累死。8公元前772年周幽王点燃了烽火台，利用狼烟和火光调动邻近的诸侯；我国古代有3000多年利用邮驿传递信息的历史，唐朝最盛时全国有1639个驿站，传递信息最快要求日驰500里。利用声、光可传输实时信息，但信息量少。如军队作战时利用鸣鼓则进、鸣金则退来指挥近距离军队，利用放炮为号来指挥远距离军队，利用旗语调度军队进攻方向，夜间利用火光调度军队。9电的发明使人类结束千年封建古代，走向了近代文明。尽管远在2500多年前，古希腊人就发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西，他们把这种现象称作“电”，但这并未给人类文明带来实质影响。电0.2通信进步的第一个突破10公元1600年，英国医生吉尔伯特发现了“电力”，“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。111752年美国大电学家富兰克林著名的风筝实验，“捕捉天电”，证明天空的闪电和地面上的电是一回事。一年后富兰克林制造出了世界上第一个避雷针。电流现象的研究，对于人们深入研究电学和电磁现象有着重要的意义。121800年春季，伏打发明了著名的“伏打电池”。使人们第一次获得了可以人为控制的持续电流，为今后电流现象的研究提供了物质基础，并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具。13发电机给人类生活带来了巨大的变化，使人类可以自己产生电并控制电，有力的促进了现代社会的到来。以电为基础诞生了电报、电话、计算机、通信网络使我们进入了通信时代。1820年，丹麦哥本哈根大学的奥斯特，偶然发现一根带电的导线，能使贴近它的磁针发生偏转，而不再指向南极或者北极。1821年9月3日，法拉第让通电的导线在磁场中发生旋转。1831年10月17日，他将磁转换为了电。随后制造了世界上第一台电磁感应发电机。1873年，格拉姆将发电机变成了电动机。141790年，法国工程师劳德·查佩兄弟成功地研制出了一个实用的通信系统，能将报文发送到全法国。据说两兄弟之一是第一个使用“电报”这个词的人。电报早年收发电报模拟

1747年，在英国，廉.华士爵士发现有可能在金属导体上传播电流。0.3通信进步的第二个突破151835年，莫尔斯研制出电磁电报机的样机。1836年，莫尔斯提出著名的“莫尔斯电码”，是电信史上最早的编码，是电报发明史上的重大突破。1844年5月24日，是世界电信史上光辉的一页。在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，莫尔斯亲手操纵着电报机，随着一连串的“点”、“划”信号的发出，远在64公里外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组成的世界上第一份电报：“上帝创造了何等的奇迹！”。莫尔斯电报的成功轰动了美国、英国和世界其他各国，他的电报很快风靡全球。电报机房

早年票据

电报收发161858年，欧洲许多国家联合给莫尔斯一笔40万法郎的奖金。在莫尔斯垂暮之年，纽约市在中央公园为他塑造了雕像，用巨大的荣誉，来补偿曾使这位科学家陷于饥饿境地的过错。电传打字机

17电报的发明，开始了用电作为信息载体的历史。通过对电报、无线电通信的深入研究，开始了人类通信历史上的一次巨大的飞跃。电报的发明的意义在于：解决了人类出现已来一直没有解决的实时远程传输问题时间空间电报跨越电报传输

181796年，英国人休斯提出了用话筒接力传送语音的办法，并将之命名为Telephone。电话是日本人生造的汉语词，用来意译英文的telephone，中国人译为‘德律风’。电话美国发明家A.G.贝尔贝尔、梅乌奇、格雷、爱迪生安东尼奥·梅乌奇托马斯·阿尔瓦·爱迪生领头人0.4通信进步的第三个突破191875年6月2日，沃森特在紧闭了门窗的房间把耳朵贴在音箱上听到贝尔疼痛叫声:“沃森特先生，快来帮我啊！”这句话通过他实验中的电话传到了在另一个房间工作的沃森特先生的耳朵里。这句极普通的话，也就成为人类第一句通过电话传送的话音而记入史册。2002年6月15日，美国议会通过议案，认定安东尼奥·梅乌奇为电话的发明者。贝尔

20与贝尔名字有关的另一个重要事实是：1925年1月1日，成立了一个叫做“贝尔电话实验室公司”在过去的一个世纪中，贝尔实验室为全世界带来的创新技术与产品包括：第一台传真机、按键电话、数字调制解调器、蜂窝电话、通信卫星、高速无线数据系统、太阳能电池、电荷耦合器件、数字信号处理器、激光器、光纤、光放大器、密集波分复用系统、首次长途电视传输、高清晰度电视、语音合成、存储程序控制和电子交换、数据库及分组技术、UNIX操作系统、C和C＋＋语言，而由贝尔实验室推出的网络管理与操作系统每天支持着世界范围内数十亿的电话呼叫与数据连接。21可以说，人类迈向信息文明社会的每一步都与贝尔实验室息息相关。贝尔实验室是公认的当今通信界最具创造性的研发机构，在全球拥有10000多名科学家和工程师。共获得两万五千多项专利，六次获诺贝尔物理学奖。现在平均每个工作日获得三项多专利。实现了实时语音远距离传输通信简单便捷电话发明的意义在于：22贝尔实验室贝尔实验室美国总部

发现宇宙微波背景辐射

用激光冷却和捕获钠原子

贝尔实验室大楼人类历史上第一个晶体管问世

电子的分数量子霍尔效应菲利普·安德森打开了研制电子开关和电脑存储设备的大门莱斯特·格莫尔验证电子波动性231891年3月10日，美国的史端乔发明步进制自动电话接线器。1892年11月3日，在美国印第安纳州的拉波特城投入使用，这便是世界上第一个自动电话局。从此，电话通信跨入了一个新时代。1919年，瑞典的帕尔姆格伦和贝塔兰德发明了“纵横制接线器”。1929年，瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大型纵横制电话局。1965年5月，美国贝尔系统的世界上第一部程控电话交换机问世。电话交换的诞生241887年，赫兹通过实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。1887年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为“赫兹（Hz）”。1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。移动通信的诞生25证明了麦克斯韦理论的正确导致了无线电的诞生开辟了电子技术的新纪元应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。标志着从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点，是整个移动通信的发源点。赫兹的发现具有划时代的意义261895年，俄国青年教师波波夫和意大利青年大学生马可尼分别发明了无线电报机。波波夫与马可尼的贡献在于实现了有线通信到无线通信的进步使越洋通信和移动通信成为可能271903年，无线电话试验成功。1947年，美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，将移动电话的服务区划分成若干个小区，每个小区设立一个基站，构成蜂窝移动通信系统。1978年，贝尔实验室的科学家们在芝加哥试验成功了世界上第一个蜂窝移动通信系统，并于1983年正式投入商用。蜂窝移动的意义在于解决了频率复用的问题这是移动通信发展史上的重大突破281982年，欧洲成立了GSM，为以后GSM移动电话系统开辟了新的天地。2001年，ITU-D第7专题组提出以SCDMA无线技术作为接入手段的固定电话业务--“大灵通”。1980年前后，无绳电话首次出现。1996年～1997年，小灵通问世。可实现任何时间、任何地点、任何人的通信可上网读报纸、查信息、下载文件和图片、看视频人类实现移动通信的意义获取、处理、存贮信息的速度提高291887年，美国发明家柏林纳发明滚筒式留声机，第二年发明盘式留声机和唱片。1902年，美国人巴纳特．史特波斐德成功进行了广播与矿石收音机试验。媒体的革命1925年，贝尔德，发明机械扫描式电视摄像机和接收机、机动式电视。被后来的英国人尊称为电视之父。贝尔德实际上是机械电视之父。1913年，法国人E.贝兰研制出第一台传真机。传真与广播电视301923年，美籍人兹沃利金发明静电积贮式摄像管，1931年研究成功电视显像管。应当是电子电视之父。1936年11月2日，世界上第一个定期播放电视节目的电视台——英国BBC电视台开播，它把人类带进入了一个电视时代。传真与广播电视出现的意义实现新闻的快速传播可提供休闲、娱乐、了解世界动态推动社会民主、文明传播进程311842年，多普勒率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。1925年，伯烈特与杜武合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。1935年英国科学家在R．W．瓦特领导下研制成功第一部能用来探测飞机的雷达。1945年，美国雷神公司(Raytheon)工程师珀西·斯宾塞把微波应用到厨房烹饪上，于是微波炉诞生了。雷达32

1850年8月28日，第一条海缆由约翰和雅各布.布雷特兄弟俩在法国的公海里铺设。1880年，美国纽约敷设了第一条电话电缆。1960年，美国物理学家梅曼用强大的普通光照到人造宝石上，制造出了比太阳光强1000万倍的激光。1966年，英籍华人高锟发表“光通信”基础理论,提出以玻璃纤维进行远距激光通信的设想。1977年，世界上第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间的两个电话局之间开通。长途通信33

1970年代，美国研制出空间卫星导航定位系统GPS。1946年，美国用雷达接收月球表面回波。50年代，创造出了微波接力通信。1954年7月，美国海军利用月球表面对无线电波的反射进行了地球上两地电话的传输试验。1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造卫星“卫星1号”。1960年8月，美国发射世界第一个“无源通信卫星”。1965年4月6日，美国成功发射了世界第一颗实用静止轨道通信卫星。卫星通信34雷达与卫星通信出现的意义延伸了人类的感知导致了射电天文学的出现将人类的触觉延伸到整个宇宙351948年7月1日，贝尔实验室的科学家发明了晶体管。计算机与网络1969年，美国国防部高级研究计划署(ARPA)建成ARPA网，标志著计算机通信的发展进入了一个崭新的纪元。1946年，美国人埃克特和莫奇利发明了世界上第一台电子计算机ENIAC。1959年，美国人基尔比和诺伊斯发明了集成电路。0.5通信进步的第四个突破361988年，美国伊利诺斯大学的学生(当时)史蒂夫.多那(SteveDorner)开始开发电子邮件软件“Eudora”。1960年代早期，由DonaldDavies和保罗·巴兰发明分组交换packetswitching。1973年，文顿·瑟夫做了因特网最初的设计工作，20年后，网景公司正式推出了万维网服务，普通人才能随意使用网络。文顿.瑟夫等被誉为“互联网之父”。37

计算机与网络出现的意义增加了人类获取、加工、存储信息的能力导致了信息爆炸时代的来临人类进入地球村计算机、互联网和移动通信网丰富了人与人之间的交流方式，提高了人与人之间的交流效率，缩短了时间和空间的距离，使得我们的日常生活发生了翻天覆地的变化。381980年代末，人们利用并行计算来解决大型问题，采用了一种称之为的网格计算的方法。1990年代末，又将计算资源作为可计量的服务，提供一种公用计算手段，这可看作为云计算的前身。云计算已成为2009年IT领域最火热的概念之一。Google云计算数据中心云计算39云计算是继传统的个人计算机、客户，服务器的计算模式之后，信息技术产生的一次新的进步。网格计算与云计算理念相似40

1993年，美国政府提出建设国家“信息高速公路”的建设计划。中间件感知网络接入网络传输网络应用网络物流安检农牧业医疗二维码二维码RFIDRFID温度物联湿度物联物联网络结构物联网41

2009年，美国提出的“智慧地球”概念并上升至美国的国家战略，被认为是确立全球竞争优势的关键战略。422009年8月7日，温家宝提出建立“感知中国”中心。4344

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47云计算和物联网出现的意义扩大了人类的感知范围和信息处理能力将地球上的所有目标同人类联系在一起人类进入感知和超能世界云计算扩大人类的智慧和能力，物联网进一步引入了人与物之间的交流，其发展目标是使人们可以在任何时间，任何地点都可以与任何物品相联系，这又将给人类日常生活带来革命性的变化。从这个观点讲，物联网将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，同时也是信息产业发展的主要趋势。48移动IP是移动通信和IP的深层融合，也是对现有移动通信方式的深刻变革，它将真正实现话音和数据的业务融合，它的目标是将无线话音和无线数据综合到IP平台上传输。让人们能够随时、随地访问Internet，是下一代真正的个人通信技术的目标。移动IP49①手机廉价通话短信业务消失②手机电视广播广播电视消失③手机图书书店、网吧消失④手机娱乐影院消失⑤手机购物超市消失⑥手机银行各行业售票点消失⑦手机云电脑市场消失⑧手机物联网家庭办公盛行新技术的诞生旧技术的淡出50移动IP可以在外地便能随时通过物联网的传感器了解家里的情况，控制家里的门窗、电器开关，对工作现场进行远程监控，对灾情进行预警，对环境进行监视，对物流进行跟踪，对危险施工进行远程处理，对飞机、火车、汽车进行远程跟踪。最终实现一机在手便可感知世界、控制世界、享受世界。移动IP出现的意义人类不仅感知，而且控制和享受世界511957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”从拜科努尔发射场升空。虽然这颗卫星只会在太空噼啪作响，但它标志着人类的活动疆域已经从陆地、海洋、大气层扩大到了宇宙空间，人类从此打开天门，放眼宇宙。深空通信52进入21世纪以来，随着美国“机遇号”、“勇气号”火星探测器成功登陆火星，“卡西尼号”探测器飞抵土星并成功释放“惠更斯号”探测器着陆土卫六，深空探测越来越成为人类关注的焦点。深空通信网络53嫦娥二号卫星我国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作用，能保持相对静止的点，由法国数学家拉格朗日1772年推导证明出，共有5个，其中L2点位于日地连线上、地球外侧约150万公里处。在L2点上，卫星消耗很少的燃料即可长期驻留，是探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置54深空通信出现的意义将人类的感知范围延伸到了宇宙空间将太阳系中的其他星体同人类联系在一起人类进入探索与“外星人”通信的时代深空通信将人类的触角带出了地球，使人类进入了探索宇宙空间的“地球人”时代。从这个观点讲，深空通信是人类下一步奋斗的目标。552012年6月28日5时29分,“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟进行了7062米下潜试验。所采用的高速数字化水声通信，可向母船传输文字、语音、图像，是“蛟龙”号的另一先进技术。即使水声通信出现故障，还有一套水声电话备用。这标志着我国深海通信取得新进展。人类的触角能力已经可上天入海深海通信的意义深海通信56571997年年底，位于奥地利的蔡林格研究小组首次在实验平台上几米的距离内成功地进行了量子通信实验。2004年，利用多瑙河底的光纤信道，将量子隐形传态距离提高到600米。1999年，蔡林格研究小组的论文与伦琴发现x射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起，被英国《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。2010年，中科大－清华联合小组的研究人员从北京八达岭长城脚下一个旅馆向16公里外的河北省张家口市怀来县发出一段量子态信息。量子通信的意义：把人类带向魔幻时代!量子通信58量子通信（QuantumTeleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。59通信通讯电电报电话岩画文字纸印刷电、电话晶体管、计算机分组网互联网信息爆炸1831法拉弟

击鼓、烽火、旗语在2700多年前，中国周朝时的烽火告警系统就已经很完备了。

1843莫尔斯

1876贝尔模拟、数字、网络

1年产生的信息量比过去1万年还多!93%的信息以数字形式产生网络1969ARPA网现在每年产生100亿亿比特信息人类的进步源于通信技术的发展通信改变社会生活通信颠覆世界面貌通信铸造未来梦想通信成就壮阔人生让我们一起来认识通信！山再高往上攀总能登顶路再长走下去定能到达结束语61第0章通信对人类文明进程的影响0.1人类通信的早期启蒙0.2通信进步的第一个突破0.3通信进步的第二个突破0.4通信进步的第三个突破0.5通信进步的第四个突破本讲内容小结62在信息爆炸的时代，世界上增长最快的是信息而不是物质。信息的增长速度比所有的生物产能、人类的生产力都快。对于信息爆炸的形象描述，可以这样讲:现今人类每秒钟创造的网线长度已经超过了声速，信息膨胀的速度和原子弹爆炸的速度是一样，而且这个爆炸是持续的。有人推测，到2050年，数据量将达到100万Zetabit。1Zetabit=1024Tbit1Tbit=1024Gbit1Gbit=1024Mbit1Mbit=1024*1024bit内容回眸63纵观人类社会进步，其发展过程不是均衡不变的，有若干关键性的突破，成就了今天的人类：第一个关键点：人类学会语言，取得这一进步，人类花了400多万年的漫长年代。第二个关键点：人类学会文字，取得这一进步，人类花了3万多年的时间。第三个关键点：人类学会造纸，取得这一进步，人类花了3600多年的时间。第四个关键点：人类学会发电，取得这一进步，人类花了1700多年的时间。64第五个关键点：人类发明电报电话，取得这一进步，人类花了6和41年的时间。第六个关键点：人类制造出计算机，取得这一进步，人类花了71年的时间。第七个关键点：人类使用互联网，取得这一进步，人类花了23年的时间。第八个关键点：掌握深空、深海、深地通信……可以看出，人类通向文明的步伐是越来越快的，这应当归功于四个信息要素处理方面的技术突破，即信息的产生与获取（语言）、信息的存储（文字）、信息的处理（研究）、信息的传递（旅行）。651、如何看待通信技术的发展演进？答：人类通信的通信技术的发展演进，经历了漫长的早期启蒙阶段和四个突破、八个关键点。可以看出，人类通向文明的步伐是越来越快的，这应当归功于四个信息要素处理方面的技术突破，即信息的产生与获取（语言）、信息的存储（文字）、信息的处理（研究）、信息的传递（旅行）。2、人类通信的早期启蒙阶段取得的通信进步有哪些？答：语言、符号、文字、造纸、声、光、驿站。3、人类通信进步的四个突破是什么？答：电、电报、电话、计算机与网络的发明和使用。4、人类通信进步的八个关键点是什么？答：人类学会语言文字、学会造纸、学会发电、发明电报电话、制造出计算机、使用互联网、掌握深空、深海、深地通信技术。思考题66近年指导学生获奖部分奖状67再见人类美好明天认识通信第1章回溯冷兵器时代的通信1.1原始的声波通信1.2演进的图像文字通信1.3代价高昂的远程中继接力通信内容简介6970丰功和智慧1.1原始的声波通信猴啼猿叫演化为各种语言人类像形图案各种文字进化成竹简记事创造出纸张印书风火狼烟改进成快马驿站从最初的千百成年知识沉淀凝聚了前人的71440万～150万年从古猿到人类过程中使用工具直立行走通常意义下的信息交换1.1.1南方古猿的啼声通信学会例如：发现食物、危险、面临生死等高兴或悲伤场景语言出现之前交流思想各种啼叫声、肢体动作实现我们现在讲的一切通信系统信源信道通信终端信源信道信宿声波声波原始古猿啼啸叫声构成的点对点通信系统信宿古猿通信系统721.1.2史前人类的语言通信大约在9万年前大约3.5万年前开始“说话”开始使用语言是人类远祖语言的产生人类进步的一大质的飞跃人与动物的本质区别之一只有掌握这种编码的人群才能解码并听懂语言所要表达的意思语言的本质信息的复杂交流方式对信息的不同编码是73近距离无记忆通信方式语音通信特点空气阻力扩散衰减只能语音通信啼声通信区别信息量大信息量小编码复杂编码简单需要学习无需学习74中继接力语言长途通信和广播通信信宿D

D信宿E双向通信单向通信单向通信中继B中继C信源A信宿F(a)中继接力语言长途通信（b）语音广播通信75广播通信一点对多点的通信76语言通信的问题只能口口相传面对面传授只能在部落内传播相近年代人之间传播这导致一旦掌握这些知识的人员过世，积累的知识和信息便随之丢失。知识积累过程依然很慢，人类文明进步的速度受到极大的制约。其结果交流、通信人类知识广泛传播、共享、保存不同地域间、世代的人类77300万年～1万年旧石器时代内蒙古阴山的原始人类开始使用岩画1.2演进的图像文字通信1.2.1阴山岩画的图像通信公元前3500年左右的时段图像符号开始逐渐演变成了图像通信知识或信息以符号、图案的形式被记录在岩壁或物体上，人们通过眼睛识别符号、图案来获取信息。特点78A地符号图案（信源）B地符号图案（信宿）固定或可携带移动物体承载符号图案的物体（信道）原始的图像通信可携带的石块、木块或兽皮信源是通过人手绘制的符号图案信宿是人的眼睛，完成对编码图像信息的解码过程79案例：现在人们在一些岩洞、石壁、古墓穴中见到的一些符号和图案，这就是知识的长期保存的典型。通信距离、世代薪火相传问题原始的图像通信中符号图案承载信息解决的是信息的存储问题易于携带的物体有利用将人类知识经验信息传输到人类可以到达的地方解决的是知识不会因为前人的过世而失传可携带的知识可使知识得以广泛传播有利用人类文明的进程加速801.2.2大麦地开始的文字通信所能表达的信息量有限符号和图案通信的缺陷约1．5万年的宁夏卫宁北山地区大麦地的岩画上有了类似文字性质的符号，呈现出早期岩画的象形性，与汉字的象形字型相类似。原始文字早期岩画演化甲骨文像形文字小篆隶书繁体文字语言通信文字通信演化演化演化演化演化繁体文字演化81用眼读取文字信息的人是通信的接收方信源文字表达发起方所要传递的信息写上文字的棉帛、羊皮、竹简是信息载体人对刻写有文字的载体的携带和转移是信息的传输过程信宿信道手写文字接收文字写在棉帛、羊皮、竹简上的文字信息，可以长期保存和从一个地方转移到另一个地方，从而解决了信息的可大量记忆和远距离、跨世代传输问题。821.2.3蔡伦始创的纸张书信通信公元105年东汉用破布、树皮、麻头、等为原料，捣烂成浆糊状，再捞在细竹帘上，漏去水分，留在帘子上的纤维薄片定型干燥后便成了“蔡侯纸”。蔡伦双向通信单向通信信宿D中继B中继C信源A单向通信中继接力的长途纸张书信通信83跨时间保存有利于知识的传承，使人类可以学习、继承、发扬前人思想，知识积累大大增加。纸张产生运用信息载体的成本问题解决的是廉价的文字通信方式实现的是特点廉价跨地域空间传输廉价跨时间长期保存知识可以跨空间传输促进了不同国家、不同民族之间的交流，促进了世界范围内全人类的知识共享。841.2.4毕昇促进的书籍广播通信公元1048年北宋发明了活字印刷术，解决了大批量复制文字信息的难题，从而导致大量低成本书籍的流行和使用。毕昇书籍广播通信读者信宿C单向通信读者信宿D印刷厂广播站B作者信源A读者信宿E广播

单向通信销售851.3代价高昂的远程中继接力通信1.3.1成吉思汗的驿传通信对于战争而言，信息获取的实时性往往直接关系到战争的胜败和国家的兴衰。现实世界所发生的事情经过记录、传递的文字通信到达接收者手中时往往已经过时间可能许多信息已经没有实用价值或意义86公元前490年马拉松战役长跑能手菲迪皮季斯从马拉松战场出发奔跑了42.195公里到达雅典城的中央广场准实时通信单靠个人作信使进行跑步传输信息的通信距离是有限的经验证明脚力通信87我国有3000多年利用邮驿传递信息的历史唐朝最盛时期全国有1639个驿站准实时通信传递信息最快要求日驰500里

中继A中继B中继C信宿信源

驿站A驿站B驿站C发出命令接收命令几十公里几十公里蒙古军可在情况紧急时，24小时驰400里邮驿通信88古代利用鸽子能够找到原来巢穴的特点将书信捆在鸽子腿上，当鸽子回到原巢穴时，主人取下鸽子腿上的文书准实时通信飞鸽传书文字通信信宿信源发出命令接收命令鸽子的飞行速度在70千米110千米每小时急速飞行速度在90千米～150千米每小时500公里的路程，平原地带需要7个小时以上89中继接力远程通信1.3.2周幽王的狼烟峰火通信

中继A中继B中继C信宿信源

峰火台A峰火台B峰火台C发出命令接收命令狼烟通信公元前772年的周幽王时代为了防范北方游牧部落入侵，周幽王在边境的山峰上设立绵延不绝的烽火台监视远方敌人的活动实时通信远程自由空间光通信90旗语通信近距离实时通信颜色通信91金鼓通信号角通信92第1章回溯冷兵器时代的通信 1.1原始的声波通信 1.1.1南方古猿的啼声通信 1.1.2史前人类的语言通信 1.2演进的图像文字通信 1.2.1阴山岩画的图像通信 1.2.2大麦地开始的文字通信 1.2.3蔡伦始创的纸张书信通信 1.2.4毕昇促进的书籍广播通信 1.3代价高昂的远程中继接力通信 1.3.1成吉思汗的驿传通信 1.3.2周幽王的狼烟峰火通信

本讲内容小结93在原始的通信时代，人们为了交流，先是发出各叫声，进而演化成语言。面对面的语言交流解决了实时通信问题，但这种通信方式的明显缺点是通信距离近且难以被不同部落理解。为了保存信息，产生了岩画和符号，进而演化成文字。然而文字需要附着在物体上，为了便于携带和记载，最初采用竹简、绵帛来记载。这种通信方式的缺点是文字载体成本高，不便普及。由此催生出的纸张使书信成本降低到普通人可以接受的程度。知识可以被记在书上，通过看书就可吸收大量前人的知识，这种通信的问题是信息往往是非实时的，甚至可能已经失效。为了能即时获取当前正在发生的信息，便产生了驿站通信、声光通信。内容回眸谢谢认识通信96只能在人、动物行走范围所及距离的非适时通信上章回顾语言通信解决本地实时通信问题只能在本部落内、相近两三代人之间通信文字通信解决信息的存贮与异地通信问题内容简介97第2章有线电通信的前世今生2.1揭开电的神秘面纱2.2沿着导线延伸的电波2.3五花八门的传输线98远在公元前585年古希腊第一位自然哲学家泰勒斯已经注意到这是西方世界关于电这种自然现象的最早观察记录2.1.1泰勒斯对磨擦生电的观察用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些绒毛、麦杆等小而轻的东西并把这种现象称作“电”2.1揭开电的神秘面纱991600年英国物理学家、医生吉尔伯特出版《论磁性、磁体和巨大地磁体》许多人称他是电学研究之父他用了17年的时间来研究电，记录了600余个实验发现了“电力”，“电吸引”等许多现象最先使用了相关专用术语摩擦生电现象背后的物理本质100金属带电后，内中多余的电子会相互排斥而迅速扩散到电子密度低的地方，或传导到与其接触的其它物体两种不同的材料发生摩擦时发生了电子的转移产生静电电荷积累得到电子的物体带负电失去电子的物体带正电摩擦生电现象背后的物理本质101✚空气→人手→石棉→兔毛→玻璃→云母→人发一尼龙→羊毛→铅→丝绸→铝一纸→棉花→钢铁→木→琥珀→蜡→硬橡胶→镍／铜→黄铜/银→金/铂→硫磺→人造丝→聚酯→赛璐珞→奥纶→聚氨酯→聚乙烯→聚丙烯→聚氯乙烯→二氧化硅→聚四氟乙烯

。不同物质摩擦起电所带电荷由正到负的排列顺序获得电子而带负电有些物质倾向于失去电子而带正电越有带正电倾向的物质与越有带负电倾向的物质摩擦后，所产生的静电量就越大。2.1.2克莱斯特错失的放电冲击机遇1745年普鲁士的克莱斯特副主教利用导线将摩擦所产生的电荷引向装有铁钉的玻璃瓶当他手触铁钉时受到猛烈的一击，由此发现了放电现象102然而遗憾的是，克莱斯特没有进一步研究这种放电现象的本质，从而失去了发现电位差和电流的重大机遇。1031746年荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克用一支枪管悬在空中，用铜线将起电机与枪管连接在一起，另用一根铜线从枪管中引出，浸入一个盛有水的玻璃瓶中实验中，他的助手偶然将另一只手碰触到了枪管上，结果受到强烈的电击。他与助手互换位置结果相同。他得出结论：把带电体放在玻璃瓶内可以保存电荷。马森布罗克的“莱顿瓶实验”实际上已发现了电流现象。但他就此止步，未能成为电流的发明人。1041747年末美国物理学家本杰明.富兰克林2.1.3富兰克林捕捉天电的冒险把电分为正(+)负(-)，认为两者的数量是守恒的多次实验摸索后第一个发现了金属尖端放电现象认为所谓放电现象是正电荷流向负电荷的过程提出电荷守恒定律实际的电流是电子从电源的负极流向正极的过程提出“电流”这一术语1051752年富兰克林带着儿子威廉和一个大风筝及一个莱顿瓶来到了一处旷野富兰克林成功制造出了世界上第一个避雷针他们顺着风向将丝绸风筝放入高空。风筝顶端安了一段长长的铁丝，用一根麻绳牵引风筝，在麻绳的末端系着一块绸带，在绸带和麻绳之间挂有钥匙。他成功将部分天上的雷电引到了地面。回家后，他用储存在莱顿瓶中的电产生的火花点燃了酒精灯，说明闪电确实是一种放电现象，它和实验室的电火花完全一样。1061780年意大利物理学家、医生伽伐尼教授进行一次例行的解剖青蛙的实验时2.1.4蛙腿抽搐引出的伏打电池他把已解剖剥了皮的青蛙放在一个潮湿的铁案上，解剖刀无意中触及到蛙腿上外露的神经，突然死蛙的腿猛烈地抽搐了一下，同时出现电火花。他认为痉挛起因于动物体上存在电，他还把这种电叫做“动物电”。107意大利物理学家伏打教授认为伽伐尼所指的蛙腿放电，实质上是一种物理生电现象，是外来的电使蛙腿痉挛。他把金属锌、浸透盐水的纸、银环叠成一个柱状，产生了明显的电流，而且这个堆柱叠得越高，电流就越强。伏打发明电池认为产生电的是铁盘和铜刀伏打电池实验成果：当两种不同的金属接触时，就会在其表面出现异性电荷，导致电位差的出现，这就是电池两端出现电压的机理。108任何一种金属与后面的金属相接触时，总是前面带上正电，后面带负电。伏打实验创立电位差理论不同金属接触表面会出现异性电荷形成电压伏打电位序例+铝、锌、锡、镉、锑、铋、汞、铁、铜、银、金、铂、钯—。这是世界上第一个电气元素表科学界用他的姓氏命名电势、电压的单位，为“伏特”1092.1.5奥斯特发现电流磁效应在大约唐朝以前中国人制成了罗盘用于导航。但再未进行深入的研究，从而错失由磁生电的先机。1820年4月奥斯特把一条细铂导线放在用玻璃罩着的小磁针上方，通电瞬间，磁针跳动了一下。发现电流磁效应揭开了物理学史上的一个新纪元（ｂ）电流磁效应

（ａ）安培右手定则

（ｂ）空心螺旋线圈的电流磁效应

1102.1.6法拉第用磁生电的发电机1831年10月17日法拉第把磁铁很快插入线圈里，突然指针奇迹般地摆动了一下，然后又回到零刻度线。发现电磁感应现象导体周围有变化的磁场后就会在导体中形成电流历史上第一台不使用化学方法产生持续电能的发电机就这样诞生了1873年格拉姆发明电动机1111753年发电机使人类可以自己产生电并控制电，以电为基础，诞生了后来的电报、电话、通信网络等使信息得以实时、快速、远距离传输、获取和存储的通信手段。2.2.1电报的早期探索2.2沿着导线延伸的电波英国人提出把26根金属线的一端接在静电机上，远端接一个有英文字母的球。球下挂着写有这个字母的纸片。发报时哪一条线接通电流，对方的小球上的静电便把纸片吸起来。1121793年法国工程师查佩兄弟在巴黎和里尔之间架设了一条230公里长的用接力方式传送信息的托架式线路。据说他们是第一个使用“电报”这个词的人。1804年西班牙的萨瓦设计的一种电报机，他将许多代表不同字母和符号的金属线浸在盐水中，电报接收装置是装有盐水的玻璃管，当电流通过时，盐水被电解，产生出小气泡，根据这些气泡来识别字母，从而接收到传送来的信息。1132.2.2开创通信先河的莫尔斯电报1837年9月4日莫尔斯制造出了由电键和一组电池组成的电报机。当按下按键A时，便有电流由电源正经触点B到电源负。按的时间短促表示“点”信号，按的时间长些表示、“划”信号，这样在正负之间就产生断续的电流。（a）莫尔斯发报机

（b）莫尔斯收报机

1142.2.3电话发明专利权之争电话发明人菲利普.莱斯安东尼奥.梅乌奇亚历山大.格拉汉姆.贝尔伊莱沙.格雷托马斯.阿尔瓦.爱迪生1850至1862年期间，梅乌奇制作了几种不同形式的称作“远距离传话筒”的声音传送仪器。美国国会2002年6月15日通过269号决议，确认安东尼奥.梅乌奇为电话的发明人115贝尔和助手沃森特在进行电话模型的最后设计和改进时，沃森特在紧闭了门窗的另一房间把耳朵贴在音箱上准备接听，贝尔在最后操作时不小心把硫酸溅到自己的腿上，他疼痛地叫了起来:“沃森特先生，快来帮我啊！”，这句话通过他实验室放置的电话传到了在另一个房间的助手沃森特的耳朵里。1875年6月2日1876年2月14日，贝尔向美国专利局提出申请电话专利权两小时后，伊莱沙.格雷申请电话专利权。1877年，爱迪生取得了发明碳粒送话器的专利1162.2.4贝尔实验室的辉煌直到20世纪后期，AT&T的下属公司曾拥有美国电话市场的80%。1878年，贝尔电话公司正式成立1895年，贝尔公司将其正在开发的美国长途业务项目分割，建立了一家独立的公司，称为美国电话电报公司，也就是大名鼎鼎的AT&T。1899年，AT&T整合了美国贝尔的业务和资产，成为贝尔系统的母公司。117还有更多科学家获得了其它国家的高等奖章，就连实验室也成为史上第一个获得美国国家技术奖的机构。贝尔实验室为人类在迈向现代信息文明社会的过程中作出了巨大的贡献诞生了3万多件专利走出了15位获得诺贝尔奖的科学家16位获美国国家科学奖章和美国国家技术奖章4位获得了堪称“计算机界的诺贝尔奖”的图灵奖1182.2.5揭密电话的通信过程常见类型有电容、晶体、碳质麦克风如何将随声音连续变化的电流信号还原为发话人当初的声波信号电话通信过程如何将发话人的声音信号转换为随声音变化的电流信号传向远方声能与电能相互转换的过程电话发送端采集话音的设备电话接收端还原声音的设备常见有受话器、听筒、喇叭、助听器、扬声器1191、单向电话通信①发话者拿起电话机时，发端开关接通，讲话人向送话器讲话时，声带的振动激励空气振动，形成声波。②声波作用于送话器的鼓膜上，使送话器中的碳精砂受到声波挤压。压紧时，电阻增大，松驰时电阻减小。当送话器的两个电极接上电压源时，就会在送话器的两个电极间产生随声音变化的话音电流。120③发信A端产生的话音电流经过耦合变压器将话音信号耦合到传输线路，经传输后到达接收信号的B端。④话音电流流经对方受话器的电磁线圈，产生随话音电流变化的洛伦兹力，牵引受话器上的金属杆运动，并由金属杆带动振动膜振动，从而将话音电流转化为声波，通过空气传至人的耳朵中。单向通信或单工通信方式121两根线用作收信（来话）2、双向电话通信通信双方既能发信又能收信的通信方式称为双向通信双向通信四条传输线两根线用作发信（去话）双向通信二条传输线两根线上的信号是双向传输的差分电路的作用是避免造成自发自收的干扰122感应线圈式消侧音电路和等效电路选择合适的参数，使流过N1的电流iL、与流过N2的电流iP等大反相，侧N1绕组与N2绕组的磁通量相等，两个绕组的交变磁通互相抵消，线圈N3中便无感应电动势，受话器BE中就听不到发话声，达到消侧音目的。讲话时BM为信号源产生两路电流一路电流为iL经N1→ZL→B端，该电流是送往对方话机的有效电流一路为iP经N2→ZP→B端，该电流消耗在平衡网络内。1232.2.6送话器声电转换过程送话器（MIC）在声波作用下产生与输入声波相对应的电信号的声/电转换器件1、驻极体送话器①基本结构由驻极体头和阻抗变换器组成驻极体头具有高达几百兆欧的输出阻抗，因此要在它的输出端接一个由场效应管构成的阻抗匹配网络，以降低其输出阻抗。124②工作原理由于驻极体表面极化电荷的作用，在金属极板表面产生异号感应电荷。当膜片在声波作用下向内弯曲时，驻极体与后电极间的空气隙减小，后电极上的感应电荷增多，两电极之间的电位差升高；反之，膜片振动向外弯曲时，驻极体与后电极间的空气隙增大，后电极板上感应电荷减少，两电极之间的电位差降低。这样就产生了随声波变化的音频信号。这一微弱的信号电压直接输入场效应管栅极（G），经放大后由漏极（D）或源极（S）输出。125圆形的振动膜片外缘固定在送话器外壳上，振动膜片的中间粘连着一个线圈，线圈处于永久磁铁与极靴的间隙中，当膜片振动时，带动线圈沿磁铁轴向往复振动。①基本结构2、动圈式送话器动圈式送话器与扬声器不同之处在于，它的线圈阻抗比扬声器高，通常为200Ω～300Ω。126根据电磁感应定律，在一个恒定的磁场中，线圈切割磁力线运动时，在线圈中产生感应电流。当声波作用于送话器的振动膜片，膜片带动线圈作切割磁力线运动时，线圈中就会产生音频电流。②工作原理由于线圈的振动是由声波推动的，所以产生的感应电流的频率取决于声波的频率，感应电流的振幅也取决于振动的幅度。1272.2.7受话器电声还原机理受话器(耳机)能按音频电流的变化规律产生相应的声波振动1、动圈式受话器工作原理当线圈通过音频电流时，线圈受磁场作用力将垂直磁场移动。当音频电流从线圈Y1端流入，从Y2流出时，根据左手定则，线圈将向下移动；当音频电流方向改变时，则线圈向上移动。线圈上下运动就带动膜片发出声音。1282、压电式陶瓷受话器①基本结构压电式陶瓷受话器主要由振动片、卷口铜圈、前盖板和基座组成。将压电材料经高温烧制为陶瓷，再加直流高压极化，就成了压电陶瓷片。当给压电片两面加上交变电压，压电片会变形产生机械振动，这种现象称为负压电效应；反过来，如给压电片加上机械压力使它变形，则又会产生出电压，这种现象称为正压电效应。129②工作原理在单个压电陶瓷片上加入一交流电压，当外加电压与极化方向相同时，就使极化强度增大，压电片沿径向伸长，如图(a)所示。反之，当外加电压与极化方向相反时，压电片沿径向收缩，如图(b)所示。130②工作原理如果薄铜片两面粘着一对极化方向相反的压电陶瓷片，当音频电流为正半周时如图（c）所示，外加电压方向与上陶瓷片的极化方向一致，与下陶瓷片的极化方向相反，因而使上陶瓷片径向伸张，下陶瓷片径向收缩，则整个振动片向上凸出。当音频电流为负半周时如图（d）所示，下陶瓷片径向伸张，则整个振动片向下凸出。当输入为不断变化的音频电流时，使电压方向不断变化，则振动薄片随着弯曲振动，从而激励空气发出声音来。1312.2.8延长距离的中继长途通信中，无论传输线的质量有多高，导线对信号的损耗有多小，总会使信号受到衰减，最终使B端无法收听到A端的讲话。单跨距通信的传输距离，对于金属导线通常在100公里之内，光纤可以做到上千公里。衰减132在信号尚未衰减到收端难以识别的程度之前就进行放大延长通信距离方法中继传输方式问题放大器只能单向放大导致双向四线传输中继完成信号放大的设备叫中继设备，所在位置叫中继站133长途传输设备是长途电话传输的发起站和结束站的设备传输终端无人中继站边远地区无人维护的传输设备位置有人中继站城市地区有人维护的传输设备位置两传输终端间的线路和设备称长话线路狭义信道通信系统由信源、广义信道、信宿所组成的系统134传输终端的任务②将市话二线通道在发送端合并成群路信号，接收端再将群路信号分开成单路信号传向市话二线用户；③插入监测频率信号到群路信号中，使有人中继站和对方传输终端通过仪表指示群路信号的传输质量；④通过调整放大器、限幅器和衰减器使传输通路中各监测点的电平达到规定数值；⑤通过调整滤波器和均衡器，使传输信号中的所有频率的电平都达到规定值，同时滤除掉无用频率；⑥通过预加重高频率信号的电平值，使接收端的高频信号的衰减量与低频信号的衰减量不要相差太多。①将连接用户的市话二线传输转换为适应长途中继传输的四线传输；135传输线路和设备各位置电信号强度的表示电平表示通信设备各监测点处信号幅度的大小x处电平功率电平电压电平Px=10lg（Px/P0）分贝（db）Ux=20lg（Ux/U0）分贝（db）P0是用来比较的标准功率参考值，一般定为1毫瓦。U0是比较的标准电压参考值，一般定为600欧姆电阻上产生1毫瓦功率时的电压，即0.775V。各电路板的输入和输出都有规定的频率和电平值，测试某点的电平值就可得知某处电路信号是否正常。136金属导线构成的传输信道室内电话线架空明线市话电缆对称电缆同轴电缆等2.3.1常见金属导体传输线传输线对信号衰减越小，信号传输距离越远；传输线频带越宽，传输的信息量就越大。2.3五花八门的传输线传输线也叫有线传输信道，起着引导信号在其上传输而不能跑到传输线以外的其他地方去的引导和约束作用。137特点1、通信电缆传输频带宽通信容量大传输稳定性好保密性强受外界干扰小等通信电缆传输电话、电报、数据、传真文件、电视、广播节目和其他电信号的各类电缆线总称对电信号市内通信电缆长途对称电缆同轴电缆海底电缆射频电缆光纤电缆分类1382、电话线电话线从电信公司的市话分线盒接到用户家庭电话插座的连接导线、从用户家庭插座到电话座机之间的一段电话连线用户电话线分线盒到用户家庭插座这段线是由两根较粗的铝质金属导线绞合在一起构成，阻抗为600欧姆，传输音频信号可达数百米座机电话线用户家庭插座到电话机之间的连线，一般在几米之内，材质较软，便于布放(a)用户电话线(b)座机电话线1393、互联网线互联网线从互联网路由器或交换机到用户电脑网卡或到用户WIFI之间的连接线路常见的互联网线中有4对双绞线，但实际应用中只用了2对，一对用于发送数据，另一对用于接收数据互联网通信实际上采用的是四线传输方式双绞线进行绞合的目的是减少相邻导线间的电磁偶合干扰，绞合的密度越大抗干扰能力越强。1404、分段接续的市话电缆市话电缆从电信公司市话配线架到用户住地附近的传输线路特点：传输距离远，用户集中，常将几十至上千对双绞的电话线做在一根电缆中，便于施工铺设。市话电缆内可达2400多对电话线，无法接入用户家庭。采用分段布放不同规格电缆，逐段减小电缆的容量，到用户家庭时只有一对芯线。1415、长途电缆长途电缆在长途传输设备之间远距传输大容量模拟频载波或数字信号的传输电缆包括长途对称电缆(最多可传输60个话路的载波信号)、小同轴电缆(最多可传输3600个话路载波信号)、中同轴电缆(最多可传输10800个话路载波信号)、海底电缆(最多可传输10800个话路载波信号)、光纤电缆。1426、其他电缆视频电缆用于传输电视信号的电缆，属同轴电缆射频电缆用于传输射频信号的电缆，属同轴电缆电力载波电线利用电力传输线进行载波信号的传输1432.3.2高琨让玻璃丝送信的努力由于激光具有频带宽、纯度高、不易扩散、方向性好的特点，人们立即想到了将其用于通信中的信号传输1959年美国人梅曼发明了红宝石激光器144康宁公司制造出了世界上第一条符合高锟理论的低损耗试验性光纤应用中发现当激光在大气中传输时，会受到烟雾、灰尘、雨雪、障碍物等的干扰、损耗和阻挡，很难进行远距离传输1966年7月高锟大胆地预言：“只要把铁杂质的浓度降到百万分之一，就可以制造出波长在0.6微米附近，损耗为20dB／km的玻璃材料”，这种玻璃材料就可能用来实现远距离光信号的传输。1970年145光纤导线多芯光缆1根光纤的单纤光缆多模传输单模传输光纤传输模式光缆还因重量轻、直径小、使用安全等特点，正应用于光控飞行控制系统取代线控飞行系统。1462.3.3艾伦对事故塑料的灵感1977年艾伦等发明了金属般的导电塑料抗静电添加剂计算机抗电磁屏幕和智能窗电子器件设备外壳的屏蔽制作电极和低温发热体制作太阳能电池制作电致变色显示元件制作透明导电膜发光二极管、传感器、隐身飞机等独特用途可用于147第2章有线电通信的前世今生 2.1揭开电的神秘面纱 2.1.1泰勒斯对磨擦生电的观察 2.1.2克莱斯特错失的放电冲击机遇

2.1.3富兰克林捕捉天电的冒险 2.1.4蛙腿抽搐引出的伏打电池 2.1.5奥斯特发现电流磁效应 2.1.6法拉第用磁生电的发电机 2.2沿着导线延伸的电波 2.2.1电报的早期探索 2.2.2开创通信先河的莫尔斯电报2.2.3电话发明专利权之争 2.2.4贝尔实验室的辉煌 2.2.5揭密电话的通信过程 2.2.6送话器声电转换过程 2.2.7受话器电声还原机理 2.2.8延长距离的中继 2.3五花八门的传输线 2.3.1常见金属导体传输线 2.3.2高琨让玻璃丝送信的努力 2.3.3艾伦对事故塑料的灵感

本讲内容小结148人类在经过漫长的探索和知识积累后，对电的认识逐渐从量变上升到质变。不仅掌握了自然电的基本特性，还创造出可被人类自己控制的电池、发电机，使人类可以广泛而自由地使用电来为人类服务。蒸汽机、电动机、电灯照明等一系列科技成果，催生了现代工业革命时代的来临。而电报电话的发明、远程传输导线的进步，使人们可以进行远距离、大容量的实时通信，促进了知识和技术的交流与共享，加快了人类进步和文明的步伐。内容回眸1491、对静电的发明起过重要推动作用的主要人物有哪些？答：包括泰勒斯、吉尔伯特、杜菲、克莱斯特、马森布罗克、富兰克林、伽伐尼、伏打。2、避雷针是谁发明的？答：富兰克林发明避雷针。3、谁发明电流的磁效应？答：奥斯特。4、谁揭开磁生电秘密？答：科拉顿、法拉第。5、世界上第一个建设使用的电报是谁发明的？答：莫尔斯1844年5月建设的。6、对电话发明有过重要贡献的人有哪些？答：包括菲利普.莱斯、安东尼奥.梅乌奇、亚历山大.格拉汉姆.贝尔、E.格雷、托马斯.阿尔瓦.爱迪生。思考题1507、电话的基本任务是什么？答：发送端将发话人的声波信号转换为随声波变化的电信号，接收端将随声波变化的电信号还原为声波信号。8、送话器的基本功能是什么？答：送话器是在声波作用下，产生与输入声波相对应的电信号的声/电转换器件。9、受话器的基本功能是什么？答：受话器也称为听筒或耳机，是一种电/声变换器件，它能按音频电流的变化规律产生相应的声波振动。10、中继通信的基本功能是什么？答：在发信方与收信方之间，在信号尚未衰减到收端难以识别的程度之前就进行放大，以还原发端的原来的信号强度，然后再继续进行传输。11、在哪些情况下采用二线通信？答：由于市话线路的传输距离通常在几公里之内，对话音信号的衰减不算太大，且市话用户众多，为了节省成本，通常市话线路采用二线通信方式。12、在哪些情况下采用四线通信？答：为了实现长途传输双向通信，需要在两个方向对信号进行放大，故常采用四线方式进行信号的长途传输。15113、什么是电平？答：通常用“电平”一词来表示通信设备各监测点处信号幅度的大小。可以用功率电平表示，也可以用电压电平表示。8、什么是通信电缆？答：人们将传输电话、电报、数据、传真文件、电视、广播节目和其他电信号的各类电缆线总称为通信电缆。9、根据通信电缆的用途和使用范围，通信电缆可分哪些系列产品？答：市内通信电缆、长途对称电缆、同轴电缆、海底电缆、射频电缆、光纤电缆。10、谁被誉为“光纤之父”？答：由于高锟对光纤通信的巨大贡献，谁被誉为“光纤之父”。11、按光纤制作的材料分类，可将光纤分为哪些种类？答：玻璃光纤和塑料光纤。12、利用光纤进行信号的传输有哪些传输模式？答：多模传输方式和单模传输方式两种模式。谢谢认识通信154如何解决这些应用场景的通信呢？上一章回顾有线传输通信解决异地间实时通信问题两地之间必须架设长途线路移动的飞机、舰船地广人稀的沙漠、海岛、边远山区、湖泊之类无法敷设线路性价比低不值内容简介155第3章无线信道的来龙去脉3.1无线电波的横空出世3.2广播电视引领的媒体革命3.3千姿百态的无线电通信1561785年法国物理学家库仑建立了说明两个点电荷之间存在相互作用力的库仑定律奥斯特发现电流能使磁针偏转，从而成为第一个把电与磁联系起来的人3.1.1麦克斯韦方程组预言的电磁波安培提出了许多重要概念和安培环路定律3.1无线电波的横空出世1820年1831年法拉第提出了著名的电磁感应定律157直到1845年上述这些相互作用与中间媒质有关，是通过中间媒质的传递而进行的关于电磁现象的学说都以超距作用观念为基础认为带电体、磁化体、载流导体间的相互作用都是可以超越中间媒质而直接进行并立即完成的电磁扰动的传播速度无限大认为只有法拉第主张间递学说认为麦克斯韦在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究1581855年《论法拉第的力线》发表了1861年《论物理的力线》发表了1864年《电磁场的动力学理论》发表了将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表示了出来他对前人和他自己的工作进行了综合概括预言存在电磁波，认为电磁波只可能是横波，推导出电磁波的传播速度等于光速1591873年《论电和磁》出版了经典巨著他系统、全面、完美地阐述了电磁场理论，使这一理论成为经典物理学的重要支柱之一麦克斯韦方程组的积分表达式麦克斯韦方程组的微分表达式高斯定律描述电场与空间电荷分布的关系160麦克斯韦方程组由四个方程共同组成电场线开始于正电荷，止于负电荷或无穷远。计算穿过某给定封闭曲面的电场线数量，可得包含在这个封闭曲面内的总电荷。揭示了穿过任意封闭曲面的电通量与该封闭曲面内的电荷之间的关系意义高斯磁定律提出实际并不存在磁单极子161没有孤立磁荷，磁场线没有初始点、终止点。磁场线会循环或延伸至无穷远。进入任何区域的磁场线，必需从那个区域离开。揭示了过任意封闭曲面的磁通量等于零，磁场是一个无源场意义法拉第感应定律描述时变磁场怎样感应出电场162一块旋转的条形磁铁会产生时变磁场，接下来会生成电场，使得邻近的闭合电路因而感应出电流。麦克斯韦-安培定律指出磁场可以用两种方法生成一种是靠原来安培定律中所描述的传导电流生成，另一种是靠麦克斯韦修正项描述的时变电场或称位移电流生成。麦克斯韦修正项意味着时变电场可以生成磁场，而由于法拉第感应定律，时变磁场又可以生成电场。这两个方程在理论上允许自我维持的电磁波传播于空间。163麦克斯韦电磁场理论的要点①分立的带电体或电流之间的一切电的和磁的作用，都是通过它们之间的中间区域传递的，这些中间区域可以是真空或是实体物质。②电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流的物体中，还分布在周围的电磁场中。④磁通量既无始点又无终点，不存在磁荷。③导体构成的电路若有中断处，电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。⑤光波也是电磁波。164所描绘的在变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场，如此一层层地像水波一样外推，把交替的电磁场传到很远的地方，这是无线电波可以在空间传波的理论基础。麦克斯韦对人类的重大贡献建立了一个完整的、优美的方程组，把经典的电学、磁学、光学统一起来。1651886年赫兹发明“电流共振器”，使空气中能够产生并传送一定频率的电磁波赫兹的杰出贡献麦克斯韦只是从理论上提出电磁场理论，并没有从实验中证明电场与磁场的传播过程，所以对电磁场理论的正确性的认识还不完善。这在当时是除了天然的太阳、星星之外，人类第一次能够发射电磁波。1661887年赫兹在一间暗室里做火花实验，他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵噼噼啪啪的火花放电。在赫兹把身后放着的一个没有封口的圆环的开口处，调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。这时他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论通过这个实验赫兹的发现具有划时代意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从有线电通信向无线电通信的飞跃。应该说，从这时开始，人类开始进入了无线电通信的新时代。1673.1.2无线电之父的不同说法赫兹的遗憾要利用电磁波进行通信，需要有一个面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜。赫兹的思想局限性使他丧失了引领无线电通信的先机。1896年俄国的波波夫用无线电波将电文成功地传送了250米远认为1895年1895年马可尼成功地让无线电信号传输了2.4公里，这使他成了世界上第一台实用无线电报系统的发明者。168马可尼实验的工作原理交变电磁场在金属片CA与金属片CB之间的绝缘体中传输，因此信号能在空气中传输。发送端的交变信号电容C检波器电铃发声169马可尼对无线通信应用推广的贡献1896年获世界上首个无线电报系统领域专利1898年从距岸20英里的海上报道游艇赛结果，第一次将无线通信应用媒体报道1901年完成了越过3381公里的大西洋无线通信，证明了无线电波可以绕地球传播1909年马可尼和德国的布劳恩被授予诺贝尔物理学奖170沿着马可尼开创的无线电通信技术发展路线，人类不断探索和应用无线电技术1903年，无线电话试验成功，使电话通信从此摆脱对电话线的依赖，使移动条件下的电话通信成为可能。1946年，贝尔系统建立了采用单工方式通信的世界上第一个公用汽车电话网。1950年西德、1956年法国、1959年英国等国相继研制了公用移动电话系统。171从1940年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段。其模拟调频传输容量可达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视。20世纪60年代卫星通信兴起，短波通信一直是国际远距离通信的主要手段，目前的应急和军事通信仍然在使用这种短波通信。自1980年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现，以及一系列自适应抗衰落技术与高状态调制和检测技术的发展，使数字微波传输产生了革命性的变化。1723.1.3弗莱明从爱迪生效应获得的启发马可尼的贡献电信长途传输连续模拟信号的长途传输问题解决“有”“无”状态的检测马可尼的遗憾未解决信号的可靠检波问题信号的放大问题使用的金属屑检波器故障率高，性能不稳定没有解决扩散衰减和传输衰减问题1731883年美国发明家爱迪生在真空灯泡内的碳丝附近放置一块金属铜薄片，希望它能阻止碳丝的蒸发当电流通过碳丝时，没有连接在电路里的金属薄片中也有电流通过爱迪生无意中发现了一个奇特的现象他只记录了这一后人称之为“爱迪生效应”的现象，然后申报了一个未找到任何用途的