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第10章 无线电波家族(2)

早期的电磁式电话机,都要自带手摇发电机和蓄电池,而且一部电话只能和一个用户通话,实际就是专线电话。到了19世纪末期,人们创造了“共电式电话机”,千家万户共同使用电话局里的电源。同时,人们又研究出了“电话交换机”,就是现在我们所说的“总机”。后来,又产生了不需要通过接线员,便可以自动拨号通话的自动式电话机。到了20世纪40年代,出现了电子式自动电话机,这种电话机在使用时,还能与第三者交谈,开创了多头通话的先例。

1922年8月2日,贝尔去世了,定于8月7日举行葬礼。美国人为了纪念贝尔,在这一天特地停止使用电话,使全美国所有的电话机都变成了“哑巴”,让大家深深地体会到:如果没有贝尔发明电话机,人们将会感到有多大的不便啊!

赫兹与波波夫、马可尼莫尔斯发明的有线电报和贝尔发明的电话,开创了电学通讯的新纪元,但人们并不满足,因为它们都离不开导线,致使它们无法满足全部的通讯要求。如在沙漠地带、沼泽地和原始森林地区,根本就无法架设电报和电话线路。特别是对日益发展的海上交通运输需要,它们就更显得无能为力了。

人们是多么希望能把有线电简化成无线电,省去电线电缆,使讯息能长出一双无形的翅膀,飞过高山、越过大海啊。由于赫兹的著名实验,这个愿望有了实现的可能。

1885年,27岁的德国青年赫兹应聘到卡鲁斯工业学院担任物理学教授。

第二年秋季的一天,赫兹在实验室内做火花放电实验,一个奇异现象引起了他的注意:每当给电线圈放电时,在附近几米外的另一个开口的绝缘线中竟会迸发出一束小火花。这立即使他想起了英国物理学家麦克斯韦的电磁理论,这跳跃的小火花是不是意味着电磁波在空间传播呢?

赫兹精心设计了一个实验:在一间漆黑的实验室里,将检波器放在离电磁波发生器10米左右的地方。当发生器通电后,适当调节检波器的方向,检波器的两个小铜球之间就会迸发出一束很小的蓝色火花。这说明发生器发射出来的电磁波,确确实实被检波器接收到了。

但赫兹没有进一步去探索电磁波的应用,反而否定了电磁波有为人类服务的可能,很肯定说电磁波“没有什么用处”。可是,有两位年轻人,却从赫兹实验的小火花中,看到了它实际应用的广阔前景,并信心百倍地投入了利用电磁波来进行通讯的研究工作中去。

其中一位是俄国的波波夫。

1889年春天,当时在一所军事学校里教书的波波夫,在参加一次理化协会的例会时,看到了赫兹实验的表演。波波夫并不同意赫兹“电磁波无用”

的观点,他认为,将来电波也可能像光波一样,在空中传播出去。为此他经过几年不懈的努力,在36岁时制造出一台无线电接收器。

1895年5月7日,波波夫在彼得堡举行的一次科学会议期间,向代表们表演了这台仪器。在表演的过程中,它成功地接收到了由雷电产生的电磁波。

紧接着波波夫又加以改进,研制了一套可以真正用于通讯目的的发射机和接收机。

1896年3月24日,波波夫在250米的距离内发射了世界上第一份无线电报,并由接收机上的一个莫尔斯记录器记录了下来,电文是“海因利茨·赫兹”。波波夫就是这样以最好的形式肯定了这位发现电磁波的先驱的功绩。

几乎在和波波夫同时,意大利青年工程师马可尼也对赫兹的实验产生了兴趣,也在摸索一条无线电通讯的道路。

马可尼想,假如加强电磁波的发射能力,也许能增大它的传播距离。他在自家的菜园子里完成了几百米距离的无线电通信后,又连续干了10年,终于在1895年完成了2000米距离的无线电通讯。在这次实验中,他试验了采用接地天线的方法,来加强电磁波的发射能力。

马可尼发明了无线电通讯后,要求意大利政府资助。但当时的政府对于技术发明很不重视,马可尼的要求被拒绝了。于是,马可尼不得不求助于比较注重技术发明的英国,英国海军部十分重视他的发明,认为无线电通讯技术一旦成功,就可解决英国舰队的指挥调动难题,便大力资助马可尼的研究。

不久,马可尼在一次公开表演中,成功地进行了12公里距离的通讯。1899年3月,他又出色地完成了英国和法国海岸间相隔45公里的无线电通讯。

现在,他要向更宏伟的目标进军了。马可尼大胆地提出横跨大西洋的无线电通讯计划。许多人对此很怀疑:在通过大西洋3700公里的遥远距离之后,电磁波是否还能收到?

马可尼在1901年12月开始实施他的计划。他在英国的康沃尔建立了一个装备有大功率发射机和先进天线设备的发射台,然后带着一名助手来到大西洋彼岸的加拿大圣约翰斯,那是预定的接收地点。他们首先安装起信号接收装置,然后用氢气把天线高高吊起,突然氢气球爆炸了,整个计划出现了夭折的危险。

约定的时候到了,在英国康沃尔的发射台,从12月5日起,开始连续使用60米高的天线发射无线电波。加拿大这里却是乱成一团,直到12月12日,马可尼才急中生智想出用大风筝把天线升到了121米的高空。马上,他们收到了英国发出的事先商定好的莫尔斯电码“S”。

这消息马上传遍了欧美各地,各家报纸都以特大标题登载:电波征服了地球!横跨大西洋的无线电报发明成功!”

马可尼虽然在公开实验无线电通讯上稍晚于波波夫,但他在发展提高无线电通讯的距离方面,却做出了杰出的贡献。为此,他在1909年获得了诺贝尔物理学奖金,这时他才35岁。

电话交换技术的发展

自动电话交换技术的发展,经历了步进制电话交换机、纵横制电话交换机、程控数字电话交换机等几个重大的转折点。下面回顾一下自动电话交换技术的发展历程。

1889年,美国人史端乔发明了一种自动电话交换系统,使得人工电话局中的话务员“失业”了。

据说,史端乔原来是美国堪萨斯城一家殡仪馆的老板,专门承办丧葬业务。他发现每当有人去世,用户打电话给他的殡仪馆时,人工电话局的话务员总是有意无意地把电话接到另一家殡仪馆里,使他丢掉了许多生意。十分生气的史端乔决心发明一种不要话务员人工接续的电话交换机。他成功了,1892年,使用他发明的称为选择器的设备而制成的第一部自动电话机,在美国印第安纳州拉波特城安装使用,这种交换机也就以史端乔的名字命名了。

史端乔发明的自动电话机,是靠用户拨一位又一位的电话号码,直接控制交换机中的选择器一步一步动作,最终把主叫用户和被叫用户的电话机接通的。因此,它被称为步进制自动电话交换机。

在自动交换技术发展过程中,两位瑞典人帕尔姆格伦和贝塔兰德树起了又一座丰碑。1919年,他们发明的纵横制自动电话交换机取得了专利。

纵横制电话交换机由话路接续设备和公共控制设备两部分组成。话路接续设备的作用,类似于前面介绍过的人工电话交换机中的塞绳,完成通话接续和信号接续的任务。纵横制自动电话交换机中的话路接续设备叫纵横接线器,它利用了数学中的纵横坐标原理。当把本来断开的2号纵线和3号横线交叉点M闭合时,接在2号纵线和3号横线两端的两部电话机就接通了。至于公共控制设备,它主要完成人工电话交换机中话务员承担的工作,包括发现有用户在打电话,记住用户拨的电话号码,控制接线器接通主叫用户和被叫用户的话机,以及在通话完毕后拆线等。公共控制设备的核心部件是记发器和标志器。具体工作过程如下:主叫用户拿起话机时,公共控制设备立即发现该用户要打电话;随着主叫用户拨号,记发器收下并记住了被叫用户的电话号码,转发给标志器;标志器控制话路接续设备相应交叉点的接点闭合,将主叫用户和被叫用户接通;接通被叫用户后,交换机还将向被叫用户发出振铃信号(同时向被叫用户发振铃回音信号,就是在拨完电话号码后听到的那种“嘟——嘟——”的断续音);通话完了后,再使纵横接线器的接点断开,也就是拆线。通过以上介绍,可以看到,公共控制设备的“智商”还真不低,模仿话务员工作可以称得上惟妙惟肖呢!

在纵横制自动交换机中,纵横接线器的交叉接点是由贵金属制成的,靠电磁铁控制实现纵横交叉接点的闭合,公共控制设备中的记发器和标志器等也都是由电磁元件(电磁继电器)制成的。和人工接续相比,电磁元件的工作速度当然是快多了。

随着电子技术特别是电子计算机技术的发展,利用电子计算机作为公共控制设备,对数字话音信号进行控制的自动交换设备——程控数字电话交换机于1970年问世了。程控数字电话交换机的诞生,使电话机进入了一个全新的时代,标志着当代交换技术的发展方向。

有心的读者会问,这种交换机为什么叫数字电话交换机呢?下面就来简单谈谈这个问题。

大家知道,电话是利用送话机把人的讲话声变换成话音电流在电话线中传送,经过交换机的接续,在被叫用户的电话机受话器中话音电流再还原成讲话声的。人的讲话声是连续变化的声波,经送话器进行声——电变换后,产生的电信号是连续变化的模拟话音信号,在电话线路中传送的和通过一般交换机的电信号也都是连续变化的。而对程控数字电话交换机来说,通过它交换接续的是数字话音信号。数字信号完全不同于模拟信号,它的特点是大小被限制在几个数值之内,不是连续的而是离散了的。例如,它可以是由一系列有电流和无电流组成的间断的信号,有电流相应于二进制数中的“1”,无电流相应于二进制数中的“0”。电报通信中应用的莫尔斯电码,实际上就是数字信号。

为什么说程控数字交换机的出现,使电话交换进入了一个全新的时代?

这是因为程控数字交换机具有一系列其他交换机无法相比的优点。

首先,在程控数字交换机中,话路接续设备采用了大规模集成电路,设备体积小,重量轻,大大节省了交换机房的面积,如1万门电话的程控数字交换机只有几十个机架,而同样容量的纵横制交换机要有几百个机架。同时,程控数字交换机由于甩掉了继电器和纵横接线器,还节省了大量有色金属和黑色金属。

第二个优点,是程控数字交换机中所有的电话接续中完成的步骤,都是由计算机软件(程序和数据)控制的,通过设计程序、修改数据,就可以灵活地扩充交换机的功能,而不像人工交换机或步进制、纵横制交换机那样,交换机制造好后功能就很难改变了。程控电话的一些新业务,如缩位编号、热线服务等,都是靠灵活多样的计算机程序控制实现的。一直难以解决的电话计费问题,在程控交换机中也迎刃而解了。交换机中的计算机,能记住用户每次通话的起止时间,并按一定费率计算出通话费用,自动打印单据,作为向用户收费的依据。

第三个优点,或许是程控数字电话交换机最富有生命力的优点。它和光纤通信系统以及微波通信系统、移动通信系统、卫星通信系统等结合,不仅可向用户传送高质量的话音,而且可提供电报、数据、传真等非话业务(电话之外的通信业务),逐步向综合业务数字通信网过渡。人们期待着这一天的早日到来。

无形的信箱

现在,我国大中城市的电话普及率已经很高,俗称“大哥大”的无线移动电话也已不是什么新鲜的事儿了。人们已充分认识到电话给工作和生活带来的很大程度的方便。但是,不知你想过没有,电话对于发话人和受话人来说,哪一个更方便?

让我们来看一些统计数字。

一个人每天收到的电话中不重要的比例平均占三分之二,即使是重要的电话,其中平均有75%是不要求立即答复的,或者根本不需要很快答复的。

有30%的电话是在受话人正在进行其他工作而不便于接电话时打来的。而且,有一半以上的电话不可能一次就找到受话人。所以,常常有这样的情况:

你正在办公室聚精会神地工作,突然电话铃响了,你只得接电话(因为在我们的社会生活中,电话有着无可争辩的优先权),但对方要找的人不是你,而是你的一位同事,于是你只能放下手中的工作去叫人,如找不着还要向对方解释。有时打来的电话是找你的,然而只是朋友间互相聊聊,问候一下而已,或者是通知你明天去办什么事。一天中如有十几个这样的电话,那么你的工作肯定会受到很大的影响。

由此可见,虽然从信息交流的角度讲,电话对发话人和受话人都有方便,但从统计的角度看,电话对发话人更方便些。对受话人来说,有时还会造成麻烦,人们往往因受各种不必要电话的干扰而打断正常工作。难怪有些生意繁忙的经理也很少随身携带移动电话,为的就是不愿被各种各样的不必要的电话缠住。

相比于电话,寄信似乎是一种落后的通信方式。寄信首先要写信,把要说的话组织成文章写下来,装入信封,写上邮政编码和收信人地址、姓名,然后去邮局买邮票贴上,投进邮箱,经过邮电局的处理,最后由邮递员把信件投入收信人的信箱,收信人开启信箱,取出信件阅读。这一过程,少则一天,多则好几天。但是同电话可能会给受话人带来麻烦相比,寄信有一个优越性:它可以让收信人在他认为方便的时候收到信息,然后从容地予以答复或不予答复。

能不能把寄信的这个优点与电话的方便、快捷结合起来呢?能!这就是近年出现的,而且正受到越来越多的人喜爱的“语音信箱”。语音信箱的使用十分方便,只需知道某人的语音信箱号码,就可以通过电话将语言信息“投入”他的信箱中。此人随时可通过电话,得知人们留在他的语音信箱中的话语。有了语音信箱,不必要电话带来的烦恼就能避免,人们可以在每天的一个固定时间,例如中午或晚上,开启“语音信箱”,集中处理各种信息,从而大大地提高工作效率。

世界上第一只语音信箱于1988年问世,发展极其迅速。1993年我国上海首先向用户开放语音信箱业务后,北京、广州等地也相继开设了语音信箱。

现在,语音信箱已经扩展到越来越多的城市和地区。