书城科普读物探究式科普丛书-千里一线牵:通信
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第6章 时代脉搏——科技通信(3)

自1984年我国开始建立寻呼网、寻呼业务以来,基本沿用编码制式,因此,以前大量的寻呼台采用1200字节/秒低速、甚至更低的512字节/秒编码方案。编码制式的传输速率低,要增加新的用户量只能靠增加频点、增设新台来实现。在寻呼业高速发展阶段,要使用户量继续增加,尤其是在新技术不断应用的情况下,存在着很多问题。

高速寻呼编码是一种全同步、多速率且分时传送的编码格式。

编码格式以每4分钟为一个周期,每个周期分为128帧,并采用1600字节/秒基本速率传送,在每帧结构中通过1/2/4基本帧的复用将群呼用户信息集中到一个帧中,实现高速率发送。

寻呼技术与有关的控制技术结合后,可以产生遥测、遥控等方面的应用。例如,通过寻呼技术,可以向远端的设备发出控制信号,如通过一个电话,采用寻呼控制信号,在下班前,就可以遥控打开家中的空调。同样,有些遥测的信息也可以通过寻呼技术,定期传送到指定的地点。总之,寻呼技术与控制技术结合后,可以产生许多新的应用。

第八节隐蔽战线——红外通信

红外通信,顾名思义,就是通过红外线传输数据。在电脑技术发展早期,数据都是通过线缆传输的,线缆传输连线麻烦,需要特制接口,颇为不便。于是后来就有了红外、蓝牙等无线数据传输技术。

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号,而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收,就构成红外通信系统。

其特点:保密性强,息容量大,结构简单,既可以室内使用,也可以在野外使用。由于它具有良好的方向性,适用于国防边界哨所与哨所之间的保密通信,但在野外使用时易受气候的影响。

红外通信由来已久,但是进入20世纪90年代,这一通信技术又有新的发展,应用范围更加广泛。

在红外通信技术发展早期,存在好几个红外通信标准,不同标准之间的红外设备不能进行红外通信。

为了使各种红外设备能够互联互通,1993年,由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会,统一了红外通信的标准。红外数据协会开发的这种新的无线通信标准还得到PC机产业的有力支持。主要的开发厂商,如微软、苹果、东芝和惠普公司,已推出了在计算机之间采用这种高速红外数据通信的PC机、笔记本电脑、打印机和手持式个人数字助理设备。此外,红外通信的连通性已用在大多数新的笔记电脑中,并成为一种最具成本效益和便于使用的无线通信技术。

1.性能扫描——红外通信系统

用红外射束将人体和物体从一地点传送到另一地点是一种科学幻想,离现实太遥远。但是用射束传送信息现在就能实现。不用电缆、微波或卫星就将视频、音频和数据信息从一个地点传送到另一个地点,这是红外通信的一个主要特征。例如,借助红外射束技术,可以将高尔夫球比赛和其他活动转发到全球,供数以百万计的人观看。

(1)红外射束通信系统

在红外射束通信系统中,每个分系统的组成单元都有一台射束设备或收发信机、一台控制设备或基站设备。但是,其中一个分系统传送数据,而另一个设计成传送视频和话音。

红外射束发射设备和控制设备作为一种数据运载体,对光纤分布数据接口/异步传送模式光传输载体,提供高速双向带宽和自动跟踪,而无需光缆。这个系统以每秒125/155.52兆比特的速率无干扰传输,传输距离达4千米。

红外射束通信系统的通信配置由两套相同的设备组成,每一套设备都有一台连接至控制设备的射束设备。

为了构成通信链路,每一台射束设备产生的红外射束将用人工方式进行对准。当射束向前传送接近完全对准另一台射束设备时它便发亮。倘若两台射束设备中任何一台设备的射束向前传送偏离对准的方向,自动跟踪系统自然将射束收回,这就保证了传输的信息不致被截收。控制设备还连接至一台计算机或网络服务器,无需安装电缆就能传输数据。

对于视频广播来说,红外射束通信系统中的发射系统可将摄像机连接至其中一台控制设备,通过IR射束将图像传送至另一台控制设备,而另一台控制设备由同轴电缆连接至电视台或电视转播车。

在电视台或电视转播车上可将图像记录下来,供以后使用或采用卫星连接发送出去。

这种系统的视频和音频收信机系统能提供4个视频信道或8个音频信息传送信道,外加2个内部通信信道。这样在两点之间可以往返传送视频并完全能进行通信。采用IR射束发射视频信号,就不需要延伸线路或安装电缆管道,可以节省时间和费用。

(2)红外视频链路

红外通信系统的数据系统与永久性连接相比,成本效益差一些,但对于灾后恢复通信或建立临时专用线路来说是理想的办法。例如,如果电缆被截断,通信线路会失去连接;在遂行恢复电缆连接的同时,红外通信可使通信继续顺畅运行。

2.挑战现实——红外通信技术对计算机技术的冲击

红外通信标准有可能使大量的主流计算机技术和产品遭淘汰,包括历史悠久的调制解调器。预计,执行红外通信标准即可将所有的局域网的数据率提高到10兆字节/秒。

红外通信标准规定的发射功率很低,因此它自然是以电池为工作电源的标准。红外通信标准的广泛兼容性可为PC设计师和终端用户提供多种供选择的无电缆连接方式,如掌上电脑、笔记本电脑、个人数字助理设备和桌面电脑之间的文件交换;在电脑装置之间传送数据以及控制电视、盒式录像机和其他设备。

3.憧憬梦想——红外通信技术开辟数据通信的未来

由于红外连接本身是数字式的,所以在笔记本电脑中不需要调制解调器。便携式PC机有一个任选的扩展插槽,可插入新式数据卡配电话使用,建立和保持对无线系统的连接;扩展电缆的红外端口使得在电话系统和笔记本电脑之间容易实现无线通信。

由于新式数据卡、数字电话系统和笔记本计算机之间的连接是通过标准的红外端口实现的,所以数字电话系统可在任何一种PC机上使用,包括各种新潮笔记本电脑以及手持式电脑,以提供红外数据通信。

红外通信标准的开发者还设想在机场和饭店等地点使用步行传真机和打印机,在这些地方,掌上电脑用户可以利用这些外设而无需电缆。银行的柜员机也可以采用红外接口装置。

红外技术在通信领域得到普遍应用,数字移动电话、付费电话等都采用红外技术。红外技术推广,笔记本电脑实现无线上网已成现实增进入千家万户。

4.点石成金——红外通信与军事

由于红外通信具有隐蔽性,保密性强,所以国外军事通信机构历来重视这一技术的开发和应用。这一技术在军事隐蔽通信,特别是军事机密机构、边海防的端对端通信中发挥重要的作用。它还对计算机技术产生冲击,对未来数据通信产生重大影响。

第九节如日中天——移动通信

移动通信是移动体之间的通信,或移动体与固定体之间的通信。

移动体可以是人,也可以是汽车、火车、轮船、收音机等在移动状态中的物体。

移动通信系统由两部分组成:

(1)空间通信系统。

(2)地面通信系统:①卫星移动无线电台和天线;②关口站、基站。

移动通信的种类繁多。按使用要求和工作场合不同可以分为:

(1)集群移动通信,也称大区制移动通信。它的特点是只有一个基站,天线高度为几十米至百余米,覆盖半径为30千米,发射机功率可高达200瓦。用户数约为几十至几百,可以是车载台,也可以是手持台。它们可以与基站通信,也可通过基站与其他移动台及市话用户通信,基站与市站有线网连接。

(2)蜂窝移动通信,也称小区制移动通信。它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区,每个小区设置一个基站,负责本小区各个移动台的联络与控制,各个基站通过移动交换中心相互联系,并与市话局连接。利用超短波电波传播距离有限的特点,离开一定距离的小区可以重复使用频率,使频率资源可以充分利用。每个小区的用户在1000户以上,全部覆盖区最终的容量可达100万用户。

(3)卫星移动通信。利用卫星转发信号也可实现移动通信,对于车载移动通信可采用赤道固定卫星,而对手持终端,采用中低轨道的多颗星际卫星较为有利。

(4)无绳电话。对于室内外慢速移动的手持终端的通信,则采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话机。它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信。

使用模拟识别信号的移动通信,称为模拟移动通信。为了解决容量增加,提高通信质量和增加服务功能,目前大都使用数字识别信号,也就是数字移动通信。在制式上则有时分多址和码分多址两种。

前者在全世界有欧洲的GSM系统(全球移动通信系统)、北美的双模制式标准IS——54和日本的JDC标准。对于码分多址,则有美国研制的IS-95标准的系统。

总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信,而移动通信将向个人通信发展,进入21世纪则成为全球信息高速公路的重要组成部分。

移动通信系统从20世纪80年代诞生以来,到2020年将大体经过5代的发展历程,而且到2010年将从第3代过渡到第4代(4G)。

到4G,除蜂窝电话系统外,宽带无线接入系统、毫米波、智能传输系统和同温层平台系统将投入使用。未来几代移动通信系统最明显的趋势是要求高数据速率、高机动性和无缝隙漫游。实现这些要求在技术上将面临更大的挑战。此外,系统性能(如蜂窝规模和传输速率)在很大程度上将取决于频率的高低。考虑到这些技术问题,有的系统将侧重提供高数据速率,有的系统将侧重增强机动性或扩大覆盖范围。

数字移动通信关键技术:调制技术、纠错编码和数字话音编码。

从用户角度看,可以使用的接入技术包括:蜂窝移动无线系统,如3G;无绳系统;近距离通信系统,如蓝牙和无绳数据系统;无线局域网系统;固定无线接入或无线本地环系统;卫星系统;广播系统。

第十节“浓妆淡抹总相宜”——数字电视通信

数字电视通信是以数字电视为载体的通信。真正意义上的数字电视是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的数字流来传播的电视类型。数字信号的传播速率是每秒19.39兆字节,这样大的数据流的传递保证了数字电视的高清晰度,克服了模拟电视的先天不足。同时还由于数字电视可以允许几种制式信号的同时存在,每个数字频道下又可分为几个子频道,从而既可以用一个大数据流——每秒19.39兆字节,也可将其分为几个分流,例如4个,每个的速度就是每秒4.85兆字节,这样虽然图像的清晰度要大打折扣,却可大大增加信息的种类,满足不同的需求。

其实,“数字电视”的含义并不是指一般意义上的电视机,而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。它的具体传输过程是:由电视台送出的图像及声音信号,经数字压缩和数字调制后,形成数字电视信号,经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送,由数字电视接收后,通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理,因此信号损失小,接收效果好。

将电视的视音频信号数字化后,数据量是很大的,非常不利于传输,因此数据压缩技术成为关键。

实现数据压缩技术方法有两种:一是在信源编码过程中进行压缩,现在的“MPEG-4”压缩技术采用不同的层和级组合即可满足从家庭质量到广播级质量,以及将要播出的高清晰度电视质量不同的要求。它的应用面很广,支持标准分辨率16:9宽屏和高清晰度电视等多种格式,从进入家庭的DVD到卫星电视、广播电视微波传输都采用了这一标准。二是改进信道编码,发展新的数字调制技术,提高单位频宽数据传送速率。如,在欧洲数字电视系统中,数字卫星电视系统采用正交相移键控调制;数字有线电视系统采用正交调幅调制;数字地面开路电视系统则采用更为复杂的编码正交频分复用调制。

1.触类旁通——数字电视的分类

数字电视可以按以下几种方式分类:

(1)按信号传输方式分类,可以分为地面无线传输(地面数字电视)、卫星传输(卫星数字电视)、有线传输(有线数字电视)三类。

(2)按产品类型分类,可以分为数字电视显示器、数字电视机顶盒、一体化数字电视接收机。

(3)按清晰度分类,可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线)。VCD的图像格式属于低清晰度数字电视水平,DVD的图像格式属于标准清晰度数字电视水平。

(4)按显示屏幕幅型分类,可以分为4:3幅型比和16:9幅型比两种类型。

(5)按扫描线数(显示格式)分类,可以分为HDTV扫描线数(大于1000线)和SDTV扫描线数(600~800线)等。