毫米波通信的信息時代

隨著微電子、光電子技術及納米技術的飛速發展，衛星通信、遙感技術和全球定位系統、寬頻帶高速數字綜合通信網絡、信息壓縮與高速傳輸技術、人工智能技術、多媒體技術和虛擬現實技術等前沿技術不斷取得進展，人類將逐步地全面進入信息時代。

20世紀是人類歷史上科技發展最為輝煌的時代，也是信息技術大顯身手的年代。人們對信息業務的要求愈來愈高，打電話要聞聲見影；召開會議與會者雖遠隔千里，如晤一室；看電視，圖像要比寬銀幕電影還要清晰……發展諸如此類大容量的信息業務，在電通信領域，單靠微波接力通信、同軸電纜通信等通信手段是遠遠不夠的。在20世紀40年代，科學家們就開始對毫米波無線電通信進行過研究，到了50年代，采用電子管作無線電毫米波發生器和放大器研制成功，但由于工作可靠性差、壽命短，而且造價昂貴，沒有走出實驗室就進了博物館。毫米波無線電通信未曾得到實際應用。

20世紀70年代，由于毫米波集成電路和毫米波固體器件的研制成功并獲得批量生產，生產成本日趨下降，使得毫米波無線電通信獲得轉機，猶如枯木逢春得到蓬勃發展。

毫米波與潛艇指揮通信

毫米波不僅是空間通信的良好傳輸媒質，在海洋通信中也可一顯身手。長期以來，潛艇指揮通信一直是困擾科學家們的問題。潛艇通信最怕暴露目標，如果潛艇浮到海面進行通信，很容易被敵方反潛武器發現。因為毫米波通信設備（包括天線）體積很小，可以將它直接裝在潛艇的潛望鏡上，只要將潛望鏡露出海面就可以通過衛星進行高速通信，不影響潛艇的隱蔽。

毫米波在大氣中傳播時，由于水汽、氧分子對它的吸收作用，能量要受到衰減。其中，降雨所引起的衰減最為嚴重，有時一陣暴雨就可能使通信中斷，因此傳輸可靠性差。此外，雨、雪和霧也對毫米波有散射作用，從而不同程度地破壞了毫米波的定向傳輸特性。因此，毫米波通信通常不是一種全天候的通信方式。它大都用于近距離點對點的保密通信和衛星通信。日本等國就曾將工作在毫米波頻段的試驗衛星送入了同步軌道。

毫米波通信方式

無線電毫米波的波長為10毫米～1毫米，它的對應頻率為30吉赫～300吉赫。科學實驗表明，當毫米波沿空間傳播時，由于受大氣的影響，有的頻率衰減得小，有的則大。因為水汽和氧分子的吸收作用，在60、120、180吉赫頻率附近傳輸衰減出現極大值，稱為“衰減峰”，相比之下，35、95、140、220吉赫頻率附近傳輸衰減較小，稱為“大氣窗口”。因為毫米波頻率很高，用它作傳輸媒質進行通信，哪怕僅僅是它其中的一小部分，其通信容量都將是非?？捎^的。假設在30吉赫至300吉赫的頻段內擇其前面的一小部分，即30吉赫至100吉赫，則它的工作頻帶已達到70吉赫。這個頻率范圍比微波接力通信和同軸電纜通信等的工作頻段的總和還要寬100倍之多，這無疑為發展多種信息業務提供了一個廣闊的天地。毫米波通信正是順應信息時代的到來而涌現出的一種新穎別致的通信方式。

毫米波波導通信

毫米波波導通信是一種特殊的通信方式，它兼具有線電通信和無線電通信的特點。因為波導是有形的物體，在作用上與電線、電纜等傳輸媒質沒有什么兩樣，可以看做是有線電通信；而毫米波又是一種無形的物質，用它載送信息，與一般的無線電通信在本質上沒有什么區別，因此，毫米波波導通信可以認為是有線電通信與無線電通信的“聯姻”，是“有線的無線電通信”。

在毫米波波導通信中，因為電磁波是被束縛在波導管內的特定空間中傳播的，因此，比較安全、保密、可靠，抗干擾能力強，不易受大氣衰減的影響；毫米波沿波導傳播，衰耗小，傳輸距離遠，一般每隔四五十千米設置一個中繼接力站，與微波接力距離相近；加上它傳輸頻率很高，通信容量很大，可作為大容量通信干線。隨著“信息高速公路”的興建，毫米波波導通信這門新興的技術將會得到迅速的應用與發展。

毫米波攝像機

毫米波攝像機是利用毫米波對非金屬材料的穿透性，對可疑地點或物品進行成像的儀器。

用毫米波攝像機觀察世界，世界上毫無隱私可言。起居室、臥室、浴室、盥洗室全都暴露無遺。未來可能是個任何物體在任何地方都無處隱藏的世界。

目前已經開發出一些裝置，可以穿過墻壁隔著一段距離尋找可疑對象，透過其衣服看到其身體內部。它可以根據每個人的獨特氣味加以區分和追蹤，即在某個人尚未完成犯罪行動之前通過電子手段將其“識別”。由于有了廉價的攝像機，每個人都有可能受到計算機的跟蹤，即使在擁擠的人群中也無處藏匿。

曾經花費10年時間開發毫米波攝像機的馬薩諸塞州毫米波技術公司的電子工程師史蒂夫·博雷爾說，毫米波的用途之廣令人難以想象。毫米波可以穿透任何絕緣材料——包括幾乎各種布料和大多數種類的建筑材料。金屬的發射性能差，而塑料、陶瓷、塑料炸藥、粉狀藥物等電介質材料處于兩者之間。這些材料發射的毫米波射線量的多少取決于各自的溫度。同可見光和紅外線一樣，毫米波也可以聚集起來形成圖像。

毫米波技術公司制造的兩臺攝像機樣機，可以在明亮的背景中輕而易舉地找出人身上藏匿的金屬刀和槍。如果物體的溫度已知，也可以通過估計圖像的亮度來確定該物體是由何種材料制成的。毫米波技術公司研制的第一臺毫米波攝像機預計于1997年上市。毫米波技術公司正在研制一種計算機軟件，這種軟件可以對攝像機攝取的影像加以掃描，并在發現可疑物體時向操作者發出警報。毫米波攝像機可能深受刺探隱秘者的歡迎。除了毫米波攝像機能穿透衣物以外，微波成像裝置可以看到藏在人體內更隱秘部位的違禁品。

環球光纖通信線路

1997年9月，龐大的光纖網把位于亞洲、非洲、歐洲三大洲的12個國家和地區連接起來。這個項目被稱為“環球光纖通信線路”。1993年，這項以光纖網連接亞洲、歐洲和非洲的大規模鋪設計劃開始實施。船只停泊在風平浪靜的水域。一根像網球直徑那么粗的電纜通過船頭的滑輪緩慢地進入水里。用繩子捆在電纜上的氣球暫時阻止電纜下沉。一名潛水員檢查了導線的情況，然后用剪刀剪斷了捆綁氣球的繩子。電纜向海底下沉，氣球漂浮到水面，形成一條標出導線在海底走向的線路。

光纜從英國一直延伸到日本，中途還連接10個國家和地區，即連接西班牙、意大利、埃及、阿聯酋、印度、泰國、馬來西亞、香港、中國和韓國。這個光纖網是全世界最大的電纜系統，它能夠將亞洲的電話交談、電視節目和計算機數據傳送到歐洲和將歐洲的電話交談、電視節目和計算機數據傳送到亞洲。

沿線國家都將與這條光纜相連接。德國電信公司獲得利用這個光導纖維網的權利。光纖的容量遠遠超過衛星的容量，通過光纖交換數據更加安全和準確。頭發絲那么細的光纖不傳送無線電信號，而是傳送一種激光。交換的信息既不會被第三者竊聽，也不會受到無線電通信和其他電磁波的干擾。

話音編碼技術

目前CDMA系統的話音編碼主要有兩種，即碼激勵線性預測編碼（CELP）8kbit／s和13bit／s。8kbit／s的話音編碼達到GSM系統的13bit／s的話音水平甚至更好。13bit／s的話音編碼已達到有線長途話音水平。CELP采用與脈沖激勵線性預測編碼相同的原理，只是將脈沖位置和幅度用一個矢量碼表代替。

互聯網絡

互聯網絡（Internet）是一種把許多網絡都連接在一起的國際性網絡，是最高層次的骨干網絡。在它下面連接地區性網絡，地區性網絡與廣域網（7AN）相連接，廣域網連接局域網（LAN），局域網里連接著許多計算機。這樣，把許多計算機連接在一起，實現資源共享。

互聯網絡有許多用途。利用它可向全球的互聯網絡用戶發送電子郵件，發送開會通知或簡報等，可召開分散于世界各地有關人員的電子會議，建立電子信箱。在互聯網絡上發布新聞，可迅速傳播到世界各地。研究人員可以快速地進行論文、報告和計算機源程序的交換。能夠自由地高速地檢索出分布于不同網絡上的信息。用戶可以從遠處進行登錄，利用連接于互聯網絡上的軟件硬件資源，例如利用巨型計算機。通過遠地登錄還可以利用各種商用數據服務。企業還可以利用互聯網絡發布廣告。

環球網

環球網是互聯網絡上最流行的一種交互式信息查詢服務。環球網系統是建立在互聯網絡基礎上的一個子網，采用客戶／服務器結構，用戶只需在計算機上運行稱為“瀏覽器”的環球網軟件，軟件系統就會根據用戶查詢條件自動到全球各地的環球網服務器上查找信息，實現廣泛的信息資源共享。

環球網上的信息都是以包含有文字、表格、聲音和圖像等多媒體信息的超文本格式存放在分布全球的相應服務器中，這些計算機中的文件彼此可以建立一定的關聯。用戶可通過軟件檢索，在環球網上接收全球范圍的信息，內容包括自然科學文獻、軟件、研究數據與圖表和醫學研究病例數據等，甚至還可以得到每幾十分鐘就更新一次的全球地震、海洋、氣象動態數據。此外，用戶還可通過建立自己的信息目錄或稱主頁（Home Page）等方式向全球其他用戶發布信息。環球網已經將互聯網絡變成一個巨大的磁盤驅動器。

環幕電影

環幕電影是一種新形式的電影，其特點是電影畫面特別大，銀幕包圍觀眾廳整整一圈，觀眾可以站在場地中央隨意觀看。這種形式的電影是9臺攝影機同步全景角拍攝的，再由9臺放映機同步在環形銀幕上放映形成一個360度的畫面。

在觀看環幕電影時，觀眾被360度的畫面和多路立體聲所包圍，產生一種不尋常的感受，會不自覺地感到自己就是電影所表現的環境中的一員。比如你會感到自己坐在湖中的游艇上，眼看前面的船只向你直沖過來，不由得傾斜身體避開，但見船只擦身而過，掉頭朝后看時，它已在遠方的湖面上漸漸消失，使你感覺到不是畫面在動，而是你自己在朝前走。觀眾與畫面情景交融，正是環幕電影的魅力所在。

活動電影

法國有一個音像公園，由于采用高技術放映電影，1993年接待了200萬參觀者。其中的活動電影非常有趣。放映室使觀眾能夠體會開車的滋味。觀眾會感到汽車顫動、路面的每個小坑、汽車拐彎時的傾斜等。為了使觀眾產生這些感覺，每排座位下都安裝了千斤頂，一個電腦系統控制它們，從而使觀眾搖晃。為了使觀眾的動作與畫面的活動同步，一臺電腦利用兩個信息源：一個是軟磁盤，另一個是正在放映的影片的圖像號碼。裝在放映機上的畫面計數器把圖像號碼輸送給電腦，在放映開始時計數器自動回到零。因此，電腦始終使觀眾的動作同畫面中的活動配合一致。為了防止觀眾跌倒，在放映開始時一根保險桿自動壓在觀眾的膝部。盡管放映室只能容納少量觀眾，但是等待入場的觀眾是很多的。一場電影只有3分鐘，但已足夠使觀眾體會開車的滋味。

漢字輸入

1984年9月，五筆字型漢字編碼輸入法在聯合國做操作演示，達到每分鐘輸入120個字的速度，每個漢字及詞組的輸入最多4鍵，從此，計算機的漢字輸入問題得到了根本的解決。此后，漢字輸入技術的發展越來越先進，但都是利用西文電腦鍵盤為漢字編制代碼，輸入代碼就相應完成了漢字的輸入。

現有的漢字編碼已有四五百種之多，主要可分為形碼、聲碼和形聲碼。五筆字型是形碼，它把漢字分解為若干字根，分別由字母代表；聲碼則是根據漢語拼音制作的編碼，如雙拼雙音輸入法；形聲碼是把形碼和聲碼的特點結合起來，將字根轉換成拼音進行編碼，兼有兩者的優長。漢字編碼正朝著日趨簡化的方向發展，目前，語音識別輸入技術已逐漸趨于完善，并得到應用，使漢字電腦輸入變得越來越容易。由于漢字有數萬之眾，為了不占用計算機的內存空間，于是出現了將漢字資源做成硬件的漢卡。漢卡能使計算機達到與處理英文同等的效率。20世紀80年代初的漢卡又笨又大，后來采用超大規模集成電路，濃縮度達到幾萬分之一。漢卡的微型化為微型計算機的多功能化提供了條件。

“畫家”——顯像機構

電視接收機中，有一名妙筆如神的“畫家”——顯像機構。它用“電子槍”當畫筆，熒光屏當畫板，它所畫的一筆一畫，全受發方“攝影師”操縱。當收到的電信號大時，電子槍發出的“子彈”——電子射線就多，屏幕上就發出亮點；反之便顯出暗點。這些明暗光點雖然是不連續的，由于人的眼睛有“視覺暫留”的特性（在較長時間觀察物體時，當眼睛離開該物體或者從眼前撤去該物體后的一個短暫時間里，約1／30～1／5秒之間，平均約為1／10秒，人們主觀上感覺似乎眼睛里還保留著那個物體的形狀。這種遲緩消失的現象，叫“視覺暫留”），所以我們看上去與真實的圖像完全一樣。電視接收機上有很多調節旋鈕，像“音量旋鈕”、“亮度旋鈕”、“黑白對比旋鈕”等，如同平時收看廣播電視那樣進行調節。

會議電視

不同地點的多個用戶以電視方式舉行會議，實時傳輸聲、像和文件的通信方式，稱為會議電視。與會人員可通過電視發表意見，同時觀察到對方形像和有關信息，并能出示實物、圖紙、文件等實拍的電視圖像，增加臨場感。若輔以傳真機、電子黑板等現代化辦公手段，可及時傳送文件、圖表或討論問題，在效果上可代替現場會議。

會議電視系統主要包括會議電視室設備，如攝像機、顯示器、微音器、揚聲器、傳真機、電子黑板等，以及放大調制解調設備、圖像處理設備和控制切換設備等。會議電視傳送高質量的活動圖像，所占的頻帶較寬，屬視頻圖像通信，必須利用大容量、現代化通信手段，如微波、電纜、衛星、光纖等通信手段。其傳輸可以采用模擬方式，也可以采用數字方式。會議電視主要通過專用的數字通信網組網傳輸，也可以通過綜合業務數字網（ISDN）傳輸，將來可使用寬帶綜合業務數字網（BISDN）。會議電視業務是一種很有發展前途的電信事業。

海灣戰爭中的信息系統

20世紀90年代初期的海灣戰爭，是軍事通信大顯身手的舞臺。在這場號稱“2.5次世界大戰”中，交戰雙方的物質、能量對比幾乎是旗鼓相當，以美國為首的多國部隊之所以成為勝者，在很大程度上得益于信息優勢。美軍在90天內投入海灣戰區的電子信息設備，超過了美國40年內投入歐洲的總量?！吧衬L暴”期間，美軍投向海灣戰區的飛機、火炮、坦克、裝甲車和艦艇等主戰兵器充其量不足1萬件，而投入的各種型號的電子計算機和通信設備卻達4～5萬臺，開創了信息裝備超過了主戰裝備的先河。

先進發達、靈敏高效的通信系統使海灣戰區戰場信息流量空前增大，溝通聯絡的時效性大為提高。戰爭期間，每天電話信息量達70多萬次，文電15.2萬件。單是指揮空戰就打了3000萬次電話，相當于每天打80萬次電話。海灣戰區司令在沙特駐地用0.5米傘形衛星天線很快即可與美國本土通信，美國總統可對海灣地區作戰實施直接指揮，下達命令只需1～3分鐘。信息暢通為美軍贏得勝利創造了不可或缺的條件。

軍事家們在總結海灣戰爭的經驗時指出，信息、情報猶如陽光和空氣，其中有價值的情報，無異于氧氣。人無氧氣不得生存，戰爭離開信息難以制勝。海灣戰爭是多國對一國的作戰。戰爭伊始，多國部隊出動飛機11萬余架次，從不同方向、不同高度和不同時間進入同一空域作戰，并需克服語言不通的障礙，之所以能協調一致，全靠每秒可以處理10億條信息的C4Ⅰ系統。

與此同時，以美國為首的多國部隊對伊軍信息系統通過“地毯式”轟炸和強烈的電子干擾實施全方位摧毀。大規模戰略空襲發起后，美軍投向伊拉克的第一枚戰斧式巡航導彈攻擊目標就是該國的通信中心，頓時使伊軍的自動化指揮系統（C4Ⅰ系統）陷入癱瘓，伊軍群龍無首，全線崩潰，成了烏合之眾。