1.4.3 無線長途傳輸的演進
1.無線長途傳輸技術的發展
1895年，馬可尼在院子里進行無線電通信試驗獲得成功，通信距離為30m。
1896年，馬可尼實現了3.2km遠的無線電通信。
1901年，英國用風箏牽著的金屬導線作為天線，實現了橫跨大西洋的無線電傳輸。
1902年，亥維賽預言在大氣上層存在能反射無線電信號的電離層，即肯涅利-亥維賽層。
1906年，德弗瑞斯特發明真空晶體管，是世界上第一種可放大信號的主動電子元件。
1916年，馬可尼和富蘭克林開始研究短波信號反射。
1921年，業余無線電愛好者發現了短波可以進行洲際通信后，科學家們發現了電離層。短波通信風行全球。
20世紀40年代到50年代產生了傳輸頻帶較寬，性能較穩定的微波通信，成為長距離大容量地面干線無線傳輸的主要手段，模擬調頻傳輸容量高達2700路，也可同時傳輸高質量的彩色電視，而后逐步進入中容量乃至大容量數字微波傳輸。20世紀80年代中期以來，隨著頻率選擇性色散衰落對數字微波傳輸中斷影響的發現以及一系列自適應衰落對抗技術與高狀態調制與檢測技術的發展，使數字微波傳輸產生了一個革命性的變化。特別是20世紀80年代至20世紀90年代發展起來的一整套高速多狀態的自適應編碼調制解調技術與信號處理及信號檢測技術的迅速發展，對現今的衛星通信，移動通信，全數字HDTV傳輸，起到了重要的作用。
1954年7月，美國海軍利用月球表面對無線電波的反射進行了地球上兩地電話的傳輸試驗。并于1956年在華盛頓和夏威夷之間建立了通信業務。
1955年對流層散射通信在北美試驗成功。
1980年代，美國海軍學院就研制出一種用于海島與海岸之間進行圖像和數據交換的大氣激光傳輸通信系統。這種系統具有8MHz的帶寬，可以傳送25路數據和一路視頻信號。
20世紀80年代后期，隨著同步數字系列（SDH）在傳輸系統中的推廣應用，出現了N×155Mbit/s的SDH大容量數字微波通信系統。
1986年美國投入使用極低頻電臺，設備總跨度為258km，天線總長135km，天線的一頭在威斯康星州，另一頭在密歇根州。
1995年美國與日本進行了聯合試驗，實現了日本菊花-6衛星與美國大氣觀測衛星相距39000km間的雙向自由空間激光通信。
1998年，巴西AVIBRAS宇航公司研制了一種便攜式半導體激光大氣通信系統。這是一種通過激光器聯通線路的軍用紅外通信裝置，其外形如同一架雙筒望遠鏡，在上面安裝了激光二極管和傳聲器。使用時，一方將雙筒鏡對準另一方即可實現通信，通信距離為1km，如果將光學天線固定下來，通信距離可達15km。
1998年，巴西AVIBRAS宇航公司研制了一種便攜式半導體激光大氣通信系統。這是一種通過激光器聯通線路的軍用紅外通信裝置，其外形如同一架雙筒望遠鏡，在上面安裝了激光二極管和傳聲器。使用時，一方將雙筒鏡對準另一方即可實現通信，通信距離為1km，如果將光學天線固定下來，通信距離可達15km。
2.雷達的出現
1842年，多普勒率先提出利用多普勒效應的多普勒式雷達。
1887年，赫茲在證實電磁波的存在時，發現電磁波在傳播的過程中遇到金屬物會被反射回來，就如同用鏡子可以反射光一樣。這實質上就是雷達的工作原理。不過，當時赫茲并沒有想到利用這一原理來進行無線電通信試驗。1888年，赫茲利用儀器成功產生無線電波。
1897年，湯普森展開對真空管內陰極射線的研究。
1897年夏天，在波羅的海的海面上，俄國科學家波波夫在“非洲號”巡洋艦和“歐洲號”練習船上直接進行5km的通信試驗時，發現每當聯絡艦“伊林中尉號”在兩艦之間通過時，通信就中斷，波波夫在工作日記上記載了障礙物對電磁波傳播的影響，并在試驗記錄中提出了利用電磁波進行導航的可能性。這可以說是雷達思想的萌芽。
1904年，侯斯美爾發明電動鏡，利用了無線電波回聲探測的裝置，可防止海上船舶相撞。直到1922年，美國科學家根據波波夫的設想，在海上航道兩側安裝了電磁波發射機和接收機，當有船只經過時，通過電波馬上就可以測出。這就等于在海上設置了一道看不見的警戒線。不過這種裝置仍然不能算是嚴格意義上的雷達。
1917年，沃森瓦特成功設計雷暴定位裝置。
1922年，馬可尼在美國電氣及無線電工程師學會發表演說，題目是可防止船只相撞的平面角雷達。同年，美國泰勒和楊建議在兩艘軍艦上裝備高頻發射機和接收機以搜索敵艦。
1924年，英國阿普利頓和巴尼特通過電離層反射無線電波測量亥維賽層的高度。美國布萊爾和杜夫用脈沖波來測量亥維塞層。
1925年，伯烈特與杜武合作，第一次成功使用雷達，把從電離層反射回來的無線電短脈沖顯示在陰極射線管上。
1946年，美國用雷達接收月球表面回波。
1931年，美國海軍研究實驗室利用拍頻原理研制雷達，開始讓發射機發射連續波，三年后改用脈沖波。
1934年，一批英國科學家在R.W.瓦特的領導下對地球大氣層進行研究。有一天，一個偶然觀察到的現象吸引了瓦特。它發現熒光屏上出現了一連串明亮的光點，但從亮度和距離分析，這些光點完全不同于被電離層反射回來的無線電回波信號。經過反復實驗，他終于弄清，這些明亮的光點顯示的正是被實驗室附近一座大樓所反射的無線電回波信號。瓦特馬上想到，在熒光屏上既然可以清楚地顯示出被建筑物反射的無線電信號，那么活動的目標例如空中的飛機，不是也可以在熒光屏上得到反映嗎？ 1935年研制成功第一部能用來探測飛機的雷達。后來，探測的目標又迅速擴展到船舶、海岸、島嶼、山峰、礁石、冰山，以及一切能夠反射電磁波的物體。1935年2月26日，瓦特演示雷達的可行性，1935年4月，他取得英國空防雷達系統的專利。該系統是一種既能發射無線電波，又能接收反射波的裝置，它能在很遠的距離就探測到飛機的行動。這就是世界上第一臺雷達。這臺雷達能發出1.5cm的微波，因為微波比中波、短波的方向性都要好，遇到障礙后反射回的能量大，所以探測空中飛行的飛機性能好。1936年1月，W.瓦特在索夫克海岸架起了英國第一個雷達站。經過幾次改進后，1938年，正式安裝在泰晤士河口附近；這個200km長的雷達網，在第二次世界大戰中給希特勒造成極大的威脅。
1935年，法國人古頓研制出用磁控管產生16cm波長的雷達，可以在霧天或黑夜發現其他船只。這是雷達和平利用的開始。
1937年，馬可尼公司替英國加建20個鏈向雷達站。同年，美國第一個軍艦雷達XAF試驗成功。
1937年，瓦里安兄弟研制成高功率微波振蕩器，又稱速調管。
1939年，布特與蘭特爾發明電子管，又稱共振穴磁控管。
1941年，蘇聯最早在飛機上裝備預警雷達。
1943年，美國麻省理工學院研制出機載雷達平面位置指示器，可將運動中的飛機拍攝下來，他還發明了可同時分辨幾十個目標的微波預警雷達。
1947年，美國貝爾電話實驗室研制出線性調頻脈沖雷達。
20世紀50年代中期，美國裝備了超距預警雷達系統，可以探尋超音速飛機。不久又研制出脈沖多普勒雷達。
1959年，美國通用電器公司研制出彈道導彈預警雷達系統，可發跟蹤4900km遠，966km高的導彈，預警時間為20min。
20世紀60年代，美國推出合成孔徑雷達。
1964年，美國裝置了第一個空間軌道監視雷達，用于監視人造地球衛星或空間飛行器。
1971年，加拿大的伊朱卡等3人發明全息矩陣雷達。與此同時，數字雷達技術在美國出現。
3.衛星及導航技術的發展
1945年10月，英國人A.C.克拉克提出靜止衛星通信的設想。
1957年10月4日，蘇聯成功地發射了第一顆人造衛星“衛星1號”。它不僅標志著航天時代的開始，也意味著一個利用衛星進行通信的時代即將到來。
1958年12月，美國人利用“斯科爾”衛星進行錄音帶音響傳輸。
1960年8月，美國國防部把“回聲1號”（Echo Ⅰ）衛星發射到距離地面高度約1600km的圓形軌道上，進行延遲中繼通信試驗。這是世界第一個“無源通信衛星”，因為這顆衛星上沒有電源，故稱之為“無源衛星”。它只能將信號反射回地面，被地面上的其他地點所接收到，從而實現通信。1960年10月，美利用“信使1B”衛星進行延遲中繼通信。
1961年，蘇聯為執行“金星-1”探測計劃，研制出第一代深空測控系統“冥王星”。20世紀70年代先后研制了第二代深空測控系統“土星-MC”、第三代深空無線電系統“量子-D”、第四代深空無線電系統“木星”。美國航空航天局1958年建成了深空網（DSN），用來溝通星際飛船執行任務的全球各地的網站，提供所有深空飛行任務通信。
1962年7月，美國國家航空宇航局（NASA）發射了“電星1號”。這顆衛星上裝有無線電收發設備和電源，可對信號接收、處理、放大后再發射出去，大大提高了通信質量。這顆衛星在美國緬因州的安多弗站與英國的貢希利站和法國的普勒默—博多站之間成功地進行了橫跨大西洋的電視轉播和傳送多路電話試驗。
1962年8月，蘇聯進行東方3號、東方4號宇宙飛船間通信，以及宇宙電視試驗。
1963年5月，美國發射了“西福特”銅針衛星。衛星進入軌道后把4億個銅針均勻地撒在3600km高的軌道上造成一條人工的“電離層”。用來反射無線電信號供地面上兩點之間的無線電通信。
1963年11月，美日利用“中繼1號”衛星成功地進行了橫跨太平洋的有源中繼通信。
1964年8月，美國發射了“同步3號”（Syncom Ⅲ）衛星。這是世界上第一顆試驗性靜止衛星。10月，美國利用“同步3號”衛星向全世界轉播了東京奧林匹克運動會的實況電視，轟動世界。
1965年4月，美國把“晨鳥”衛星送到大西洋上空的地球同步軌道上，該衛星后改名為“國際通信衛星—Ⅰ”。它可開通240路電話，幾乎代替了大西洋海底電纜。并能24小時連續工作。從此，衛星通信進入了實用階段。與此同時，蘇聯國內的通信衛星“閃電”則使用大橢圓軌道，其傾角為65°，遠地點高度為4萬km，近地點高度為480km。以此進行國內電視轉播。
1966年10月至1967年9月，4顆“國際通信衛星——Ⅱ”升空，通信容量為400個雙向話路，通信能力遍及環球。星體直徑1.42m，高0.67m，重86kg，電源功率75W，壽命3年。
1968年9月至1970年7月，8顆“國際通信衛星—Ⅲ”升空，通信容量為1200個雙向話路。星體直徑1.42m，高1.04m，重152kg，電源功率為120W，壽命5年。
1971年1月至1975年5月，8顆“國際通信衛星——Ⅳ”升空，通信容量達5000個雙向話路。星體直徑2.38m，高2.28m，總高5.28m，重700kg，電源功率400W壽命7年。
1975年至1979年，2顆“國際通信衛星—ⅣA”升空，每顆有20個轉發器，通信容量為6250個雙向話路和2路彩色電視，壽命仍為7年。
20世紀70年代起研制出了中小容量（如8Mbit/s、34Mbit/s）的數字微波通信系統，這是通信技術由模擬向數字發展的必然結果。
1973年，摩托羅拉公司推出個人通信工具——移動手機，標志著無線電話通信進入普通人可使用的時代，此前的無線通信只能由軍隊、航空、航運、郵電等大型企業和部門掌握。1977年，美國海軍提出了衛星-潛艇通信系統的方案，與美國國防研究遠景規劃局開始執行聯合戰略激光通信計劃。
1980年至1984年，3顆“國際通信衛星—Ⅴ”升空，每顆有27個轉發器，通信容量為12000個雙向話路加2路彩色電視。第一次采用了三軸穩定和太陽電池板技術。電池功率為1742瓦，設計壽命7年。
1986年，開始發射“國際通信衛星—Ⅵ”，衛星重量為1689kg，頻譜再用6次，有效帶寬為3680MHz，具有34個轉發器，可同時傳送3萬個雙向話路加3路彩電。
20世紀90年代開始，“國際通信衛星—Ⅶ”升空，使用了大量的窄波束，并開發應用了5種新技術。該衛星可同時傳送10萬個雙向話路加4路彩色電視。
2016年，航天科技集團提出鴻雁星座計劃，將由60顆低軌道小衛星及全球數據業務處理中心組成，具有全天候、全時段及在復雜條件下的實時雙向通信能力。在航天科技集團的2018年商業航天布局中，鴻雁星座的規模提升到了“300余顆低軌道小衛星”。工程具體將分3期建設，最終形成全球低軌移動互聯網衛星系統。
2016年9月，航天科工集團提出“虹云工程”。虹云工程脫胎于航天科工之前提出的“福星計劃”，計劃發射156顆在1000km運行的低軌小衛星，組網構建一個星載寬帶全球互聯網絡。
2018年12月，鴻雁、虹云首顆試驗星發射成功。
4.衛星導航技術的發展
20世紀70年代，美國陸海空三軍聯合研制出新一代空間衛星導航定位系統GPS。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛星星座已布設完成。美國政府從2000年才開始放寬民間使用GPS系統的限制。圖1-25為GPS衛星分布示意圖，圖1-26為GPS導航地圖。
2003年5月26日，歐盟及歐洲航天局通過了伽利略計劃的第一部分，包括于1999年從法國、德國、意大利及英國四國各自提出的不同概念，經四國的工程師將之整合而成的共同概念設計。2005年12月28日，格林尼治時間清晨5點19分，“伽利略”系統的首顆實驗衛星“GIOVE-A”由俄羅斯“聯盟-FG”火箭從哈薩克斯坦的拜科努爾航天中心發射升空。伽利略衛星導航正式運營時間被一再推遲，計劃數量為30顆。
1982年至1995年間，蘇聯共發射了64顆GLONASS衛星定位系統衛星。
2000年10月31日，中國西昌衛星發射中心成功發射北斗導航試驗衛星北斗-1A。到2012年10月25日，已發射的16顆北斗導航衛星組網運行，形成區域服務能力。根據計劃，北斗衛星導航系統于2013年初向亞太大部分地區提供正式服務。預定2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統，規劃相繼發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。
2018年12月，我國的北斗三號衛星定位系統部署基本完成，正式對全球服務。
5.深空通信技術的發展
1980年起，美國海軍以幾乎每兩年一次的頻率，進行了6次海上大型藍綠激光對潛通信試驗，這些試驗包括成功進行的12000m高空對水下300m深的潛艇的單工激光通信試驗，以及在更高的天空、長續航時間的模擬無人駕駛飛機與以正常下潛深度和航速航行的潛艇間的雙工激光通信可行性試驗，證實了藍綠激光通信能在天氣不正常、大暴雨、海水渾濁等惡劣條件下正常進行。
進入21世紀以來，隨著美國“機遇號”“勇氣號”火星探測器成功登陸火星，“卡西尼號”探測器飛抵土星并成功釋放“惠更斯號”探測器著陸土衛六，深空探測越來越成為人類關注的焦點。
6.深海通信技術的發展
1981年5月，美國通用電話電子公司用一架大型飛機在12000m左右的高度向水下潛艇發出一道短促而明亮的藍綠色光束，進行了一次名為“藍綠通信”的對潛通信試驗。
2012年6月28日5時29分，“蛟龍”號在西太平洋的馬里亞納海溝進行了7062m下潛試驗。所采用的高速數字化水聲通信，可向母船傳輸文字、語音、圖像，是“蛟龍”號的另一先進技術。即使水聲通信出現故障，還有一套水聲電話備用。這標志著我國深海通信取得新進展。