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发表于 2017-9-29 09:26:29 来自手机 |显示全部楼层
啥情况?

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  上等兵

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发表于 2017-9-29 09:26:32 |显示全部楼层
不错。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

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  上等兵

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发表于 2017-9-29 09:33:55 |显示全部楼层
厉害了,大元帅!!!

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发表于 2017-9-29 09:47:29 |显示全部楼层
帖子留名,等出书,就支持一下。

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发表于 2017-9-29 11:59:00 |显示全部楼层
反正不是中国人发明的

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发表于 2017-9-29 14:00:19 |显示全部楼层
搬好板凳继续等待

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  元帅

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2011-11-25
发表于 2017-9-29 14:06:01 |显示全部楼层
谁发明的不重要了,毕竟不是建立一个王朝。。。王朝也还有被***的时候呢

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  下士

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发表于 2017-9-29 15:50:16 |显示全部楼层
实习生培训课件不赖

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  下士

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2014-3-7
发表于 2017-9-29 18:51:16 来自手机 |显示全部楼层
顶一下,写的不错?

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  新兵

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2017-6-10
发表于 2017-9-30 07:28:36 来自手机 |显示全部楼层
收藏了,收藏了

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发表于 2017-9-30 09:39:48 |显示全部楼层

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爱心徽章,06年为希望小学奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,09年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 家园09年十大网友 爱心徽章,2010年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章 爱心徽章,2011年为家园助学活动奉献爱心纪念徽章

发表于 2017-9-30 19:41:20 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 19:45 编辑

1.3.4  贝尔其人

       贝尔是出生在语言教育世家,虽然贝尔的最大的成就是发明了电话,创建了后来最大电话公司,但是回顾贝尔的一生,贝尔更多的精力是放在发明,语言教育,慈善上。

      贝尔的祖父是个慈善家,一直都很同情聋哑的残障者,他常把一些残障的人聚集起来,亲切地教育他们。因此聋子和哑巴,简直视他为救世主一样崇拜着。在祖父过世后,他的父亲继承遗志,除了教育聋哑人,还研究说话和发音的方法,希望能对这些不幸的人有所帮助,而贝尔的母亲也是一个聋哑人。贝尔就在这种环境下耳濡目染的长大,所以心中一直期望将来对这方面能有所建树,并一直影响贝尔。

      由于家庭教育的关系,贝尔19岁时就在担任萨默塞特郡学院的教师,1870年由于贝尔三兄弟一起得了肺结核,随着两个哥哥的去世,贝尔的父亲决定找一个空气比较清新的地方,因此贝尔一家移居加拿大。

      贝尔后来独自到美国之后,一直担任聋哑人语教师。在此期间,贝尔和美国盲聋女作家、教育家、慈善家、社会活动家海伦·凯勒认识,也时间最为长久、感情最好的朋友。虽然在1877年创建了贝尔电话公司,但是公司建立后没几年,贝尔抛售了自己的股票,退出了贝尔公司。但是贝尔持有者电话的专利,因此每年在专利上还是会有大笔的经济收入。

      在发明上,贝尔发明了测量听力的仪器,第一台助听器,改进了爱迪生发明的留声机;。1881年,他为了发现美国总统詹姆士·加菲尔德体内的子弹设计了一个检验金属的装置,成为X光机的前身。发明了载人的巨型风筝,为加拿大海军发明了水翼船。他发明了“真空服”,人工呼吸器的前身。

      在慈善上,贝尔在华盛顿建立起沃尔塔办事处,其目的就是为医治耳聋提供资金。今天这—机构称作“亚历山大·格拉汉姆·贝尔协会”,它的作用已改为,向全世界的聋人提供如何最有效地对付耳聋的最新资料。

     在聋哑人语言教育上,贝尔在华盛顿开设他自己的聋人学校,在苏格兰的格里诺克建立了一所聋人学校,同时也为聋哑人语言教育捐款或写有关聋哑教育的书,并为聋哑教育创设了名叫伏特协会的组织,还担任过各种学会的会长。直到逝世前,他仍抱著高度的研究热忱参与到聋哑人的教育上。

      先不管贝尔在电话专利上面的争议,贝尔在发明,聋哑人语言教育以及慈善上都取得了很大成绩。

1.3.5  
电话技术的发展

       贝尔电话公司以出租电话机和电话线,收取使用费的方式,开始为一些最早接受电话的家庭装设电话。慢慢地,大家逐渐认识了电话的价值,装设的家庭也越来越多,点到点的通话方式明显就不满足需求了。

       因为通话可能是需要不特定用户之间,而不是固定的线路两段的电话用户,因此很快电话总机(电话交换机)就应运而生,这个也就是电话交换机发展的起点。
                              
1.3 05人工交换机.jpg
最原始电话总机

         由于初期的技术发展很快,下面就主要介绍模拟电话交换机的三代产品。

        人工接线电话总机


1.3 06磁石电话交换总机.jpg
人工总机


           磁石电话交换机上装有用户塞孔、用户号牌、话终回铃牌以及接线用塞绳、应答振铃用的电键和手摇发电机等。磁石电话交换机总机必须有总机服务人员手工接线(以下简称总机)。

1.3 07手摇电话机.jpg
手摇电话机

          用户要发起呼叫时须先摇动电话机上的发电机,使交换机上的号牌“跌落”。话务员则取该一个塞绳(电线),以一端的答应塞子插入跌落号牌的那个用户的塞孔,并扳动相应电键应答;总机问明用户所要号码后,将塞绳另一端的呼叫塞子插入被叫用户的塞孔。然后将电键扳至振铃位置,摇动发电机使被叫用户话机铃响。被叫用户听到铃响,摘机应答后,话务员将电键复原,双方即可通话。用户通话完毕,必须摇动发电机,使交换机上的回铃牌跌落,以此通知话务员拆线。 

          这种总机的特点是必须要有人工服务,接续都是由人工完成,并且一般容量都比较小,因此这类总机很快就被自动交换机所替换。

          步进制自动电话交换机

           随着电话容量的增长,人工总机在效率和容量上逐渐就不能满足业务发展的需求。1889年美国人A.B.史端乔发明步进制电话交换机的关键部件三磁铁上升旋转型选择器。1892年第一个史端乔步进制电话局投入使用。1909年德国西门子公司对史端乔步进制电话交换机作了改进,主要是将三磁铁上升旋转型选择器改为二磁铁的选择器,制成西门子步进制电话交换机。

1.3 08步进制电话机原理.jpg
步进制交换机

          步进制电话交换机利用选择器完成通话接续过程。最简单的上升旋转型选择器(图2) 有一个轴,轴的周围有10层弧线,每层弧线含有10个接点。轴上装有弧刷,能在各层弧线间上下移动,同时也能沿弧线水平旋转,与各接点相连接。例如,当主叫电话用户拨叫25号时,弧刷即上升两步到第二层弧线上,再旋转5步,停在25号接点的位置,使主叫用户同25号用户(被叫用户)的电话接通。为了做更大容量的交换局,根据需要一般将多个选择器组成若干级,以分担选择出线和选择用户号码的任务。比如1000以内的号码,则需要增加一组选择器,呼叫时,选组器先选被叫用户所在的组,然后再经终接器从该组中选接被叫用户。同理,用户数大于1000时,须采用四位制,再增加一组选号器,由第一级选组器选千位号,第二级选组器选百位号,终接器选被叫用户的十位和个位号码。

           步进制交换机的特点是已经可以自动化接续,但是缺点也比较明显,因为是机械运动才能完成接续,因此整个呼叫过程比较长,并且交换机的可靠性也相对比较低。

          纵横制自动电话交换机

          1913年美国首先提出纵横制原理。1923年瑞典首先制成可供实用的纵横接线器。1926年瑞典开始制出大容量纵横制电话交换机。1938年,美国开通了1号纵横制自动电话交换机,采用集中控制原理,比早期采用类似步进制控制原理的纵横制有很大的改进。以后又相继研制了新型的市内电话和长途电话的纵横制交换机。

            纵横制电话交换机由于它的通话接续设备是由纵横接线器组成的,因此叫做纵横制交换机,如图表示10条纵线(入线)和10条横线(出线)组成的一个坐标网,叫做10*10矩阵,这个矩阵公用100个交叉点,这些交叉点平时是断开的,到那个我们要想实现把10条纵线中的一条同10条横线中的一条接通时,只要闭合该纵线和横线相交的交叉点即可。譬如要想做到2号纵线同3号横线接通的话,只要闭合2号纵线和3号横线的交叉点M。同样3号纵线可以通过交叉点N的闭合同5号横线接通。这样10*10的矩阵就是一个具有10条纵线和10条横线构成的交换矩阵。当然10*10只是一个举例,还可以设计成更高的交换矩阵。

1.3 09纵横制交换机原理.jpg
纵横制交换机

            纵横制交换机核心就是中心的交换网板,由于采用电和磁控制,可靠性及接续的速度是远远快于步进制交换机。并且纵横制交换机是实现控制与交换分离的,简化了交换机的设计。控制就是负责接收用户的拨号信息,而交换就是真正的通话线路。通过控制与交换的分离,可以实现核心的交换部件的复用,提高了交换机的集成度。比如1000门的交换机,在一定时间里面同时通话的用户数都是有一定的概率的,比如按照1:10去收敛,也就是说,最高峰只有100个用户会同时通话,也就只需要有100路交换线路就可以了。

           纵横制交换机相对来说,接续速度快,集成度比较高,并且控制和交换的分离会带来更加灵活的组网,也能组成更大交换端局,因此纵横制交换机是在程控交换机之前应用最广泛的交换机。

           电话业务的发展

           1878年,美国开通第一市内电话交换系统,用户数只有20户。1878年-1879年,贝尔电话公司架设了波士顿至纽约的300千米长途电话线路,但电话的通话音量较低。在爱迪生在1879年利用电磁效应,制成炭精送话器后,送话效果显著提高。电话就开始快速发展。1881年,意大利罗马、法国巴黎、德国柏林先后开通了各自的第一个电话网络。

           到了1881年,上海十六铺沿街架起一对露天电话,付36文制钱可通话一次。这是中国的第一部电话。1882年2月,丹麦大北电报公司在上海外滩扬于天路办起我国第一个电话局,用户25家。1949年以前,中国电信系统发展缓慢,到1949年,中国电话的普及率仅为0.05%,电话用户只有26万。

           1949年以后,虽然中央人民政府迅速恢复和发展通信,但是由于经济及技术能力有限,到1978年,中国电话容量359万门,用户214万,普及率0.43%。交换机自动化比重低,大部分县城、农村仍在使用第一代手摇式电话机,长途传输主要靠明线和模拟微波,干线容量受限,长途电话接通率不高。

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发表于 2017-9-30 19:48:52 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 19:52 编辑

1.3.6  电话产业的公司

          AT&T 美国电报电话公司。
1.3 10 AT&T 最新LOGO.jpg
                              

         美国电报电话公司前身是贝尔电话公司,是1877年由贝尔,沃森(助手),哈勃特(岳父),桑德斯(电话研究资助人)建立。在公司成立的当年,贝尔总共安装了200线的电话。贝尔在两年之后将退出了贝尔电话公司,并卖掉了贝尔电话公司的股票。

          1892贝尔电话将生意从纽约地区扩展到美国中部芝加哥地区,当时从纽约到芝加哥一分钟的通话费是两美元一分钟,而当时的一美元的购买力相当于今天的五十美元。1895年,贝尔公司将其正在开发的美国全国范围的长途业务项目分割,建立了一家独立的公司称为美国电话电报公司(AT&T)。AT&T利润最高的就是长途电话业务,1915年,纽约到旧金山的通话达到每分钟7美元,那个时候的美元更有购买力。在贝尔电话专利1895到期之后,美国一下子就出现了几千家电话公司,但是此时的AT&T已经有了比较强的技术研发能力及长途网络,很快AT&T就将这些电话公司打败。

1.3 11 AT&T LOGO.jpg

          随着长途电话网的完善,AT&T的利润越来越高,在很长的时间里,美国国际长途电话的价钱不是由市场决定的,而是由AT&T和美国联邦通信委员会(FCC)谈判决定的,AT&T计算价钱的方法听起来很合理——铺设电缆需要多少钱,购买设备需要多少钱,研发需要多少钱,雇接线员需要多少钱等等。因此AT&T有足够的利润支撑更多的研发经费及国际业务的拓展。1923年,AT&T开始提供纽约与伦敦之间的无线电话越洋通话业务,此时的贝尔已经在欧洲,美洲及日本开拓了不少业务。随着美国的业务需求越来越大,在二十年代后期,AT&T逐渐放弃了原来海外的一些一些业务,聚焦于美国国内的业务发展。

         贝尔实验室

         1925年1月1日,当时AT&T总裁,华特·基佛德(WalterGifford)成立一个叫做“贝尔电话实验室公司”的独立实体,后改称贝尔实验室,贝尔实验室是历史最大的、最成功的私有实验室。由于AT&T公司从电信业获得了巨大的垄断利润,它拿出了产值的百分之三用于贝尔实验室的研发工作。在很长时间里,贝尔实验室的人总是用不需为经费发愁这一条理由来吸引优秀的科学家到该实验室工作,这使得贝尔实验室在通信领域长期执牛耳。贝尔实验室自成立以来共推出27,000多项专利,平均每个工作日推出4项专利,一共获得8项诺贝尔奖,为世界贡献了第一台传真机、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、单芯片、激光器和光纤、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UNIX操作系统, C和C++语言,发明了晶体管.

        1996年,贝尔实验室以及AT&T的设备制造部门脱离AT&T成为朗讯科技,如今贝尔实验室是朗讯科技公司的研究开发部门,承担的任务是提供技术以创建世界上最先进的电信系统。

        爱立信
1.3 12爱立信LOGO变化.jpg
        1876年,拉什-马格拉斯-爱立信和同事安德森一起注册了名为“拉.马.爱立信机械修理公司”。当时,美国的贝尔刚刚获得第一批专利,从此电信业向世人打开了一个全新的领域。爱立信敏锐地对这个新领域表现出了极大热情。创业之初,爱立信主要从事修理电报机及其它电器仪表,1877年,贝尔公司的电话机开始进入瑞典市场,爱立信通过对电话机的维修和认真研究,迅速掌握了电话机制造技术,并于1878年11月推出了爱立信自己的电话机。由于爱立信设计的电话机经济耐用,很快就赢得了大量订单。爱立信在1881年推出自己的电话系统,成为爱立信作为电信巨头的起点。

       贝尔系列

        贝尔公司进入欧洲后,主要以比利时的工厂为主,供应欧洲的主要电话系统和电话机,成为瑞士,瑞典,荷兰,意大利及挪威等国市场的主要竞争者。后来比利时贝尔单独成立一个设备供应商,并在1983年在中国成立合资公司上海贝尔,生产程控交换机。

        1880 Bell Canada成立,并开始生产电话机,在1886年开始磁石电话交换机。1895年,北方电子制造公司(Northern Electric and Manufacturing)在加拿大贝尔设备生产部门基础上正式成立,这也是北电网络的前身。1914年,北方电子有限公司成立,美国公司西部电子公司(WesternElectric,是AT&T的设备制造子公司)拥有44%的股份,加拿大贝尔公司拥有50%的股份,1949年AT&T将北方电子公司的股权卖给贝尔,从而脱离关系。

1.3.7    电话产业年谱
1.3 13电话年谱.jpg





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发表于 2017-9-30 19:54:47 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:07 编辑

1.4  无线电报诞生

1.4.1    无线电报的理论基础和需求

        无线电报的需求

        人类发明了电报和电话后,信息传播的速度不知比以往快了多少倍。电报、电话的出现缩短了各大陆、各国家的距离感,使得商业组织的全球扩展成为可能。但是,当初的电报、电话都是靠电流在导线内传输信号的,这使通信受到很大的局限。譬如,要通信首先要有线路,而架设线路受到客观条件的限制。高山、大河、海洋均给线路的建造和维护带来很大的困难。况且,极需要通信联络的海上船舶,以及后来发明的飞机,因它们都是会移动的交通工具,所以是无法用有线方式与地面人们联络。因此能够低成本和不确定地点的沟通和通信需求还是很强烈的,尤其在地点不是很确定的军事领域以及不能部署电缆的专用市场,比如海运。

         无线电报的理论基础

         麦克斯韦

         从1820年丹麦教授奥斯特发现通电能够影响磁针,再到1831年法拉第发现电池感应定律,从实验学的角度证明了磁场和电流之间存在一定的关系,但是这些主要还是一些现象的发现,只是论述了电和磁之间的关系,基本没有涉及到电磁波。

          在前面已经提到过,麦克斯韦在电磁学上面的成就,麦克斯韦出生于苏格兰爱丁堡,是英国注明的物理学家、数学家,经典电动力学的创始人。

1.4 01 麦克斯韦.jpg
麦克斯韦

         1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理,1850年转入剑桥大学学习,1854年以第二名的成绩获史密斯奖学金,毕业留校任教。麦克斯韦的电学研究始于1854年,当时他刚从剑桥毕业不过几星期。他读到了法拉第的《电学实验研究》,立即被书中新颖的实验和见解吸引住了。1855年麦克斯韦发表了第一篇关于电磁学的论文《论法拉第的力线》,随后的几年,他继续研究,《论物理的力线》(1861至1862年);《电磁场的动力学理论》(1864年12月8日),已经基本形成了电磁学的基本框架。1865年,麦克斯韦辞去了皇家学院的教席,开始潜心进行科学研究,系统地总结研究成果,撰写电磁学专著,并在1873年出版了科学名著《电磁理论》,系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。

          《电磁学通论》是一部经典的电磁理论著作,可与牛顿的《数学原理》(力学)、达尔文的《物种起源》(生物学)相提并论。从奥斯特,安培、经法拉第最后到麦克斯韦,通过几代人的不懈努力,电磁理论的宏伟大厦,通过麦克斯韦方程组终于建立起来。麦克斯韦在电磁学上取得的的成就被誉为继艾萨克·牛顿之后,“物理学的第二次大统一”(爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞辰100周年时的评价)。科学史上,称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来,是实现第一次大综合,麦克斯韦把电、光统一起来,是实现第二次大综合,因此应与牛顿齐名。而第三次统一则是爱因斯坦的相对论。

           麦克斯韦方程的最大优点在于它的通用性,它在任何情况下都可以应用。在此以前所有的电磁定律都可由麦克斯韦方程推导出来,许多从前没能解决的未知数也能从方程推导过程中寻出答案。这些新成果中最重要的是由麦克斯韦自己推导出来的。根据他的方程可以证明出电磁场的周期振荡的存在。这种振荡叫电磁波,一旦发出就会通过空间向外传播。根据方程,麦克斯韦就可以表达出电磁波的速度接近300000公里(186000英里)/秒,麦克斯韦认识到这同所测到的光速是一样的。由此他得出光本身是由电磁波构成的这一正确结论。

         因此,麦克斯韦方程不仅是电磁学的基本定律,也是光学的基本定律。的确如此,所有先前已知的光学定律可以由方程导出,许多先前未发现的事实和关系也可由方程导出。在此基础上,麦克斯韦认为光是频率介于某一范围之内的电磁波。这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。正是在这一意义上,人们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了,这是19世纪科学史上最伟大的综合之一。


        可见光并不是唯一的一种电磁辐射。麦克斯韦方程表明与可见光的波长和频率不同的其它电磁波也可能存在。这些从理论上得出的结论后来被海因利茨·赫兹公开演示证明了。赫兹不仅生产出而且检验出了麦克斯韦预言存在的不可见光波。几年以后,伽格利耶尔摩·马可尼证明这些不可见光波可以用于无线电通讯,无线电随之问世。今天我们也用不可见光为电视通讯。X线、γ线、红外线、紫外线都是电磁波辐射的其它一些例子。所有这些射线都可以用麦克斯韦方程来加以研究。

         因此毫不夸张的说,麦克斯韦的电磁理论是我们现在所有一些无线的基础,广播,电视,无线电报,无线电台,雷达,微波,卫星通信,无线通信等等,不一而足。

         1879年11月5日,麦克斯韦因病在剑桥逝世,年仅48岁。

         赫兹

         1857年2月22日赫兹出生在德国汉堡一个改信基督教的犹太家庭。父亲是汉堡城的一名顾问,母亲是一位医生的女儿。

1.4 02赫兹.jpg
赫兹

         他曾经在德国德累斯顿、慕尼黑和柏林等地学习科学和工程学。他是古斯塔夫·基尔霍夫和赫尔曼·范·亥姆霍兹的学生。1880年赫兹获得博士学位。1885年,赫兹到卡尔斯鲁厄工业大学,任物理学教授。当时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论,但是麦克斯韦认为电磁波应该是和光有相同的速度。到1885年,赫兹开始决定以实验来验证韦伯与麦克斯韦理论谁的正确。

1.4 03 电磁激荡与检波.jpg
电磁震荡和检波器

         依照麦克斯韦理论,电扰动能辐射电磁波。赫兹根据电容器经由电火花隙会产生振荡原理,设计了一套电磁波发生器,赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时,其感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后,电荷便经由电火花隙在锌板间振荡,频率高达数百万周。这个也就是最早的电波发生器。同时,赫兹又设计了检波器来探测此电磁波。通过实验结果并经过理论计算,赫兹先求出振荡器的频率,又以检波器量得驻波的波长,二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样,电磁波传播的速度等于光速。1888年,赫兹的实验成功了,而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。

           在赫兹的实验中,检波器和电磁振荡器相距了10米,既然能够传播10米,那么就可以传播20米,100米,这才有了后来马可尼发明了无线通信。

      至此,无线电报的理论已经基本完成。


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发表于 2017-9-30 19:58:06 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:10 编辑

1.4.2  无线电报的发明

         马可尼的教育背景

          1874 年4月25 日,古利莫·马可尼(GUGLIELMO MARCONI)诞生在意大利北部的波隆那(BOLOGNA)。马可尼家中富有,父亲吉西比(GIUSEPPE)是位成功的商业家,第一任妻子生一男孩时,因难产而逝世; 第二任妻子是位美丽温柔的爱尔兰籍音乐教师安妮(ANNIE),安妮生二男孩,大孩名叫阿方索(ALPHONSO),次男便是马可尼,二人相差9岁,所以马可尼就成了安妮的宠儿。

           马可尼自幼心中崇拜二位英雄。其一是美国开国元勋兼科学家的富兰克林,他以用风筝引电而著名;第二位是英国电磁学先驱法拉第,有一回,马可尼模仿富兰克林的试验,用风筝将天上的电引下来,不慎将整排当绝缘子用的名贵瓷餐碟打碎,父亲气得半死。他最得意的就是自制的玩风雨预告警铃,这是一具用锌制的架子,放置在屋顶上,用来吸收暴风雨前的静电,再用电线引至一个电铃上,在暴风雨来袭前后,铃声会大作。

          马可尼到12 岁时,才上正统的学校,他有些害羞,不时随母亲回英国娘家,以致意大利语说得不太好,经常受同学欺侮,不久便退学去考海军,而未被录取,马可尼的父亲望子成龙,父亲指责马可尼的“玩具”是荒废学业的祸源,见之便毁弃不误。到13岁时,幸而进了利富乐技术学院(LIVORNO TECHNICAL INSTITUTE)。此时他才正式接触物理和化学的课程,且深深爱上了这两门科目。就在这时,又巧遇一位年老的盲眼报务员,而学会了摩斯电码,这一技能对马可尼日后发展无线电通信帮助极大。随后马可尼投考波隆那大学,又是名落孙山和挨老父一顿臭骂。
            
          马可尼虽然没有上正式学校很多,可是他的学识不输给任何人。他因为经常躲在他父亲的私人图书馆中,博览群书,增加了不少知识,奠定了往后的发展。为了要躲避父亲的责骂,马可尼在花园中找到一个秘密地点,作为他的试验室。每当试验有成果时,会喜不自禁的报告给母亲知道。安妮对他的试验虽然一窍不通,但见到儿子的成就,也就同享其乐,并且瞒着丈夫,在阁楼上觅一隐闭的房间给马可尼做实验室,这房间只有马可尼和安妮可以进去。

          安妮的另一高招是说服一位在波隆那大学教物理,名叫利菲教授(PROF.RIGHI)的邻居,给马可尼予以指导。利菲教授允许马可尼使用学校的实验室,和将仪器借回家,亦可使用学校的图书馆。马可尼趁此良机,一口气将馆内全部有关电学的书籍阅毕。

         马可尼的电报起点:赫兹的论文

          1894 年,马可尼尚不足20岁,和他哥哥一道去阿尔卑斯山度假时,读到德国物理学家赫兹关于如何以实验的方法证明电磁波的存在,并以光速传播,并且可以穿透真空,空气,液体和固体。年轻聪明的马可尼立即领悟到,这个电磁波可以作为传递信息之用。随即匆匆结束假期,赶回家中的实验室,动脑筋设法将这构想付诸实施。他的第一步骤是重复赫兹的实验,虽然也经过多次失败,最后竟给他成功了,这带给他莫大的鼓励,虽然通信距离只有可怜约二、三公分而已。

         这对收发机经马可尼不断地改良,通信距离增加到隔壁的房间,再从楼上到楼下,并可按响一电铃和启动用于有线电报的摩斯电码印码机。下一步便是将接收机移至室外,马可尼在阁楼上发,他哥哥阿方索则在外面收。距离越来越远,唯有打旗号表示收到信号;后来距离远至隔一小山,只得用枪声来表示收到。虽然传播的距离已经够,但是离实用性还有很大的差距。

        马可尼实用性突破的两个关键技术:

         在当时,马可尼所遭遇的最大困难是接收机的灵敏度不够高,随后,法国一位物理学家白兰利发明了一个“凝聚检波器”(COHERER)- 这是一内装金属粉末的玻璃管,两端接电线,平时电不通,当受电波影响时,就会通电,管内的粉末也会凝聚,马可尼将之改良来替代接收机上的火花隙,因而灵敏度大增。
当时对电波的理论观念是波长短的电磁波,只能直线放射,而且距离有限,波长长的电波则可以绕山越岭。电波之所以能在空中进行,是因为太空中有一种叫以太(ETHER)的东西存在。长的电波理所当然要用大而长的导体,才能有效地发射出去。所以马可尼用一大片金属,接在火花隙的一端,并高高的挂在树上,火花隙的另一端则接在地上,电波的强度竟增加数倍,距离超过二公里之遥。这个就是天线的起源。自从有了天线之后,马可尼进度神速,效果惊人。
                              
1.4 04 马可尼初期无线发射装置.jpg

         有了初步的成功,马可尼就将实验成果展示给父亲看,当父亲看到了这个新奇的装置,把以前憋在肚子里的火气和不满都抛到九霄云外,再也不叫他“不切实际的空想家”了。并开始慷慨解囊拿钱出来给儿子买器材,让他一心搞实验。马可尼原先的计划是想将发明献给意大利政府,但是意大利政府却致力于架设陆上电线和海底电缆,并认为无线电这玩意见太虚玄,不实用而推辞,这件事予马可尼和父亲打击很大。

         实用性推广

         失望之余,马可尼的爱尔兰籍母亲安妮认为,去英国较有更多的机会。乃于1896年,母子二人带了一大批古离古怪的器材,启程去英国。

        马可尼很有商业头脑,害怕他人会窃取他的发明,所以马上便去申请专利。1896年2 月,取得有史以来,有关无线电的第一张专利证,号码是12039,跟着于1896成立“无线电报及信号有限公司”,后更名为“马可尼公司”(MARCONICOMPANY),并发行股票上市。

        马可尼到英国之初,默默无闻,幸赖他母亲的人事关系,得以在名流贵族前,表演他的新发明,观者赞不绝口,尤以英国邮政局的总工程师布利司(WILLIAMPREECE),独具慧眼,认为此玩意见大有作为,前途无量。答应全力支持并广为演说宣传,也让马可尼在邮政总局的屋顶上架设天线。马可尼在英国的表演,很为成功,美中不足的是所有表演都在英国本土的陆地上进行,若能超越海洋作国际通信,岂不是更可显示无线电的功能。

         终于在1899年3 月间,成功地自英海岸多佛市(DOVER)东北角的一个名叫南福伦(SOUTH FORELAND)的悬崖灯塔内,和距离45公里的法国永莫锐(WIMEREAU)完成通信。这次示范,发送了数百封电报,也震惊欧陆,引起更多公候名士,络绎不绝前往参观设在南福伦的电台。

         在二十世纪初期前,越洋交通主要是靠轮船,从欧洲到美洲,行程约需一星期至十天之久,尤有甚者,轮船一出海即音信全无,一直要等到抵达目的地后,乃将消息经海底电缆传回出发点。万一中途遇上狂风暴雨、冰山而出事,可真是呼救无门,或就此永远失踪,所以在当时,坐船出海是一件冒着生命危险的大事,而无线电的发明无异是海上的救星。最先装无线电的是英国军舰,就在马可尼公司通越英法海峡的同一年,有两艘军舰通信的距离可达120公里之遥。

         真正的致胜法宝

         虽然马可尼已经有了初步的电报发明,但是在同时期,也还有德国电报公司和美国的李迪福斯系统公司和马可尼进行竞争,马可尼公司并没有和他们的系统有多少差异。英国科学家洛奇爵士在1894年发现使用电容器和线圈,可以变更赫兹电磁波的波长,也就是今日我们所说的谐振线路,马可尼灵机一动,将这线路应用在他的无线电报机上,果然,数台发射机可同时发射,各有各的频率,互不干扰。一经试验成功,马可尼立即申请专利,专利证是7777号,时间为1900 年4 月26日。这便是极其著名,俗称“四个七日”(FOUR SEVENS)的专利。这一成就,是无线电设计上的一个大突破,也使得马可尼公司独霸市场。

1.4 05 马可尼调谐电报机.jpg


            马可尼发明的谐振式火花发射机和接收机。两者要调至同一频率才能通信,使用多架收发组合,可各用各的频率来通信,不会互相干扰,也同时保密性相对更好,这著名的7777号专利,令马可尼强大的竞争者,毫无招架之力。这个谐振线路在一百年后的今天,仍然在用。

           至此,实用性的无线电报完成了发明。

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发表于 2017-9-30 19:59:27 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:15 编辑

1.4.5   无线电报应用及技术延伸

        通信距离的再延伸

        马可尼的成就,不止于此。他认为只要电力强大,电波可从欧洲越过大西洋而到达美洲。他这个想法,遭受到很多科学家的否定和讥笑。他们认为电波和光波一般是向直线进行的,最远只可达到二、三百公里之遥,难道马可尼连地球是圆的这点常识都不知道吗?马可尼主要是从远距离无线电波的成功实践以及电波在几百公里之外接收的事实,坚信有可能使定向电波沿地球表面传播。

         1901 年,在英国西南角的宝窦(POLDHU)及美国鳕鱼角(CAPE COD)两地架设数座高达65 米的天线塔。但是鳕鱼角的天线塔很快便被强风吹倒。经此失败后,马可尼将地点改在加拿大的纽芬兰建立一座收听台, 此次学乖了,不架设天线塔而改用气球和风筝。在英国采用了10kW发射机,马可尼在加拿大用风筝牵引天线,在宝窦的强力电台,每天在约定的时间,发送"S" 这字的摩斯电码三小时。终于在1901 年12 月12 日,马可尼从吵噪杂音中,收到远从二千五百公里越洋而来的“滴滴滴”,虽然微弱,但正确无误;起先他不相信自己的耳朵,再叫助手去证实,这便是有史以来第一次越洋通信,立刻惊震全球。此次跨洋通信实现了3700公里的传输。后来在1910年还实现了从爱尔兰射到南美的阿根廷,距离达一万公里的无线通信。

        马可尼除了发明了经济实用的电报之外,还在无线领域做了很多研究和创新,主要的成果如下:

  • 马可尼发明的抛物线定向天线,大大提高了发射和接收的性能。
  • 发现用较短波长的电波,可减低发射电力而得相同效果,并可装定向反射面,于第一次大战时,用以防敌方偷听(1916)。
  • 发明雷达原理,并予以实验。
  • 首先用无线电传送图片。

       由此看来,有很多事物,如传真、雷达、超短波、定向天线等,我们总以为是现代的产物,其实马可尼早已开拓并成功地使用了,令人不得不佩服他的才干和智慧。

       马可尼真是当时的大红人,集富贵荣华于一身。二十余岁时,以一介平民的身份,周旋于国君候爵豪富之间,在当时的欧洲社会,这是极不平凡的荣誉。1909 年,他与另一位物理学家布劳恩(KARLBRAUN)共同获得诺贝尔的物理奖,以承认他们在发展无线电报上所作的贡献。

       电报的应用和影响的扩大

        在大西洋通信成功之后,已经可以证明无线通信的距离是远超大家的想象的,只是设备的精良与否及发射功率的大小之别。当时对无线通信最迫切的是船舶航行,因为陆地已经有了比较完善的电报通信,1900年,英国军舰首次安装了马可尼无线电发报机,截止1902年,已有七十余艘轮船装有无线电,陆上电台也增至二十五座。随着无线技术的成熟,无线通信也逐渐走向了各行各业:

          从1903年开始,从美国向英国《泰晤士报》报告新闻都开始使用无线电,当天见报。
          到了1909年无线电报已经在通讯事业上大显身手。在这以后许多国家的军事要塞、海港船舰大都装备有无线电设备,无线电报成了全球性的事业。
         1906年,美国的李·德·福斯特(Lee de Forest)实现了第一次有声广播,内容是女歌手的歌声、小提琴演奏声和讲故事。
         
           1912年,当“泰坦尼克”号撞上冰山时,船长通过无线电发出了“SOS”求救信号,将游轮的坐标告知周边船舶,使得数艘轮船赶往出事地点,虽然最近的船赶到的时候已经是4个小时之后了,这时泰坦尼克已沉下一个半小时,但是这艘船救起了救生艇上的705余人。次日这消息震惊全世界,纽约和伦敦的报纸,鉴于七百余人的获救,应归功于无线电,以照片、卡通画等来表扬马可尼的功绩,并恭颂他是真正的幕后英雄。

          在第一次世界大战中,无线电立即成为将军们的新宠。它使得战地部队间能够快速地通信,从而加快战事移动速度,掌握主动权,使得无线电台在军事的应用更加广泛。

            1920年11月2日,世界上第一座领有执照的美国匹兹堡KDKA电台开始广播。此后,法国、英国、德国、意大利和日本相继在1921-1925年间成立了自己的广播电台。部分广播公司一直运作到今天:英国广播公司BBC、日本广播协会NHK,等等。

            至于后来的移动电话,则是在二战之后再通过相应的蜂窝理论发展出来。

             无线技术的其他应用:无线电导航(1911年)、无线电话(1916年)、短波通讯(1921年)、无线电传真(1923年)、电视(1929年)、微波通讯(1933年)、雷达(1935年).
                              
1.4 06无线电报机.jpg
小型化之后的无线电台


               又来争论,谁是无线电之父?

              在英国,人们把麦克斯韦奉为无线电的开创人,因为他最先语言电磁波的存在。

             在美国,有人认为德福雷斯特是无线电之父,因为他发明了三极管,而三极管是无线信号放大的核心,并且在电报传播新闻以及广播建立过程中起到了关键作用。

              在俄国,只承认波波夫是无线电通信的创始人,因为波波夫实际使用无线电报要早于马可尼,1895年5月7日,在彼得堡俄国物理化学会的物理分会上,波波夫宣读了论文《金属屑同电振荡的关系》,并且表演了他发明的无线电接收机,后来,波波夫用电报机代替电铃,当做接受机的终端,这种装置就成了一台无线电发报机。1896年3月24日,波波夫和助手雷布金在俄国物理化学协会的年会上,正式进行了用无线电传递莫尔斯电码的表演,通信距离是250米,发出报文是:“海因里希·赫兹”。它表示波波夫对这位电磁波的发明者的崇敬,但是波波夫的开始的应用仅限于军队。

              在克罗地亚及所有了解尼古拉·特斯拉的人都承认特斯拉才是无线电之父,因为毕竟特斯拉1893年就已经在美国密苏里州圣路易斯首次公开展示了无线电通信并在1897年在美国获得了无线电技术的专利。1904年,美国专利局将其专利权撤销,转而授予马可尼发明无线电的专利。这一举动可能是受到马可尼在美国的经济后盾人物,包括汤玛斯·爱迪生,安德鲁·卡耐基影响的结果。1943年,在特斯拉去世后不久,美国最高法院重新认定特斯拉的专利有效。

             在德国,人们认为赫兹才是无线电的开创者,因为他最早证明了电磁波的存在。电磁波的振动频率的单位,就是以他的姓命名的。

            然而在大众和大多数的科学家眼中,意大利人马可尼是无线电通信的发明人,他因此获得诺贝尔物理奖。

           到底是谁才是无线电之父?虽然上面都各自的贡献,并且特斯拉和波波夫实际演示要找于马可尼,但是由于马可尼一开始就对摩斯码和电报机就比较熟悉,因此在无线技术与电报机的结合上面应该是强于特斯拉和波波夫,因此马可尼取得无线电报的专利的时间(1896 年2 月)是早于特斯拉的专利时间(1897年)及波波夫的无线电报的时间(1896年3月24日),再加上只有马可尼将无线电报通过马可尼公司完成了成功的商用,而其他人所有人都没有将无线电报大规模投入商用,因此马可尼的是无线电报的发明人应该是当之无愧的。

            因此,从实际上看,可以这么认为,无线电的发明是众多科学家共同研究的成果,也是历史发展的综合产物,他是应该包含了无线电的理论,电磁波的实践,第一个无线信号发射器和检测器,再到综合的无线电报机和广播。

1.4.6   无线电报中的公司

             在无线电报的产业中,必须要提到的一个公司就是马可尼公司。
1.4 07马可尼LOGO.jpg
              马可尼无线电报公司是马可尼在伦敦创建于1897年,原名为马可尼无线电报与信号公司,是英国第一家专门制造无线电器材的公司,随着无线电报业务在美国的推广,成立美国马可尼公司,美国业务在1920被RCA公司收购。而在1922年,马可尼公司创建了著名的英国广播公司(BBC),但很快BBC就独立运营。马可尼公司1924在意大利创建Unione Radiofonica Italiana (URI),后被墨索里尼政府接手,现在的公司的名称是意大利广播电视公司。

           1946年被英国电气公司收购;1968年英国电气公司又与GEC合并,以GEC公司名字运营。后公司缩减业务,聚焦于通信和IT两项业务,并在1999年改名为马可尼公司。1999年之后的马可尼公司主要的产品是光网络产品,并且由于产品相对单一,在IT泡沫破裂之后收入逐渐走下破路,并在2005年以12亿英镑的价格被爱立信收购,当时华为也参与了竞标,但是报价比爱立信要低。


            马可尼被收购时,年收入仅10亿英镑左右,光网络的市场份额约占当年市场的10%。关于此次收购,在后续产业变迁中也还会再详细分析。

1.4.7    无线电报产业年谱


1.4 07无线电报产业年谱.jpg



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发表于 2017-9-30 20:01:21 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:24 编辑

1.5载波通信与传输
       在发明电报及运营的初期,电报通信的距离还不是很远,但是人们的通信需求却是无限的,随着后面电话的发明,长途传输线路就登上历史舞台,并在光纤发展之前大发展,建成了覆盖全球的传输网络。

1.5.1  
最初的电缆

        在无线电报发明之前,所有的电报只能通过有线进行传输,也就是意味着,需要在任何需要传输的两点之间建设专用的电报线路。在最开始,所有的传输都是电缆上面直接传输信号,并没有在线路上面做专门的传输处理。1839年,库克、惠斯登在伦敦建成了第一条21公里长的电报线路,并投入实用,1841年纽约港敷设了橡皮绝缘的海底电报电缆,1843年,塞缪尔·莫尔斯用国会赞助的3万美元建起了从华盛顿到巴尔的摩之间长达64公里的电报线路, 1851年,英国敷设了穿越英吉利海峡的海底电报电缆(40公里)。

         随着电报的技术发展,通信的长度逐渐加长,传输系统逐渐发展成一个专门的门类,有专门的设备处理。法国电报服务公司的职员博德发明五单位电码,实现多路电传打字电报系统,可在一条线路上同时拍发5种电文。而跨海电缆也由美国实业家塞勒斯·韦斯特·菲尔德13年(1954-1866)锲而不舍的尝试,终于在1866年获得成功。由于电报的通信信息相对还是简单,在电缆上面仅仅需要传输通断信号,通信的容量也相对要求低,因此真正促进传输技术发展还是电话发明之后。

        在1876年电话发明并投入运营之后,最初还仅仅是在城市之内通信,电话的电缆主要还是美国制造市内通信电缆,主要还是成对的线缆直接和交换机通信。1878年,美国在纽约与波士顿之间开通了第一条长途话缆线路。1889年美国西部电子公司(AT&T的子公司)开始大批量生产纸带绕包绝缘铅包市内通信电缆。 到了1891年英法海峡敷设最早的海底话缆。

        随着通信线路的变长,信号在线路中的衰减也就成为了大问题。在数字化之前的传输中,所有传输的信号本质上就是电流大小的信号,因此在1900年左右的时候,适应长途传输的增音器就应运而生了,通过增音器可以将线路中已经变小的电流按照原样的规律放大,然后再传输,这样就使得传输的距离不断的叠加,距离可以不断的延长,长距离电话服务成为可能。

1.5.2  载波通信史

       随着通信发展需求和容量的需求,长途线路的容量逐渐成为通信的瓶颈,因为一条线路上只能传输一路通话,距离越长,所需要的成本就越高。提升长途传输的效率和效果也就逐渐成为一个客观的需求。
有了明确的需求,就会产生突破性的解决方案。

         1915年,德国人K.W.瓦格纳和美国人G.A.坎贝尔各自发明滤波器(特定频率能够通过,其他频率的信号全部屏蔽),为载波电话的出现创造了条件。载波电话是将发送端若干个电话电路的音频信号,通过调制,将不同的语音分别调制到不同的频率上,经线路和增音设备传送到接收端。再由滤波器选出各路信号,经解调还原成各路音频信号。这样就实现了多路电话可同时在一对导线上传输而互不干扰,实现频分多路复用,实现了长途线路的成倍的提高。

1.5 01载波通信.jpg


        载波通信技术,增音器上,再加上20世纪开始逐渐走向成熟的同轴电缆,基本构成微波出现之前的长途通信传输网络。

       同轴电缆

       同轴电缆(Coaxialcable)内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆:内导体为铜线,外导体为铜管或网。同轴电缆最大的有点就是将电磁场封闭在内外导体之间,故辐射损耗小,受外界干扰影响小,常用于传送多路电话和电视。同轴电缆的得名与它的结构相关,电缆的结构按照一层圆筒式的外导体套在内导体(一根细芯)外面,两个导体间用绝缘材料互相隔离。


1.5 02同轴电缆.jpg

       同轴电缆通信系统带来大容量的同时也有如下一些缺点:建设难度大;线路衰减大,需要更多的增音设备,系统复杂;复用的话路多,出故障时影响较大。

     增音机

     补偿线路传输衰减和特性变化的设备。为了延长通信距离,实现远距离载波通信,需在线路上设置若干部增音机。在传输线路相同的情况下,通路越多,频率越高,则增音段越短。如架空明线 3路载波电话系统的每个增音段长度为 260公里,12路的每个增音段长度为120公里;小同轴电缆300路系统每个无人增音段的长度为 8.1公里;1800路的无人增音段的长度为6.2公里。

     载波电话增音机分为有人和无人增音机两种。无人增音机通常由放大器、均衡器、遥测振荡器和远供接收等装置组成。安装在地下人井中或直接埋设于地下。要求工作稳定可靠,结构简单。所需电源由有人值守增音机或终端机远距离供给,简称远供。有人增音机通常由放大器、均衡器、导频自动调节系统,以及监测、遥测、遥信和远供发送等装置组成。每隔若干部无人增音机,设置一部有人增音机,以便控制和监测辖区内的无人增音机。
      
       长途电路的建设和容量进步

       1918年,架空明线载波电话投入实际商用,1936年在同轴电缆线路上开通了12路载波电话;1941年在同轴电缆线路上实现了每对同轴电缆上开通480路载波电话,70年代就达到2700路甚至10800路载波电话。

      1932年,英国与比利时之间敷设了第一条载波传输的海底同轴电缆。

       1956年,英、美、加三国合作敷设了第一条跨越大西洋的对称式电话电缆,全长4300公里;1959年,美、法、加三国合作敷设了第二条大西洋同轴式海底通信电缆。1976年10月,中日之间的海缆系统开通,有480话路。

       至于之后过渡到了光传输的系统,就出现了容量快速提升的同时成本快速下降。

1.5.3  
微波

       微波是一种具有极高频率(通常为300 MHz ~ 300GHz), 波长很短, 通常为1 m ~1 mm 的电磁波。在微波频段, 由于频率很高, 电波的绕射能力弱, 所以信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播, 又称视距传播。微波与短波相比, 虽然具有传播较稳定,受外界干扰小等优点, 但在电波的传播过程中, 却难免受到地形、地物和气候状况的影响而引起反射、折射、散射和吸收现象, 产生传播衰落和传播失真。

      微波的发展是与无线通信的发展分不开的。无线通信初期, 人们使用长波和中波来通信。20 世纪20年代初人们发现了短波通信,直到20 世纪50 年代微波通信的兴起,它一直是国际远距离通信的主要手段,并且在目前,仍然是应急和军事中一种非常重要通信手段。

      微波通信是20 世纪50 年代的产物。由于其通信的容量大而费用省(约占电缆投资的1/5)、建设速度快、抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40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, 模拟调频传输容量高达2700路。而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。

1.5 03微波.jpg

      
      微波的通信的基本要求就是,点到点传输,中间必须无障碍。

      初期的微波主要是应用在各层面的传输连接上,随着后续光纤在干线(比如城市之间)上的应用,微波目前主要是应用在传输网络的边缘,比如基站的传输的连接。


1.5 04微波组网.jpg

      随着数字化微波的使用,微波技术领域的进步以及调制与检测技术的发展, 使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别应该指出的是, 80 年代至90年代以来, 调制解调已经从数字化初期的QPSK,8PSK逐渐的演进为32QAM,64QAM,128QAM,256QAM,甚至可以达到1024QAM,支持的速率可以达到几百M甚至达到几个G。




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发表于 2017-9-30 20:01:52 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:28 编辑

2 数字化的固定通信

       在上一章,主要说的是数字化之前的通信,数字化之前通信在发明之前,无论是科学的理论基础,还是当时商业氛围,对于发明和创造者来说,都是极其不容易的,都需要发明者有足够的耐心,极其广阔的视野(因为基本上是单打独斗)才能催生相应的发明,才能把发明推广和使用。在商用化之后,虽然技术上有进步,但是技术进步相对较慢,突破性的延伸相对是比较少的。当然,这个也和当时社会节奏整体比较慢也有很大的关系。

        但是20世纪40年代计算机的发明,特别是60-70年的集成电路和超大规模的集成电路发明之后,通信行业是比较早实现数字化的行业之一,无论是从自身设备的数字化,还是数字化运营,都是走得相对比较靠前的。

2.1
数字化时的商业环境及技术基础

       商业化的公司已经是技术进步的主导力量

       从数字化的通信设备开始,或者更早一点,通信设备改进的个人标示已经就消失了,谁听说过GSM是谁发明的,或者软交换是谁发明的,取而代之的是哪个公司,或者什么组织推动什么产业的进步,也就是基本上是以公司取代了个人在通信技术上面的进步,主要的原因应该是两个:

      1. 公司高于个人:通信产业化之后公司成为了技术或者产业的驱动力,公司出资进行相关的研究或者产品开发,因此个人就在公司之下,虽然可以说XXX是某方面专家,但是这个专家必然是存在于某个公司或者某个组织,而不是散兵游勇。而在更早之前通信史上,通信的行业公司是不存在的,因此所有的突破都是要靠个人,还必须是要靠相对富裕的个人,这个就是18世纪之前的科学家基本都是富裕家庭,都有足够的研究经费类似。

      2. 团队代替个人:技术细分和复杂化,只能以团队来完成相应的创新,通信技术的进步导致进一步的复杂化,所有的产品或者系统分门别类都是相对专业化,通信本身就存在无线,固网,光网,IP等各种技术门类,要求都通,并且很深入到能够引领产业,几乎是不存在的。哪怕就是一个领域的技术进步,都是需要一个庞大的团队,因为涉及到的技术是方方面面的,并且还是要求比较深入的,比如就是一个最简单基站,涉及到射频,基带等硬件,又涉及庞杂无线的协议,不同技术的传输和交换等等,因此靠一个人肯定是搞不定的,必须是一个庞大的团队。

       正是由于上述的两个因素,导致公司成为通信产业,通信技术前进的主要驱动力。

       计算机的发展

       数字化首先是程序控制,那就意味着,要有类似计算机的结构,然后再加上程序,也就是计算机的发展是前提,并且还必须等到计算机发展到一定的阶段。

        众所周知的第一台计算机ENIAC是美国军方定制,专门为了计算弹道和射击特性表面而研制的, 1946年这台计算机诞生于美国宾夕法尼亚大学,主要元器件采用的是电子管,。该计算机重量重达30多吨,耗电150KW,造价48万美元,但是计算能力每秒能完成5000次加法运算,比当时最快的计算工具快300倍。这种计算机是定制使用,对其他任何行业都没有任何借鉴意义,因为太复杂,成本太高。虽然这样,计算机出现之后,是打开了计算机演进和发展的大门,后面的技术进步只是时间的问题,这个就是和电报,电话及无线通信的发展一样,只是时间的问题。
          2.1 01ENIAC.jpg
                     
第一台计算机ENIAC

        随着第二代晶体管计算机及第三代集成电路的计算机的继续发展,计算机在小型化和机构化上面已经取得了很大的进步,并且在计算机的通用性上面已经有了长足的进步。到了60-70年代,各行各业都已经能够使用的CPU,内存,编程语言,各种晶体管都已经成为体系,也就是到了60年代,各种程控交换机的部件已经具备。

        器件的发展

       器件的发展使得器件进一步小型化,使得集成度能够进一步提高。比如,原来的用户电话线是要求单独的电缆,并且是直接外线,相对是比较粗的,后来就发展成直接用户电缆,一根电缆可能比之前的一对线要粗一些,但是支持的可能是几十个用户。比如是最简单的开关,原来可能是机械触点,并且器件尺寸还比较大,后来就演变成一个很小的继电器。

       随着集成电路进一步发展,单个芯片集成的晶体管数量越来越多,使得单个芯片能够实现的功能也就越多。假设原来实现某项功能可能需要5个不同功能的芯片,随着芯片的能力越来越强,就能将这5块芯片的功能用一块芯片替代,提供相同的功能,还缩小了体积,降低了功耗,也使得设计更大容量的设备成为了可能。
2.1 02集成电路.jpg

集成电路

       数字化产业发展的需要理论

       数字化的演进也是需要理论支撑,比如典型的就是香农的3大定律,是二十世纪四十年代初奠定了通信的数字理论基础。香农定律是关于信道容量的计算的一个经典定律,可以说是信息论的基础。比如在在信号处理里面经常用的傅里叶变换。这些理论都比较复杂,原理和作用也不是几句话能够讲清楚,下面就以最简单的采样定理说明一下理论对数字化的作用。

      简单举例:采样定理

      我们的现实世界中,大多数的都是模拟的,所谓模拟的就是连续的,就以我们电话中用到的说话来说,我们说话的声音是连续的,从虽然我们人耳朵听起来,声音有高有低,但是将我们的声音如果放慢,在任何很短的时间里面声音的变化都是连续的,而断续的声音,大家听得比较有感知就是部分软件中数字合成声音,听起来不舒服就是因为声音的变化是陡变,而不是连续的,是人能感知的陡变,所以人听着就不是很舒服及不自然。
而对声音的数字化就是将人的声音采用离散的计算机能够直接处理和传输1,0,0,1的编码,这个典型的就是大家熟悉MP3,MP3就是将人的声音以数字文件存储,在播放的时候,再从数字中恢复成人能够听到的语音。这个里面就涉及到模拟到数字的转换以及数字到模拟的转换。

        采样定理是美国电信工程师H.奈奎斯特在1928年提出的,在数字信号处理领域中,在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率大于信号中最高频率的2倍时,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。采样定理是说明采样频率与信号频谱之间的关系,是连续信号离散化的基本依据。比如通信领域一般认为人的声音的频率范围是300Hz-3400Hz,也就是一般情况最高就是3.4K。

        如何理解这个这个采样频率?打个不一定准确的比方,如果你的朋友电话里在以5字/秒的速度朗读一篇文章,假设让你听T秒,然后再拿开听筒T秒为一个周期(频率),如果这个T是5秒,也就是让你听5秒,再不听5秒,那么你肯定遗漏很大一部分内容。但是T变为1秒,那么遗漏的内容就会少很多,有助于你理解整篇文章,如果这个间隔再小,比如变成0.2秒,每次遗漏最多就1个字,更加有助于理解文章。如果周期再小,变为0.1秒,那么基本上每个字都能听见一部分,就不存在信息遗漏,周期如果变得再小一点,比如0.05秒,那么基本上就不会有任何遗漏了,也就是说信息就完整了。

          有了理论支撑,就可以支撑了如何将现实世界中的连续的模拟量转化为数字化设备可以处理的数字信号。设备开始数字化之后,技术演进就开始加速。



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发表于 2017-9-30 20:02:25 |显示全部楼层
本帖最后由 h68810115 于 2017-9-30 20:37 编辑

2.1      程控交换机及软交换

2.1.1     程控交换机的技术进步

      空分交换机

      随着1928年纵横制交换机的投入使用,交换机已经采用了控制和交换分离的结构。随着纵横制交换机自身的技术进步,在自动交换机的控制技术上,比如收号,发号,振铃,信令等已经有较好的理论和控制架构,这个从程控空分交换机的研发和投入使用就能够看出来。

2.2 01 程控空分交换机原理.jpg

      1965年5月,AT&T 的1号电子交换机(ESSNo.1,Electronic Switching System)问世并在新泽西州首先使用,这是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。当时的交换机话路部分还保留了机械触点,以实际的线路来传输语音的模拟信号,以“空分”方式工作,因此称为空分交换机。
                              
      在No.1ESS 交换机中,语音交换的线路部分是用的早期交换部件,设计的最大交换矩阵是8×8,简单理解就是只能同时实现8组通话,而交换机的容量主要取决于中心交换网板的容量。如果要实现更大容量的交换,这需要更多的线路交换矩阵实现更大容量的组网。基于AgnerKrarup Erlang 的理论,同时用户虽然可能随时通话,但是发生的概率是符合泊松分布的,也就是说,虽然同时通话的只有8路,但是这8路线路可以支持80个电话用户,因为80个电话用户按照概率上讲,同时通话的也就是8个用户。如果有个多的电话用户,则会大概率出现电话线路不够的情况(专业术语叫呼损)

      在No1ESS系统中,控制部分已经完全采用程序控制,当交换机工作时,控制部分自动监测用户的状态变化和所拨的号码,并根据要求执行程序,从而实现各种交换控制功能。当时的控制部分使用的CPU大约是200KHz,有5个机柜,每个机柜2米高,总共约有4米长。CPU都是由采用分立二极管-晶体管逻辑实现,而不是集成电路的CPU。CPU的设计是相当复杂的,使用了三路交织的指令执行(后来称为指令流水线),以提高吞吐量。程序存储包括数据,都不能联机写入。

      虽然1ESS交换机的集成度并不高,并且中心的交换还是模拟的线路交换,但是只有AT&T 有技术实力,实现了用分立的二极管组合成CPU的功能,并实现了线路控制。在最初的程控交换机实现之后,再继续提高集成度,降低功耗就不会有太多的难度。

      程控数字交换机

       随着脉冲编码调制(PCM)技术的迅速发展和应用,以及AT&T的空分交换机投入应用,各个公司也投入大量的研发力量,竞相研究全数字的程控交换机。法国GCE(阿尔卡特的前身)在1970年首先研制成功第一台数字程控交换机E10,并在拉尼翁(Lanion)开通使用。


2.2 02数字交换机.jpg
数字程控交换机

       数字程控交换机和空分交换机最核心的差异就是交换的内容和部件不同。数字程控交换机用户电话在通过过程中,已经把用户的语音通过8K采样,每次采样用8比特表示,也就是形成64Kbps的码流,通过中心交换的网络实现数字的交换。而空分交换则是交换的用户的模拟语音,必须以物理线路才能实现交换。

       程控交换机基本划分为两大部分:话路设备和控制设备。话路设备主要包括各种接口电路(如用户线接口和中继线接口电路等)和交换 (或接续)网络。控制设备则为电子计算机,包括中央处理器(CPU),存储器和输入 /输出设备

      程控交换机实质上是采用计算机进行“存储程序控制”的交换机,它将各种控制功能,方法编成程序,存入存储器,利用对外部状态的扫描数据和存储程序来控制,管理整个交换系统的工作。控制部分是程控交换机的核心,主体是微处理器,通常按其配置与控制工作方式的不同,可分为集中控制和分散控制两类。为了更好的适应软硬件模块化的要求,提高处理能力及增强系统的灵活性与可靠性,程控交换系统的分散控制程度日趋提高,已广泛采用部分或完全分布式控制方式。

       话路和交换网络的基本功能是根据用户的呼叫要求,通过控制部分的接续命令,建立主叫与被叫用户间的连接通路。在纵横制交换机中它采用各种机电式接线器(如纵横接线器,编码接线器,笛簧接线器等,在程控交换机中主要采用存储器等电路构成的时分接续网络。接口设备是数字程控交换机与外围环境的接口,其功能是完成外部信号与交换机内部信号的转换。数字程控交换机的接口设备主要有用户电路、中继电路和信令收发设备等。

       程控交换机在技术上和成本上极其有竞争力,程控交换机的体积小,采用电子器件大大减小了交换机的体积,这样占用机房的面积小。用电子器件代替机械部件,大大减低了能量消耗。成本低,随着集成电路价格的减低,可以大幅度减低交换机成本。同时能够提供各种新业务,比如来电显示,呼叫转移,呼叫等待等。程控交换机还大大提高了可靠性,一般情况下硬件可以达到99.999%的可靠性,也就是我们平常说的电信级可靠性,平均下来一年的宕机的时间也就5分钟。

        数字程控交换机诞生后,随着芯片的集成度不断提高,交换机的容量不断增加,成本不断降低,提供的业务也越来越多。而且可以通过配置不同的硬件和加载不同的软件,实现市话局、长话局多种功能的交换局。

       程控交换机从最开始的2000门(可以支持2000个电话用户)逐渐发展到可以支持1万门,到后来几十万门,甚至可以达到几百万门,这个是用纵横制交换机甚至空分交换机都不可能达到的容量。随着容量的增长,平均到每线电话上的成本也逐渐从最早的1000多美金逐渐降低,到了90年初期,还需要300-400美金/线,这个也就是为什么早期中国的电话初装费很贵的原因。到了90年代国内厂商的实现了群体的突破,1991年12月,中国邮电工业总工司与解放军信息工程学院合作开发的HJD-04程控交换机通过国家鉴定,并在1994年实现量产。华为C&C 08交换机1993年在浙江义乌首次商用,1995年11月,中兴ZXJ10数字程控交换机获入网许可,交换机的价格就出现了直线下降,从300多美金/线降低到120美金/线再到后面50美金/线,大大促进了国内电话用户的发展。

2.1.2     程控交换机之后的技术发展

      V5接口

      在程控交换发展成熟之后,容量越来越大,但是用户的线路都必须通过用户电缆连接到交换机上,因此太大容量的交换机在用户线缆也就越来越远,因为在一定范围内的电话用户是一定的。在这个时候就出现V5接口就适时的出现了。

      V5接口是为了适应接入网(AccessNetwork)范围内多种传输媒介、多种接入业务配置而提出的,根据速率的不同,V5接口分为V5.1和V5.2两种接口。鉴于这一新接口规范的重要性和迫切性,ITU-T第13组于1994年通过了V5.2接口的G.965建议。这些标准的制定,使得运营商能够从不同的供应商接入网接到不同厂家的交换机商,用户网络接口传输设备仅由交换机制造商提供的局面结束了。

      V5.2接口可以按需要由1~16个2M并行链路构成,并能支持PSTN接入,ISDN基本接入, V5接口是实现了中心交换与控制集中,但是用户部分拉远,就近部署到离用户相对近的地方。

      软交换

      在软交换出现之前,所有的程控交换机都是TDM(时分复用模式)电路交换,随着IP技术的发展及程控交换机自身业务的发展,软交换概念逐渐发展。

      软交换的概念最早起源于美国。当时在企业网络环境下,用户采用基于以太网的电话,通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件(Call Manager、Call Server),实现PBX(Private Branch eXchange,用户级交换机)功能。对于这样一套设备,系统不需单独铺设网络,而是与公司内部的局域网共享就可实现管理与维护的统一,综合成本远低于传统的TDMPBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高,主要用于满足通信需求,设备门槛低,许多设备商都可提供此类解决方案,因此IPPBX应用获得了巨大成功。

     受到IP PBX成功的启发,为了提高网络综合运营效益,网络的发展更加趋于合理、开放,更好的服务于用户。业界提出了这样一种思想:将传统的交换设备部件化,分为呼叫控制与媒体处理,二者之间采用标准协议且主要使用纯软件进行处理,于是,SoftSwitch(软交换)技术应运而生。简单地看,软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体,但传统的“呼叫控制”功能是和业务结合在一起的,不同的业务所需要的呼叫控制功能不同,而软交换是与业务无关的,这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。软交换在2001年左右实现首次商用。


2.1.3     程控交换机的产业发展

       随着成本的降低,固定电话普及速度就越来越快,截止2001年全球主要国家的电话用户数如下表:

2.2 04用户发展.jpg

      后面随着移动电话用户数的快速增长,固定电话的用户发展速度逐渐降低,并从05年开始,部分国家的固定电话用户逐渐开始降低。中国在2006年达到3.7亿用户的顶峰之后逐渐开始减少,截止2016年年底,全国的固话用户只有2.2亿用户,相比最高峰,已经减少了30%以上,并且还在持续减少。

2.1.4     数字交换机技术年谱
2.2 03程控交换机年谱.jpg


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发表于 2017-10-3 18:19:40 |显示全部楼层
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