现代通信技术的发展（研究性课题）

doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 现代 通信技术 的发展 [研究性学习课题报告] 研究性学习课题报告] 报告 杭州高级中学高一（3）班 韦旖然 祁晓茵 林意桥 一． 课题简要背景说明 从商周时期的烽火到今天的 3G 通讯，现代通信技术随着人类文明的进步而迅速发展。 同时， 人们的生活中对于通信技术的依赖也是日益加深。 在这个足不出户就能够尽知天下事 的年代，现代通信技术给予我们的生活莫大的帮助以及便利。所谓通信，最简单的理解，也 是最基本的理解，就是人与人沟通的方法。无论是现在的电话，还是网络，解决的最基本的 问题，实际还是人与人的沟通。现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的 技术来不断优化通信的各种方式，让人与人的沟通变得更为便捷，有效。这是一门系统的学 科，目前炙手可热的 3G 就是其中的重要课题。 了解现代通信技术的发展历程， 不仅能够帮助我们更好的加深对于这些我们生活中时时 刻刻都在使用的通讯工具的了解， 也能够做到在与时俱进的同时， 放眼回望那些人类文明进 程中的灿烂过往。 二． 内容提要及关键字 古代通信 现代通讯 发展历程 便民利民的通讯技术 三． 课题研究进程安排 1.2010 年 7 月 4 日 课题确定 2.2010 年 7 月 10 日—2010 年 7 月 20 日 进行课题背景、意义与可行性分析，制定研 究步骤 3.2010 年 7 月 25 日—2010 年 8 月 5 日 搜集相关资料，并将其汇总、筛选、整合 4.2010 年 8 月 14 日—2010 年 8 月 15 日 完成结题报告 四. 课题研究具体内容与成果 1． 古代人民所使用的通信技术 烽火台（商周时期）—→信：马匹（中途有驿站） ，信鸽（短距离使用） ，民 信局—→（发明火药之后）信号弹 在我国古代社会里， 人们很早就使用通信的方法来互相联系了。 根据古书记载和发掘出 来的古代文物来推断， 我们的祖先在没有发明文字和使用交通工具之前， 就已经能够互相通 信了。当时人们通信，很可能是采取以物示意的通信方法。我国云南省境内，有些少数民族 中的个别部落，在解放前还停滞在原始公社阶段。他们没有文字，也没有交通工具，可是却 有原始的通信方法：例如景颇族有些部落，人们把辣椒送给朋友，表示自己遇到了很大的困 难；载瓦族的青年人把一片叫做“得郎”的树叶送给他的女朋友，表示请她去赴约会；在佤 族中，如果送的是火药或铅弹，是表示要打仗了，如果送的是一块结晶的方盐，中间钻个小 孔，那就是困难问题已经解决了的意思。 从这几个例子里，我们不难想象古代人们是怎样用 以物示意的方法来互相通信的。 以物示意的通信方法，是一种很原始的方法。后来，人们的来往越来越多，范围也越来 越广，就开始出现了有组织的通信方法。 【1】 烽火台 根据古史记载， 在二千七百多年前的周朝幽王时期就有了利用烽火传递信息的方法。 据 说在边疆及通达边疆的道路上，每隔一定的距离，就筑起一座烽火台，接连不断。烽火台里 装满柴草，遇到敌人入侵时，便一个接一个地点起烽火报警。各路诸侯见到烽火，就会派兵 前来援助，共同抵抗敌人。 中国历代王朝，利用这种烽火报警的方法来传递军事情报，相沿很久。从后来发掘出来 的“汉简”。可以知道：在两汉时代，从河西四郡（今甘肃武威、张掖、酒泉、敦煌） ，一直 到盐泽（今新疆东部罗布泊） ，都有烽火台设置，而且规模很大，据说是“五里一燧，十里一 墩，三十里一堡，百里一城寨”。这些烽火台由各地地方官吏管辖。在地方最高长官太守以 下，还设有不同等级的管理烽火台的官吏，如都尉、鄣尉、候官、候长、燧长等；各台还按 照远近大小，分别配置若干兵卒。举放烽火的方法，昼夜不同，白天举烟，夜晚放火。此外， 还采用各种不同的暗号来表示进犯敌人的多少， 例如敌人在五百以下的放一道烽火， 五百以 上的放两道烽火，等等。这种有组织的通信方法，对防守边疆、抵御敌人，曾起过一定的作 用。这种通信方法，直到明、清时代，许多地方还在使用。例如山东省的烟台市，就是因为 明朝在那里设置狼烟台，防止倭寇入侵而得名的。 用烽火传递军情，固然很快，但它不能把详细的敌情从边境传达上来，更不能把上面的 命令传达下去。所以，随着社会的发展和政治、军事的需要，还形成了传送官府文书的更严 密的邮驿制度，和烽火配合使用。 【2】两千多年的邮驿通信 周朝时期，诸侯都自成一个国家。他们为政治、军事上的需要，都在大道上经常设有驿 马和邮车，往返传送官府文书。春秋时代的孔子就曾说过：“德之流行，速于置邮而传命”。 意思是说，他所提倡的道德学说，会比邮驿传送命令传播得更快。可见那时邮驿通信不仅已 相当完备，而且速度也相当高了。 邮驿通信随着政治、经济和文化的发展，逐渐完备起来。秦始皇统一中国后，在全国修 筑驰道，“车同轨”，“书同文”，更促进了邮驿通信的发展。到了唐朝，这种制度更是盛极一 时。唐朝的邮驿，分陆驿、水驿和水陆兼办三种，共有一千六百多处，其中水驿二百六十多 处，水陆兼办的也有八十多处。邮 驿的行程也有明文规定，如陆驿规定马每天走七十里，驴 五十里，车三十里。各级官吏使用车马多少，也有一定限制。不按规定办事的要受到处分。 遇有紧急事情，驿马一天能跑三百里以上。诗人岑参在《初过陇山途中呈宇文判官》诗中， 描绘邮驿速度道：“一驿过一驿，驿骑如星流；平明发咸阳，暮及陇山头。”公元 755 年（唐 玄宗天宝十四年） ，安禄山在范阳（今北京一带）起兵反对唐朝，当时唐明皇（即唐玄宗） ， 正在华清宫（今陕西临潼县境） ，离范阳有好几千里路，可是很快就接到了这个消息。可见 唐朝邮驿通信的组织和速度已经达到很高的水平。 元朝时期，由于军事活动范围的扩大，通信事业就更加发展了。那时仅在中国境内，就 设有驿站一千四百九十六处。元朝将驿馆音译为“站赤”，所以后来通称邮驿为驿站。 另外元朝还沿袭宋朝的办法，在各州县广泛设置“急递铺”。这种急递铺是专门传递官府 的紧急公文的，有点象现在的军邮，全国估计约有两万处。每铺有几个铺丁，日夜不停地递 送文件。这些铺丁腰里挂着铃铛，手里拿着枪，夜间还要拿着火把。他们走到路狭地方，就 用力振铃，叫路上车马行人让路。在快到下一个急递铺时，也在很远地方振铃，下铺一闻铃 声，即作好准备，接递文书，继续前进。这样，一铺接一铺不停地传递，一昼夜规定要走四 百里。 明朝驿站，基本上沿袭旧制。清朝中叶以后，近代邮政逐渐发展起来，代替了古老的驿 站制度。 两千多年来的邮驿通信，虽然在边防和经济、文化的交流等方面，起到一定的作用，但 对广大人民却是个沉重的负担。例如，唐明皇为了让他的宠妃杨贵妃吃到新鲜荔枝，就为她 从长安（今西安）到四川涪陵专设了一路邮驿，昼夜飞驰，运输新鲜荔枝。唐朝诗人杜牧所 写的“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来”，这两句有名的诗句，就是对这件事的讽刺。又如 清朝康熙年间，贵州巡抚佟凤彩就曾上书皇帝，诉说贵州地区驿站的痛苦情况。他说，天下 最苦最累的莫过于驿站，而驿站最险最远的又莫甚于贵州。夫抬一站，势必足破肩穿，马走 一站，也必蹄瘸脊烂。甚至苗民被逼得不能种地织布，死的死，逃的逃，流离失所的一天比 一天多。 其实， 历史上各个朝代的邮驿通信都普遍有这种现象， 这不过是两个典型例子而已。 【3】民信局和侨批局 我国古书中记载了许多“鸿雁传书”一类的故事，古代人民通信的困难，可以想见。后 来，由于生产的发展和生活的需要，人们的往来频繁，出外经商的、做工的，以及在战乱年 代被迫出征的战士和远离 家乡逃荒避难的人们，都需要和家乡亲友通信。特别是各地商人， 为了互相交流商情、商谈贸易、寄递帐单等，更迫切需要通信。于是民间传递信件的业务就 应时而起。大约在唐朝的时候，长安、洛阳之间，就有了主要为民间商人服务的“驿驴”。 当时还有一种叫做“飞钱”的办法， 就是各地商人把在长安贩卖货物所得的钱， 存入各地方 官府驻长安的机构，再凭收据到各地方的官府如数取钱。这实际上就是汇兑业务的萌芽。当 时还发行了一种叫做“邸〔dǐ〕报”的手抄或木刻报纸，通过邮驿传到各地，好象现在的报 刊发行一样。到了明朝，就出现了专为民间传递信件的民信局。西南各省的民信局有的叫作 “麻乡约”， 相传起源是这样的： 湖北麻城县孝感乡被迁往四川开垦的农民， 由于想念家乡， 相约每年推同乡回乡几次，来往带送土产和信件，后来就形成专业的民信局。 民信局开始出现于沿海沿江通商方便的城市， 以后逐渐发展到内地， 直到东北和西北各 省。清朝道光、咸丰、同治年间（公元 1821 至 1874 年）是民信局发展最盛的时期，当时全 国大小信局总共有几千家。 自从清朝政府与英国签订丧权辱国的五口通商条约以后， 上海商 业和交通畸形发展，各民信局便纷纷扩大组织，在上海设立总号，在各地商埠设立分号、联 号或代理店。规模小的民信局，就联合起来营业。这样，在全国各商埠和交通较方便的大市 镇联成了一个稀疏的民间通信网。 民信局是一种商业组织，由东家（俗称老板）出资，雇用店员经营。因为它是以谋利为 主要目的的，所以凡是能够获利较多的地方，各民信局就争设机构和路班，无利可图的偏僻 地区就无人注意。民信局的服务对象也主要是商人。为了招揽业务，各民信局还给他们的主 顾以种种便利。例如：在晚间商店结帐后，派人到各商店，登门收揽邮件和汇款。长年主顾 还可以记帐总付信资，甚至还可以打折扣。 2．古代的通信方式是如何进化到现代通信方式的 人类进行通信的历史已很悠久。早在远古时期，人们就通过简单的语言、壁画等方式交 换信息。千百年来，人们一直在用语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书等传递信息，古代 人的烽火狼烟、 飞鸽传信、 驿马邮递就是这方面的例子。 现在还有一些国家的个别原始部落， 仍然保留着诸如击鼓鸣号这样古老的通信方式。在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中 的旗语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。 这些信息传递的基本方都是依靠人的视觉 与听觉。 19 世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现， 人类通信领域产生了根本 性的巨大变革，实现了利用金属导线来传递信息，甚至通过电磁波来进行无线通信，使神话 中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方 式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列铁技术革新，开始了人类通信的新时代。 3．促进现代通信技术发展的主要原因 通信技术和通信产业 20 世纪 80 年代以来发展最快的领域之一。 不论是在国际还是在国 内都是如此。这是人类进入信息社会的重要标志之一。 通信就是互通信息。从这个意义上来说，通信在远古的时代就已存在。人之间的对话是 通信，用手势表达情绪也可算是通信。以后用烽火传递战事情况是通信，快马与驿站传送文 件当然也可是通信。现代的通信一般是指电信，国际上称为远程通信。 纵观同新的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。在这一阶段，通 信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1937 年，莫尔斯发明电报机，并设计莫 尔斯电报码。1876 年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传 输语音，由此大大加快了通信的发展进程。1895 年，马可尼发明无线电设备，从而开创了 无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是 通信系统和通信网的技术。 通信系统是指点对点通所需的全部设施， 而通信网是由许多通信 系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。 早期的通信形式属于固定点之间的通信，随着人类社会发展，信息传递日益频繁，移动 通信正是因为具有信息交流灵活， 经济效益明显等优势， 得到了迅速的发展， 所谓移动通信， 就是在运动中实现的通信。其最大的优点是可以在移动的时候进行通信，方便，灵活。现在 的移动通信系统主要有数字移动通信系统（GSM）,码多分址蜂窝移动通信系统（CDMA） 。 4．数字化时代的来临 1888 年，德国青年物理学家海因里斯.赫兹（H.R.Hertz）用电波环进行了一系列实验， 发现了电磁波的存在，他用实验证明了麦克斯韦的电磁理论。这个实验轰动了整个科学界， 成为近代科学技术史上的一个重要里程碑，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。 电磁波的发现产生了巨大影响。不到 6 年的时间，俄国的波波夫、意大利的马可尼分别发明 了无线电报，实现了信息的无线电传播，其他的无线电技术也如雨后春笋般涌现出来。1904 年英国电气工程师弗莱明发明了二极管。1906 年美国物理学家费森登成功地研究出无线电 广播。1907 年美国物理学家德 福莱斯特发明了真空三极管，美国电气工程师阿姆斯特朗应 用电子器件发明了超外差式接收装置。1920 年美国无线电专家康拉德在匹兹堡建立了世界 上第一家商业无线电广播电台， 从此广播事业在世界各地蓬勃发展， 收音机成为人们了解时 事新闻的方便途径。1924 年第一条短波通信线路在瑙恩和布宜诺斯艾利斯之间建立，1933 年法国人克拉维尔建立了英法之间和第一第商用微波无线电线路， 推动了无线电技术的进一 步发展。 电磁波的发现也促使图像传播技术迅速发展起来。1922 年 16 岁的美国中学生菲罗.法 恩斯沃斯设计出第一幅电视传真原理图，1929 年申请了发明专利，被裁定为发明电视机的 第一人。1928 年美国西屋电器公司的兹沃尔金发明了光电显像管，并同工程师范瓦斯合作， 实现了电子扫描方式的电视发送和传输。1935 年美国纽约帝国大厦设立了一座电视台，次 年就成功地把电视节目发送到 70 公里以外的地方。 1938 年兹沃尔金又制造出第一台符合实 用要求的电视摄像机。经过人们的不断探索和改进，1945 年在三基色工作原理的基础上美 国无线电公司制成了世界上第一台全电子管彩色电视机。 直到 1946 年， 美国人罗斯.威玛发 明了高灵敏度摄像管， 同年日本人八本教授解决了家用电视机接收天线问题， 从此一些国家 相继建立了超短波转播站，电视迅速普及开来。 图像传真也是一项重要的通信。自从 1925 年美国无线电公司研制出第一部实用的传真 机以后，传真技术不断革新。1972 年以前，该技术主要用于新闻、出版、气象和广播行业； 1972 年至 1980 年间，传真技术已完成从模拟向数字、从机械扫描向电子扫描、从低速向高 速的转变，除代替电报和用于传送气象图、新闻稿、照片、卫星云图外，还在医疗、图书馆 管理、情报咨询、金融数据、电子邮政等方面得到应用；1980 年后，传真技术向综合处理 终端设备过渡，除承担通信任务外，它还具备图像处理和数据处理的能力，成为综合性处理 终端。静电复印机、磁性录音机、雷达、激光器等等都是信息技术史上的重要发明。 此外，作为信息超远控制的遥控、遥测和遥感技术也是非常重要的技术。遥控是利用通信线 路对远处被控对象进行控制的一种技术，用于电气事业、输油管道、化学工业、军事和航天 事业；遥测是将远处需要测量的物理量如电压、电流、气压、温度、流量等变换成电量，利 用通信线路传送到观察点的一种测量技术，用于气象、军事和航空航天业；遥感是一门综合 性的测量技术， 在高空或远处利用传感器接收物体辐射的电磁波信息， 经过加工处理 或能够 识别的图像或电子计算机用的记录磁带，提示被测物体一性质、形状和变化动态，主要用于 气象、军事和航空航天事业。 随着电子技术的高速发展，军事、科研迫切需要解决的计算工具也大大改进。1946 年 美国宾夕法尼亚大学的埃克特和莫希里研制出世界上第一台电子计算机。 电子元器件材料的 革新进一步促使电子计算机朝小型化、高精度、高可靠性方向发展。20 世纪 40 年代，科学 家们发现了半导体材料，用它制成晶体管，替代了电子管。1948 年美国贝尔实验室的肖克 莱、巴丁和布拉坦发明了晶体三极管，于是晶体管收音机、晶体管电视、晶体管计算机很快 代替了各式各样的真空电子管产品。1959 年美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，从此 微电子技术诞生了。 1967 年大规模集成电路诞生了， 一块米粒般大小的硅晶片上可以集成 1 千多个晶体管的线路。1977 年美国、日本科学家制成超大规模集成电路，30 平方毫米的硅 晶片上集成了 13 万个晶体管。微电子技术极大地推动了电子计算机的更新换代，使电子计 算机显示了前所未有的信息处理功能，成为现代高新科技的重要标志。 为了解决资源共享问题， 单一计算机很快发展成计算机联网， 实现了计算机之间的数据 通信、数据共享。通信介质从普通导线、同轴电缆发展到双绞线、光纤导线、光缆；电子计 算机的输入输出设备也飞速发展起来，扫描仪、绘图仪、音频视频设备等，使计算机如虎添 翼，可以处理更多的复杂问题。20 世纪 80 年代末多媒体技术的兴起，使计算机具备了综合 处理文字、声音、图像、影视等各种形式信息的能力，日益成为信息处理最重要和必不可少 的工具。 至此，我们可以初步认为：信息技术（Information Technology，简称 IT）是以微电 子和光电技术为基础， 以计算机和通信技术为支撑， 以信息处理技术为主题的技术系统的总 称，是一门综合性的技术。电子计算机和通信技术的紧密结合，标志着数字化信息时代的到 来 五．附录 【通信发展史】 通信发展史】 [有线通信] 美国莫尔斯(F.B.Morse):约 5km 的电报(点,划,空间→字母,数字); 美国贝尔(A.G.Bell):取得电话机专利(电信号→语音); 美国普宾:通信电缆; 1972 年 日本:公共通信网的数据通信,传真通信业务; 美国:发表贝尔数据网络,英国:图像信息服务实验; 现代 通信系统利用某些集中转接设施→复杂信息网络 →"交换功能"→实现任意两点之间信号的传输. [无线通信] 1864 年 英国麦克斯韦:电磁波的存在设想; 1888 年 德国赫兹(H.Hertz):证实电磁波的存在; 1895 年 意大利马可尼:传距仅数百米的无线通信; 190 1 年 意大利马可尼:横渡大西洋的无线通信; 1938 年 法国里本斯:PCM 方式; 1940 年 美国 CBS:彩色电视实验广播; 1951 年 美国 CBS:彩色电视正式广播; 现代 无线通信遍及全球并通向宇宙, 如 GPS 其精度可达数十米之内. 【数学分析方法发展史】 数学分析方法发展史】 一,傅立叶分析 1822 年 法国数学家傅立叶(J.Fourier):奠定傅立叶级数理论基础; 泊松(Poisson),高斯(Gauss):应用到电学中; 19 世纪末 用于工程实际的电容器→处理各种频率的正弦信号; 20 世纪 谐振电路,滤波器,正弦振荡器→扩展应用领域. 二,拉普拉斯变换 19 世纪末 英国工程师赫维赛德(O.Heaviside):运算法(算子法)-先驱; 法国数学家拉普拉斯(P.S.Laplace):拉普拉斯变换方法; 20 世纪 70 年代后 CAD 求解电路分析方法 →替代拉氏变换. 离散等其它系统的发展→ 三,Z 变换 1730 年 英国数学家棣莫弗(De Moivre):生成函数-类似; 19 世纪 拉普拉斯: 贡献 20 世纪 沙尔(H.L.Seal): 贡献; 20 世纪 50~60 年代 抽样数据控制系统 →Z 变换应用. 数字计算机的研究与实践 四,状态方程分析 20 世纪 50 年代 经典的线性系统理论(外特性); 20 世纪 60 年代 现代的线性系统理论(内部特性), 卡尔曼(R.E.Kalman):状态空间方法. 【简史】 1962 年 第一次跨大西洋的电视转播 1962 年 7 月 11 日，“电星 1 号”在美国缅园州的安 多弗站与英国的贡希站和法国的普勒默——博多站之间成功地进行了横跨大西洋的电视转 播和传送多路电话试验。 1963 年 7 月 26 日，美国国家航空宇航局发射了“同步 2 号”（Syncom Ⅱ）通信卫星， 在非洲、欧洲和美国之间进行电话、电报、传真通信。由于这颗卫星有 30 度倾角，因此它 的运行轨道相对于地面作 8 字形移动，而非真正的“同步”，所以还不能称之为“静止卫星”。 太空中的 Syncom 卫星 1963 年 8 月 23 日，肯尼迪总统引用莫尔斯拍发的第一份公众电报报文“上帝创造了何 等奇迹”结束了他与尼日利亚总理会话，这是经“辛康姆（Syncom）”通信卫星的第一次电话 会话，声音传播了 72000 多公里。 1964 年 世界上第一颗地球同步静止轨道通信卫星 1964 年 8 月 19 日，美国发射了“同 步 3 号”（Syncom Ⅲ）卫星。这是世界上第一颗地球同步静止轨道通信卫星。1958 年 12 月 18 日，美国发射了第一颗通信卫星，由于技术上的原因，仅仅工作了 13 天。从此，卫星 通信进入实验阶段。1963 年至 1964 年美国发射了三颗实验性地球同静止轨道卫星，只有第 三颗卫星“同步 3 号”完全成功。 1964 年 开始卫星通信业务 1964 年 8 月 20 日，成立了以美国通信卫星有限公司为首的 “国际通信卫星财团”，次年更名为“国际通信卫星组 织”，即著名的 INTELSAT。这一组织总 部设在华盛顿，其宗旨是建议和发展一个全球通信卫星系统，一视同仁地供世界各国使用， 以便改进其电信服务。 确立了卫星通信体制和标准地球站的性能标准， 卫星通信业务从此正 式成为一种国际间的商用业务。 1965 年 同步卫星通信时代的开始 1965 年的 4 月 6 日， 国际卫星通信组织 （INTERSAT） 发射了一颗半试验、半实用的静止通信卫星——“晨鸟”（Early Bird） ，又称为“国际通信卫星 -Ⅰ( Intelsat 1)”，作为世界上第一颗实用型商业通信卫星，它为北美和欧洲之间提供通信服 务，开创了卫星商用通信的新时代。“晨鸟”标志着卫星通信从试验阶段转入实用阶段，同步 卫星通信时代的开始 第一颗实用型商业通信卫星-“晨鸟 晨鸟” 第一颗实用型商业通信卫星 晨鸟 1999 年 开通全球海上遇险和安全系统 1999 年 2 月 1 日， GMDSS 系统在全世界各航运 国家全面启用。与在此之前广泛应用的呼救信号“SOS”不同，GMDSS 是是一个船岸间通信 新系统——“全球海上遇险和安全系统”。 它由卫星通信系统和地面无线电通信系统两大部分 组成。卫星系统又包括国际海事卫星分系统和极低轨道搜救卫星分系统两部分。GDMSS 是 建立在先进的卫星通信技术、数字技术和计算机技术的基础上的先进系统，在船只遇难时， 不仅能向更大的范围更迅速、更可靠地发出救难信息，还能以自动、半自动的方式取代以前 的人工报警方式。 1

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