認(rèn)識(shí)通信 課件 第1、2章 回溯冷兵器時(shí)代的通信、有線(xiàn)通信的前世今生

認(rèn)識(shí)通信陳金鷹博士教授中國(guó)通信學(xué)會(huì)會(huì)士四川省通信學(xué)會(huì)理第1章回溯冷兵器時(shí)代的通信1.1原始的聲波通信1.2演進(jìn)的圖像文字通信1.3代價(jià)高昂的遠(yuǎn)程中繼接力通信內(nèi)容簡(jiǎn)介23豐功和智慧1.1原始的聲波通信猴啼猿叫演化為各種語(yǔ)言人類(lèi)像形圖案各種文字進(jìn)化成竹簡(jiǎn)記事創(chuàng)造出紙張印書(shū)風(fēng)火狼煙改進(jìn)成快馬驛站從最初的千百成年知識(shí)沉淀凝聚了前人的4440萬(wàn)～150萬(wàn)年從古猿到人類(lèi)過(guò)程中使用工具直立行走通常意義下的信息交換1.1.1南方古猿的啼聲通信學(xué)會(huì)例如：發(fā)現(xiàn)食物、危險(xiǎn)、面臨生死等高興或悲傷場(chǎng)景語(yǔ)言出現(xiàn)之前交流思想各種啼叫聲、肢體動(dòng)作實(shí)現(xiàn)我們現(xiàn)在講的一切通信系統(tǒng)信源信道通信終端信源信道信宿聲波聲波原始古猿啼嘯叫聲構(gòu)成的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)信宿古猿通信系統(tǒng)51.1.2史前人類(lèi)的語(yǔ)言通信大約在9萬(wàn)年前大約3.5萬(wàn)年前開(kāi)始“說(shuō)話(huà)”開(kāi)始使用語(yǔ)言是人類(lèi)遠(yuǎn)祖語(yǔ)言的產(chǎn)生人類(lèi)進(jìn)步的一大質(zhì)的飛躍人與動(dòng)物的本質(zhì)區(qū)別之一只有掌握這種編碼的人群才能解碼并聽(tīng)懂語(yǔ)言所要表達(dá)的意思語(yǔ)言的本質(zhì)信息的復(fù)雜交流方式對(duì)信息的不同編碼是6近距離無(wú)記憶通信方式語(yǔ)音通信特點(diǎn)空氣阻力擴(kuò)散衰減只能語(yǔ)音通信啼聲通信區(qū)別信息量大信息量小編碼復(fù)雜編碼簡(jiǎn)單需要學(xué)習(xí)無(wú)需學(xué)習(xí)7中繼接力語(yǔ)言長(zhǎng)途通信和廣播通信信宿D(zhuǎn)

D信宿E雙向通信單向通信單向通信中繼B中繼C信源A信宿F(a)中繼接力語(yǔ)言長(zhǎng)途通信（b）語(yǔ)音廣播通信8廣播通信一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信9語(yǔ)言通信的問(wèn)題只能口口相傳面對(duì)面?zhèn)魇谥荒茉诓柯鋬?nèi)傳播相近年代人之間傳播這導(dǎo)致一旦掌握這些知識(shí)的人員過(guò)世，積累的知識(shí)和信息便隨之丟失。知識(shí)積累過(guò)程依然很慢，人類(lèi)文明進(jìn)步的速度受到極大的制約。其結(jié)果交流、通信人類(lèi)知識(shí)廣泛傳播、共享、保存不同地域間、世代的人類(lèi)10300萬(wàn)年～1萬(wàn)年舊石器時(shí)代內(nèi)蒙古陰山的原始人類(lèi)開(kāi)始使用巖畫(huà)1.2演進(jìn)的圖像文字通信1.2.1陰山巖畫(huà)的圖像通信公元前3500年左右的時(shí)段圖像符號(hào)開(kāi)始逐漸演變成了圖像通信知識(shí)或信息以符號(hào)、圖案的形式被記錄在巖壁或物體上，人們通過(guò)眼睛識(shí)別符號(hào)、圖案來(lái)獲取信息。特點(diǎn)11A地符號(hào)圖案（信源）B地符號(hào)圖案（信宿）固定或可攜帶移動(dòng)物體承載符號(hào)圖案的物體（信道）原始的圖像通信可攜帶的石塊、木塊或獸皮信源是通過(guò)人手繪制的符號(hào)圖案信宿是人的眼睛，完成對(duì)編碼圖像信息的解碼過(guò)程12案例：現(xiàn)在人們?cè)谝恍r洞、石壁、古墓穴中見(jiàn)到的一些符號(hào)和圖案，這就是知識(shí)的長(zhǎng)期保存的典型。通信距離、世代薪火相傳問(wèn)題原始的圖像通信中符號(hào)圖案承載信息解決的是信息的存儲(chǔ)問(wèn)題易于攜帶的物體有利用將人類(lèi)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)信息傳輸?shù)饺祟?lèi)可以到達(dá)的地方解決的是知識(shí)不會(huì)因?yàn)榍叭说倪^(guò)世而失傳可攜帶的知識(shí)可使知識(shí)得以廣泛傳播有利用人類(lèi)文明的進(jìn)程加速131.2.2大麥地開(kāi)始的文字通信所能表達(dá)的信息量有限符號(hào)和圖案通信的缺陷約1．5萬(wàn)年的寧夏衛(wèi)寧北山地區(qū)大麥地的巖畫(huà)上有了類(lèi)似文字性質(zhì)的符號(hào)，呈現(xiàn)出早期巖畫(huà)的象形性，與漢字的象形字型相類(lèi)似。原始文字早期巖畫(huà)演化甲骨文像形文字小篆隸書(shū)繁體文字語(yǔ)言通信文字通信演化演化演化演化演化繁體文字演化14用眼讀取文字信息的人是通信的接收方信源文字表達(dá)發(fā)起方所要傳遞的信息寫(xiě)上文字的棉帛、羊皮、竹簡(jiǎn)是信息載體人對(duì)刻寫(xiě)有文字的載體的攜帶和轉(zhuǎn)移是信息的傳輸過(guò)程信宿信道手寫(xiě)文字接收文字寫(xiě)在棉帛、羊皮、竹簡(jiǎn)上的文字信息，可以長(zhǎng)期保存和從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，從而解決了信息的可大量記憶和遠(yuǎn)距離、跨世代傳輸問(wèn)題。151.2.3蔡倫始創(chuàng)的紙張書(shū)信通信公元105年?yáng)|漢用破布、樹(shù)皮、麻頭、等為原料，搗爛成漿糊狀，再撈在細(xì)竹簾上，漏去水分，留在簾子上的纖維薄片定型干燥后便成了“蔡侯紙”。蔡倫雙向通信單向通信信宿D(zhuǎn)中繼B中繼C信源A單向通信中繼接力的長(zhǎng)途紙張書(shū)信通信16跨時(shí)間保存有利于知識(shí)的傳承，使人類(lèi)可以學(xué)習(xí)、繼承、發(fā)揚(yáng)前人思想，知識(shí)積累大大增加。紙張產(chǎn)生運(yùn)用信息載體的成本問(wèn)題解決的是廉價(jià)的文字通信方式實(shí)現(xiàn)的是特點(diǎn)廉價(jià)跨地域空間傳輸廉價(jià)跨時(shí)間長(zhǎng)期保存知識(shí)可以跨空間傳輸促進(jìn)了不同國(guó)家、不同民族之間的交流，促進(jìn)了世界范圍內(nèi)全人類(lèi)的知識(shí)共享。171.2.4畢昇促進(jìn)的書(shū)籍廣播通信公元1048年北宋發(fā)明了活字印刷術(shù)，解決了大批量復(fù)制文字信息的難題，從而導(dǎo)致大量低成本書(shū)籍的流行和使用。畢昇書(shū)籍廣播通信讀者信宿C單向通信讀者信宿D(zhuǎn)印刷廠(chǎng)廣播站B作者信源A讀者信宿E廣播

單向通信銷(xiāo)售181.3代價(jià)高昂的遠(yuǎn)程中繼接力通信1.3.1成吉思汗的驛傳通信對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)而言，信息獲取的實(shí)時(shí)性往往直接關(guān)系到戰(zhàn)爭(zhēng)的勝敗和國(guó)家的興衰?，F(xiàn)實(shí)世界所發(fā)生的事情經(jīng)過(guò)記錄、傳遞的文字通信到達(dá)接收者手中時(shí)往往已經(jīng)過(guò)時(shí)間可能許多信息已經(jīng)沒(méi)有實(shí)用價(jià)值或意義19公元前490年馬拉松戰(zhàn)役長(zhǎng)跑能手菲迪皮季斯從馬拉松戰(zhàn)場(chǎng)出發(fā)奔跑了42.195公里到達(dá)雅典城的中央廣場(chǎng)準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信單靠個(gè)人作信使進(jìn)行跑步傳輸信息的通信距離是有限的經(jīng)驗(yàn)證明腳力通信20我國(guó)有3000多年利用郵驛傳遞信息的歷史唐朝最盛時(shí)期全國(guó)有1639個(gè)驛站準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信傳遞信息最快要求日馳500里

中繼A中繼B中繼C信宿信源

驛站A驛站B驛站C發(fā)出命令接收命令幾十公里幾十公里蒙古軍可在情況緊急時(shí)，24小時(shí)馳400里郵驛通信21古代利用鴿子能夠找到原來(lái)巢穴的特點(diǎn)將書(shū)信捆在鴿子腿上，當(dāng)鴿子回到原巢穴時(shí)，主人取下鴿子腿上的文書(shū)準(zhǔn)實(shí)時(shí)通信飛鴿傳書(shū)文字通信信宿信源發(fā)出命令接收命令鴿子的飛行速度在70千米110千米每小時(shí)急速飛行速度在90千米～150千米每小時(shí)500公里的路程，平原地帶需要7個(gè)小時(shí)以上22中繼接力遠(yuǎn)程通信1.3.2周幽王的狼煙峰火通信

中繼A中繼B中繼C信宿信源

峰火臺(tái)A峰火臺(tái)B峰火臺(tái)C發(fā)出命令接收命令狼煙通信公元前772年的周幽王時(shí)代為了防范北方游牧部落入侵，周幽王在邊境的山峰上設(shè)立綿延不絕的烽火臺(tái)監(jiān)視遠(yuǎn)方敵人的活動(dòng)實(shí)時(shí)通信遠(yuǎn)程自由空間光通信23旗語(yǔ)通信近距離實(shí)時(shí)通信顏色通信24金鼓通信號(hào)角通信25第1章回溯冷兵器時(shí)代的通信 1.1原始的聲波通信 1.1.1南方古猿的啼聲通信 1.1.2史前人類(lèi)的語(yǔ)言通信 1.2演進(jìn)的圖像文字通信 1.2.1陰山巖畫(huà)的圖像通信 1.2.2大麥地開(kāi)始的文字通信 1.2.3蔡倫始創(chuàng)的紙張書(shū)信通信 1.2.4畢昇促進(jìn)的書(shū)籍廣播通信 1.3代價(jià)高昂的遠(yuǎn)程中繼接力通信 1.3.1成吉思汗的驛傳通信 1.3.2周幽王的狼煙峰火通信

本講內(nèi)容小結(jié)26在原始的通信時(shí)代，人們?yōu)榱私涣鳎仁前l(fā)出各叫聲，進(jìn)而演化成語(yǔ)言。面對(duì)面的語(yǔ)言交流解決了實(shí)時(shí)通信問(wèn)題，但這種通信方式的明顯缺點(diǎn)是通信距離近且難以被不同部落理解。為了保存信息，產(chǎn)生了巖畫(huà)和符號(hào)，進(jìn)而演化成文字。然而文字需要附著在物體上，為了便于攜帶和記載，最初采用竹簡(jiǎn)、綿帛來(lái)記載。這種通信方式的缺點(diǎn)是文字載體成本高，不便普及。由此催生出的紙張使書(shū)信成本降低到普通人可以接受的程度。知識(shí)可以被記在書(shū)上，通過(guò)看書(shū)就可吸收大量前人的知識(shí)，這種通信的問(wèn)題是信息往往是非實(shí)時(shí)的，甚至可能已經(jīng)失效。為了能即時(shí)獲取當(dāng)前正在發(fā)生的信息，便產(chǎn)生了驛站通信、聲光通信。內(nèi)容回眸謝謝認(rèn)識(shí)通信29只能在人、動(dòng)物行走范圍所及距離的非適時(shí)通信上章回顧語(yǔ)言通信解決本地實(shí)時(shí)通信問(wèn)題只能在本部落內(nèi)、相近兩三代人之間通信文字通信解決信息的存貯與異地通信問(wèn)題內(nèi)容簡(jiǎn)介30第2章有線(xiàn)電通信的前世今生2.1揭開(kāi)電的神秘面紗2.2沿著導(dǎo)線(xiàn)延伸的電波2.3五花八門(mén)的傳輸線(xiàn)31遠(yuǎn)在公元前585年古希臘第一位自然哲學(xué)家泰勒斯已經(jīng)注意到這是西方世界關(guān)于電這種自然現(xiàn)象的最早觀(guān)察記錄2.1.1泰勒斯對(duì)磨擦生電的觀(guān)察用毛皮磨擦過(guò)的琥珀能吸引一些絨毛、麥桿等小而輕的東西并把這種現(xiàn)象稱(chēng)作“電”2.1揭開(kāi)電的神秘面紗321600年英國(guó)物理學(xué)家、醫(yī)生吉爾伯特出版《論磁性、磁體和巨大地磁體》許多人稱(chēng)他是電學(xué)研究之父他用了17年的時(shí)間來(lái)研究電，記錄了600余個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了“電力”，“電吸引”等許多現(xiàn)象最先使用了相關(guān)專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)摩擦生電現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)33金屬帶電后，內(nèi)中多余的電子會(huì)相互排斥而迅速擴(kuò)散到電子密度低的地方，或傳導(dǎo)到與其接觸的其它物體兩種不同的材料發(fā)生摩擦?xí)r發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生靜電電荷積累得到電子的物體帶負(fù)電失去電子的物體帶正電摩擦生電現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)34?空氣→人手→石棉→兔毛→玻璃→云母→人發(fā)一尼龍→羊毛→鉛→絲綢→鋁一紙→棉花→鋼鐵→木→琥珀→蠟→硬橡膠→鎳／銅→黃銅/銀→金/鉑→硫磺→人造絲→聚酯→賽璐珞→奧綸→聚氨酯→聚乙烯→聚丙烯→聚氯乙烯→二氧化硅→聚四氟乙烯

。不同物質(zhì)摩擦起電所帶電荷由正到負(fù)的排列順序獲得電子而帶負(fù)電有些物質(zhì)傾向于失去電子而帶正電越有帶正電傾向的物質(zhì)與越有帶負(fù)電傾向的物質(zhì)摩擦后，所產(chǎn)生的靜電量就越大。2.1.2克萊斯特錯(cuò)失的放電沖擊機(jī)遇1745年普魯士的克萊斯特副主教利用導(dǎo)線(xiàn)將摩擦所產(chǎn)生的電荷引向裝有鐵釘?shù)牟Ａ慨?dāng)他手觸鐵釘時(shí)受到猛烈的一擊，由此發(fā)現(xiàn)了放電現(xiàn)象35然而遺憾的是，克萊斯特沒(méi)有進(jìn)一步研究這種放電現(xiàn)象的本質(zhì)，從而失去了發(fā)現(xiàn)電位差和電流的重大機(jī)遇。361746年荷蘭萊頓大學(xué)的物理學(xué)教授馬森布羅克用一支槍管懸在空中，用銅線(xiàn)將起電機(jī)與槍管連接在一起，另用一根銅線(xiàn)從槍管中引出，浸入一個(gè)盛有水的玻璃瓶中實(shí)驗(yàn)中，他的助手偶然將另一只手碰觸到了槍管上，結(jié)果受到強(qiáng)烈的電擊。他與助手互換位置結(jié)果相同。他得出結(jié)論：把帶電體放在玻璃瓶?jī)?nèi)可以保存電荷。馬森布羅克的“萊頓瓶實(shí)驗(yàn)”實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)了電流現(xiàn)象。但他就此止步，未能成為電流的發(fā)明人。371747年末美國(guó)物理學(xué)家本杰明.富蘭克林2.1.3富蘭克林捕捉天電的冒險(xiǎn)把電分為正(+)負(fù)(-)，認(rèn)為兩者的數(shù)量是守恒的多次實(shí)驗(yàn)摸索后第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了金屬尖端放電現(xiàn)象認(rèn)為所謂放電現(xiàn)象是正電荷流向負(fù)電荷的過(guò)程提出電荷守恒定律實(shí)際的電流是電子從電源的負(fù)極流向正極的過(guò)程提出“電流”這一術(shù)語(yǔ)381752年富蘭克林帶著兒子威廉和一個(gè)大風(fēng)箏及一個(gè)萊頓瓶來(lái)到了一處曠野富蘭克林成功制造出了世界上第一個(gè)避雷針?biāo)麄冺樦L(fēng)向?qū)⒔z綢風(fēng)箏放入高空。風(fēng)箏頂端安了一段長(zhǎng)長(zhǎng)的鐵絲，用一根麻繩牽引風(fēng)箏，在麻繩的末端系著一塊綢帶，在綢帶和麻繩之間掛有鑰匙。他成功將部分天上的雷電引到了地面?；丶液?，他用儲(chǔ)存在萊頓瓶中的電產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃了酒精燈，說(shuō)明閃電確實(shí)是一種放電現(xiàn)象，它和實(shí)驗(yàn)室的電火花完全一樣。391780年意大利物理學(xué)家、醫(yī)生伽伐尼教授進(jìn)行一次例行的解剖青蛙的實(shí)驗(yàn)時(shí)2.1.4蛙腿抽搐引出的伏打電池他把已解剖剝了皮的青蛙放在一個(gè)潮濕的鐵案上，解剖刀無(wú)意中觸及到蛙腿上外露的神經(jīng)，突然死蛙的腿猛烈地抽搐了一下，同時(shí)出現(xiàn)電火花。他認(rèn)為痙攣起因于動(dòng)物體上存在電，他還把這種電叫做“動(dòng)物電”。40意大利物理學(xué)家伏打教授認(rèn)為伽伐尼所指的蛙腿放電，實(shí)質(zhì)上是一種物理生電現(xiàn)象，是外來(lái)的電使蛙腿痙攣。他把金屬鋅、浸透鹽水的紙、銀環(huán)疊成一個(gè)柱狀，產(chǎn)生了明顯的電流，而且這個(gè)堆柱疊得越高，電流就越強(qiáng)。伏打發(fā)明電池認(rèn)為產(chǎn)生電的是鐵盤(pán)和銅刀伏打電池實(shí)驗(yàn)成果：當(dāng)兩種不同的金屬接觸時(shí)，就會(huì)在其表面出現(xiàn)異性電荷，導(dǎo)致電位差的出現(xiàn)，這就是電池兩端出現(xiàn)電壓的機(jī)理。41任何一種金屬與后面的金屬相接觸時(shí)，總是前面帶上正電，后面帶負(fù)電。伏打?qū)嶒?yàn)創(chuàng)立電位差理論不同金屬接觸表面會(huì)出現(xiàn)異性電荷形成電壓伏打電位序例+鋁、鋅、錫、鎘、銻、鉍、汞、鐵、銅、銀、金、鉑、鈀—。這是世界上第一個(gè)電氣元素表科學(xué)界用他的姓氏命名電勢(shì)、電壓的單位，為“伏特”422.1.5奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)在大約唐朝以前中國(guó)人制成了羅盤(pán)用于導(dǎo)航。但再未進(jìn)行深入的研究，從而錯(cuò)失由磁生電的先機(jī)。1820年4月奧斯特把一條細(xì)鉑導(dǎo)線(xiàn)放在用玻璃罩著的小磁針上方，通電瞬間，磁針跳動(dòng)了一下。發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)揭開(kāi)了物理學(xué)史上的一個(gè)新紀(jì)元（ｂ）電流磁效應(yīng)

（ａ）安培右手定則

（ｂ）空心螺旋線(xiàn)圈的電流磁效應(yīng)

432.1.6法拉第用磁生電的發(fā)電機(jī)1831年10月17日法拉第把磁鐵很快插入線(xiàn)圈里，突然指針奇跡般地?cái)[動(dòng)了一下，然后又回到零刻度線(xiàn)。發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象導(dǎo)體周?chē)凶兓拇艌?chǎng)后就會(huì)在導(dǎo)體中形成電流歷史上第一臺(tái)不使用化學(xué)方法產(chǎn)生持續(xù)電能的發(fā)電機(jī)就這樣誕生了1873年格拉姆發(fā)明電動(dòng)機(jī)441753年發(fā)電機(jī)使人類(lèi)可以自己產(chǎn)生電并控制電，以電為基礎(chǔ)，誕生了后來(lái)的電報(bào)、電話(huà)、通信網(wǎng)絡(luò)等使信息得以實(shí)時(shí)、快速、遠(yuǎn)距離傳輸、獲取和存儲(chǔ)的通信手段。2.2.1電報(bào)的早期探索2.2沿著導(dǎo)線(xiàn)延伸的電波英國(guó)人提出把26根金屬線(xiàn)的一端接在靜電機(jī)上，遠(yuǎn)端接一個(gè)有英文字母的球。球下掛著寫(xiě)有這個(gè)字母的紙片。發(fā)報(bào)時(shí)哪一條線(xiàn)接通電流，對(duì)方的小球上的靜電便把紙片吸起來(lái)。451793年法國(guó)工程師查佩兄弟在巴黎和里爾之間架設(shè)了一條230公里長(zhǎng)的用接力方式傳送信息的托架式線(xiàn)路。據(jù)說(shuō)他們是第一個(gè)使用“電報(bào)”這個(gè)詞的人。1804年西班牙的薩瓦設(shè)計(jì)的一種電報(bào)機(jī)，他將許多代表不同字母和符號(hào)的金屬線(xiàn)浸在鹽水中，電報(bào)接收裝置是裝有鹽水的玻璃管，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，鹽水被電解，產(chǎn)生出小氣泡，根據(jù)這些氣泡來(lái)識(shí)別字母，從而接收到傳送來(lái)的信息。462.2.2開(kāi)創(chuàng)通信先河的莫爾斯電報(bào)1837年9月4日莫爾斯制造出了由電鍵和一組電池組成的電報(bào)機(jī)。當(dāng)按下按鍵A時(shí)，便有電流由電源正經(jīng)觸點(diǎn)B到電源負(fù)。按的時(shí)間短促表示“點(diǎn)”信號(hào)，按的時(shí)間長(zhǎng)些表示、“劃”信號(hào)，這樣在正負(fù)之間就產(chǎn)生斷續(xù)的電流。（a）莫爾斯發(fā)報(bào)機(jī)

（b）莫爾斯收?qǐng)?bào)機(jī)

472.2.3電話(huà)發(fā)明專(zhuān)利權(quán)之爭(zhēng)電話(huà)發(fā)明人菲利普.萊斯安東尼奧.梅烏奇亞歷山大.格拉漢姆.貝爾伊萊沙.格雷托馬斯.阿爾瓦.愛(ài)迪生1850至1862年期間，梅烏奇制作了幾種不同形式的稱(chēng)作“遠(yuǎn)距離傳話(huà)筒”的聲音傳送儀器。美國(guó)國(guó)會(huì)2002年6月15日通過(guò)269號(hào)決議，確認(rèn)安東尼奧.梅烏奇為電話(huà)的發(fā)明人48貝爾和助手沃森特在進(jìn)行電話(huà)模型的最后設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)，沃森特在緊閉了門(mén)窗的另一房間把耳朵貼在音箱上準(zhǔn)備接聽(tīng)，貝爾在最后操作時(shí)不小心把硫酸濺到自己的腿上，他疼痛地叫了起來(lái):“沃森特先生，快來(lái)幫我??！”，這句話(huà)通過(guò)他實(shí)驗(yàn)室放置的電話(huà)傳到了在另一個(gè)房間的助手沃森特的耳朵里。1875年6月2日1876年2月14日，貝爾向美國(guó)專(zhuān)利局提出申請(qǐng)電話(huà)專(zhuān)利權(quán)兩小時(shí)后，伊萊沙.格雷申請(qǐng)電話(huà)專(zhuān)利權(quán)。1877年，愛(ài)迪生取得了發(fā)明碳粒送話(huà)器的專(zhuān)利492.2.4貝爾實(shí)驗(yàn)室的輝煌直到20世紀(jì)后期，AT&T的下屬公司曾擁有美國(guó)電話(huà)市場(chǎng)的80%。1878年，貝爾電話(huà)公司正式成立1895年，貝爾公司將其正在開(kāi)發(fā)的美國(guó)長(zhǎng)途業(yè)務(wù)項(xiàng)目分割，建立了一家獨(dú)立的公司，稱(chēng)為美國(guó)電話(huà)電報(bào)公司，也就是大名鼎鼎的AT&T。1899年，AT&T整合了美國(guó)貝爾的業(yè)務(wù)和資產(chǎn)，成為貝爾系統(tǒng)的母公司。50還有更多科學(xué)家獲得了其它國(guó)家的高等獎(jiǎng)?wù)?，就連實(shí)驗(yàn)室也成為史上第一個(gè)獲得美國(guó)國(guó)家技術(shù)獎(jiǎng)的機(jī)構(gòu)。貝爾實(shí)驗(yàn)室為人類(lèi)在邁向現(xiàn)代信息文明社會(huì)的過(guò)程中作出了巨大的貢獻(xiàn)誕生了3萬(wàn)多件專(zhuān)利走出了15位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家16位獲美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)潞兔绹?guó)國(guó)家技術(shù)獎(jiǎng)?wù)?位獲得了堪稱(chēng)“計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”的圖靈獎(jiǎng)512.2.5揭密電話(huà)的通信過(guò)程常見(jiàn)類(lèi)型有電容、晶體、碳質(zhì)麥克風(fēng)如何將隨聲音連續(xù)變化的電流信號(hào)還原為發(fā)話(huà)人當(dāng)初的聲波信號(hào)電話(huà)通信過(guò)程如何將發(fā)話(huà)人的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨聲音變化的電流信號(hào)傳向遠(yuǎn)方聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程電話(huà)發(fā)送端采集話(huà)音的設(shè)備電話(huà)接收端還原聲音的設(shè)備常見(jiàn)有受話(huà)器、聽(tīng)筒、喇叭、助聽(tīng)器、揚(yáng)聲器521、單向電話(huà)通信①發(fā)話(huà)者拿起電話(huà)機(jī)時(shí)，發(fā)端開(kāi)關(guān)接通，講話(huà)人向送話(huà)器講話(huà)時(shí)，聲帶的振動(dòng)激勵(lì)空氣振動(dòng)，形成聲波。②聲波作用于送話(huà)器的鼓膜上，使送話(huà)器中的碳精砂受到聲波擠壓。壓緊時(shí)，電阻增大，松馳時(shí)電阻減小。當(dāng)送話(huà)器的兩個(gè)電極接上電壓源時(shí)，就會(huì)在送話(huà)器的兩個(gè)電極間產(chǎn)生隨聲音變化的話(huà)音電流。53③發(fā)信A端產(chǎn)生的話(huà)音電流經(jīng)過(guò)耦合變壓器將話(huà)音信號(hào)耦合到傳輸線(xiàn)路，經(jīng)傳輸后到達(dá)接收信號(hào)的B端。④話(huà)音電流流經(jīng)對(duì)方受話(huà)器的電磁線(xiàn)圈，產(chǎn)生隨話(huà)音電流變化的洛倫茲力，牽引受話(huà)器上的金屬桿運(yùn)動(dòng)，并由金屬桿帶動(dòng)振動(dòng)膜振動(dòng)，從而將話(huà)音電流轉(zhuǎn)化為聲波，通過(guò)空氣傳至人的耳朵中。單向通信或單工通信方式54兩根線(xiàn)用作收信（來(lái)話(huà)）2、雙向電話(huà)通信通信雙方既能發(fā)信又能收信的通信方式稱(chēng)為雙向通信雙向通信四條傳輸線(xiàn)兩根線(xiàn)用作發(fā)信（去話(huà)）雙向通信二條傳輸線(xiàn)兩根線(xiàn)上的信號(hào)是雙向傳輸?shù)牟罘蛛娐返淖饔檬潜苊庠斐勺园l(fā)自收的干擾55感應(yīng)線(xiàn)圈式消側(cè)音電路和等效電路選擇合適的參數(shù)，使流過(guò)N1的電流iL、與流過(guò)N2的電流iP等大反相，側(cè)N1繞組與N2繞組的磁通量相等，兩個(gè)繞組的交變磁通互相抵消，線(xiàn)圈N3中便無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，受話(huà)器BE中就聽(tīng)不到發(fā)話(huà)聲，達(dá)到消側(cè)音目的。講話(huà)時(shí)BM為信號(hào)源產(chǎn)生兩路電流一路電流為iL經(jīng)N1→ZL→B端，該電流是送往對(duì)方話(huà)機(jī)的有效電流一路為iP經(jīng)N2→ZP→B端，該電流消耗在平衡網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。562.2.6送話(huà)器聲電轉(zhuǎn)換過(guò)程送話(huà)器（MIC）在聲波作用下產(chǎn)生與輸入聲波相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的聲/電轉(zhuǎn)換器件1、駐極體送話(huà)器①基本結(jié)構(gòu)由駐極體頭和阻抗變換器組成駐極體頭具有高達(dá)幾百兆歐的輸出阻抗，因此要在它的輸出端接一個(gè)由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，以降低其輸出阻抗。57②工作原理由于駐極體表面極化電荷的作用，在金屬極板表面產(chǎn)生異號(hào)感應(yīng)電荷。當(dāng)膜片在聲波作用下向內(nèi)彎曲時(shí)，駐極體與后電極間的空氣隙減小，后電極上的感應(yīng)電荷增多，兩電極之間的電位差升高；反之，膜片振動(dòng)向外彎曲時(shí)，駐極體與后電極間的空氣隙增大，后電極板上感應(yīng)電荷減少，兩電極之間的電位差降低。這樣就產(chǎn)生了隨聲波變化的音頻信號(hào)。這一微弱的信號(hào)電壓直接輸入場(chǎng)效應(yīng)管柵極（G），經(jīng)放大后由漏極（D）或源極（S）輸出。58圓形的振動(dòng)膜片外緣固定在送話(huà)器外殼上，振動(dòng)膜片的中間粘連著一個(gè)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈處于永久磁鐵與極靴的間隙中，當(dāng)膜片振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)線(xiàn)圈沿磁鐵軸向往復(fù)振動(dòng)。①基本結(jié)構(gòu)2、動(dòng)圈式送話(huà)器動(dòng)圈式送話(huà)器與揚(yáng)聲器不同之處在于，它的線(xiàn)圈阻抗比揚(yáng)聲器高，通常為200Ω～300Ω。59根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在一個(gè)恒定的磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)聲波作用于送話(huà)器的振動(dòng)膜片，膜片帶動(dòng)線(xiàn)圈作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中就會(huì)產(chǎn)生音頻電流。②工作原理由于線(xiàn)圈的振動(dòng)是由聲波推動(dòng)的，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流的頻率取決于聲波的頻率，感應(yīng)電流的振幅也取決于振動(dòng)的幅度。602.2.7受話(huà)器電聲還原機(jī)理受話(huà)器(耳機(jī))能按音頻電流的變化規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的聲波振動(dòng)1、動(dòng)圈式受話(huà)器工作原理當(dāng)線(xiàn)圈通過(guò)音頻電流時(shí)，線(xiàn)圈受磁場(chǎng)作用力將垂直磁場(chǎng)移動(dòng)。當(dāng)音頻電流從線(xiàn)圈Y1端流入，從Y2流出時(shí)，根據(jù)左手定則，線(xiàn)圈將向下移動(dòng)；當(dāng)音頻電流方向改變時(shí)，則線(xiàn)圈向上移動(dòng)。線(xiàn)圈上下運(yùn)動(dòng)就帶動(dòng)膜片發(fā)出聲音。612、壓電式陶瓷受話(huà)器①基本結(jié)構(gòu)壓電式陶瓷受話(huà)器主要由振動(dòng)片、卷口銅圈、前蓋板和基座組成。將壓電材料經(jīng)高溫?zé)茷樘沾?，再加直流高壓極化，就成了壓電陶瓷片。當(dāng)給壓電片兩面加上交變電壓，壓電片會(huì)變形產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為負(fù)壓電效應(yīng)；反過(guò)來(lái)，如給壓電片加上機(jī)械壓力使它變形，則又會(huì)產(chǎn)生出電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。62②工作原理在單個(gè)壓電陶瓷片上加入一交流電壓，當(dāng)外加電壓與極化方向相同時(shí)，就使極化強(qiáng)度增大，壓電片沿徑向伸長(zhǎng)，如圖(a)所示。反之，當(dāng)外加電壓與極化方向相反時(shí)，壓電片沿徑向收縮，如圖(b)所示。63②工作原理如果薄銅片兩面粘著一對(duì)極化方向相反的壓電陶瓷片，當(dāng)音頻電流為正半周時(shí)如圖（c）所示，外加電壓方向與上陶瓷片的極化方向一致，與下陶瓷片的極化方向相反，因而使上陶瓷片徑向伸張，下陶瓷片徑向收縮，則整個(gè)振動(dòng)片向上凸出。當(dāng)音頻電流為負(fù)半周時(shí)如圖（d）所示，下陶瓷片徑向伸張，則整個(gè)振動(dòng)片向下凸出。當(dāng)輸入為不斷變化的音頻電流時(shí)，使電壓方向不斷變化，則振動(dòng)薄片隨著彎曲振動(dòng)，從而激勵(lì)空氣發(fā)出聲音來(lái)。642.2.8延長(zhǎng)距離的中繼長(zhǎng)途通信中，無(wú)論傳輸線(xiàn)的質(zhì)量有多高，導(dǎo)線(xiàn)對(duì)信號(hào)的損耗有多小，總會(huì)使信號(hào)受到衰減，最終使B端無(wú)法收聽(tīng)到A端的講話(huà)。單跨距通信的傳輸距離，對(duì)于金屬導(dǎo)線(xiàn)通常在100公里之內(nèi)，光纖可以做到上千公里。衰減65在信號(hào)尚未衰減到收端難以識(shí)別的程度之前就進(jìn)行放大延長(zhǎng)通信距離方法中繼傳輸方式問(wèn)題放大器只能單向放大導(dǎo)致雙向四線(xiàn)傳輸中繼完成信號(hào)放大的設(shè)備叫中繼設(shè)備，所在位置叫中繼站66長(zhǎng)途傳輸設(shè)備是長(zhǎng)途電話(huà)傳輸?shù)陌l(fā)起站和結(jié)束站的設(shè)備傳輸終端無(wú)人中繼站邊遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)人維護(hù)的傳輸設(shè)備位置有人中繼站城市地區(qū)有人維護(hù)的傳輸設(shè)備位置兩傳輸終端間的線(xiàn)路和設(shè)備稱(chēng)長(zhǎng)話(huà)線(xiàn)路狹義信道通信系統(tǒng)由信源、廣義信道、信宿所組成的系統(tǒng)67傳輸終端的任務(wù)②將市話(huà)二線(xiàn)通道在發(fā)送端合并成群路信號(hào)，接收端再將群路信號(hào)分開(kāi)成單路信號(hào)傳向市話(huà)二線(xiàn)用戶(hù)；③插入監(jiān)測(cè)頻率信號(hào)到群路信號(hào)中，使有人中繼站和對(duì)方傳輸終端通過(guò)儀表指示群路信號(hào)的傳輸質(zhì)量；④通過(guò)調(diào)整放大器、限幅器和衰減器使傳輸通路中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電平達(dá)到規(guī)定數(shù)值；⑤通過(guò)調(diào)整濾波器和均衡器，使傳輸信號(hào)中的所有頻率的電平都達(dá)到規(guī)定值，同時(shí)濾除掉無(wú)用頻率；⑥通過(guò)預(yù)加重高頻率信號(hào)的電平值，使接收端的高頻信號(hào)的衰減量與低頻信號(hào)的衰減量不要相差太多。①將連接用戶(hù)的市話(huà)二線(xiàn)傳輸轉(zhuǎn)換為適應(yīng)長(zhǎng)途中繼傳輸?shù)乃木€(xiàn)傳輸；68傳輸線(xiàn)路和設(shè)備各位置電信號(hào)強(qiáng)度的表示電平表示通信設(shè)備各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處信號(hào)幅度的大小x處電平功率電平電壓電平Px=10lg（Px/P0）分貝（db）Ux=20lg（Ux/U0）分貝（db）P0是用來(lái)比較的標(biāo)準(zhǔn)功率參考值，一般定為1毫瓦。U0是比較的標(biāo)準(zhǔn)電壓參考值，一般定為600歐姆電阻上產(chǎn)生1毫瓦功率時(shí)的電壓，即0.775V。各電路板的輸入和輸出都有規(guī)定的頻率和電平值，測(cè)試某點(diǎn)的電平值就可得知某處電路信號(hào)是否正常。69金屬導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的傳輸信道室內(nèi)電話(huà)線(xiàn)架空明線(xiàn)市話(huà)電纜對(duì)稱(chēng)電纜同軸電纜等2.3.1常見(jiàn)金屬導(dǎo)體傳輸線(xiàn)傳輸線(xiàn)對(duì)信號(hào)衰減越小，信號(hào)傳輸距離越遠(yuǎn)；傳輸線(xiàn)頻帶越寬，傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱蟆?.3五花八門(mén)的傳輸線(xiàn)傳輸線(xiàn)也叫有線(xiàn)傳輸信道，起著引導(dǎo)信號(hào)在其上傳輸而不能跑到傳輸線(xiàn)以外的其他地方去的引導(dǎo)和約束作用。70特點(diǎn)1、通信電纜傳輸頻帶寬通信容量大傳輸穩(wěn)定性好保密性強(qiáng)受外界干擾小等通信電纜傳輸電話(huà)、電報(bào)、數(shù)據(jù)、傳真文件、電視、廣播節(jié)目和其他電信號(hào)的各類(lèi)電纜線(xiàn)總稱(chēng)對(duì)電信號(hào)市內(nèi)通信電纜長(zhǎng)途對(duì)稱(chēng)電纜同軸電纜海底電纜射頻電纜光纖電纜分類(lèi)712、電話(huà)線(xiàn)電話(huà)線(xiàn)從電信公司的市話(huà)分線(xiàn)盒接到用戶(hù)家庭電話(huà)插座的連接導(dǎo)線(xiàn)、從用戶(hù)家庭插座到電話(huà)座機(jī)之間的一段電話(huà)連線(xiàn)用戶(hù)電話(huà)線(xiàn)分線(xiàn)盒到用戶(hù)家庭插座這段線(xiàn)是由兩根較粗的鋁質(zhì)金屬導(dǎo)線(xiàn)絞合在一起構(gòu)成，阻抗為600歐姆，傳輸音頻信號(hào)可達(dá)數(shù)百米座機(jī)電話(huà)線(xiàn)用戶(hù)家庭插座到電話(huà)機(jī)之間的連線(xiàn)，一般在幾米之內(nèi)，材質(zhì)較軟，便于布放(a)用戶(hù)電話(huà)線(xiàn)(b)座機(jī)電話(huà)線(xiàn)723、互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)從互聯(lián)網(wǎng)路由器或交換機(jī)到用戶(hù)電腦網(wǎng)卡或到用戶(hù)WIFI之間的連接線(xiàn)路常見(jiàn)的互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)中有4對(duì)雙絞線(xiàn)，但實(shí)際應(yīng)用中只用了2對(duì)，一對(duì)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)際上采用的是四線(xiàn)傳輸方式雙絞線(xiàn)進(jìn)行絞合的目的是減少相鄰導(dǎo)線(xiàn)間的電磁偶合干擾，絞合的密度越大抗干擾能力越強(qiáng)。734、分段接續(xù)的市話(huà)電纜市話(huà)電纜從電信公司市話(huà)配線(xiàn)架到用戶(hù)住地附近的傳輸線(xiàn)路特點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)，用戶(hù)集中，常將幾十至上千對(duì)雙絞的電話(huà)線(xiàn)做在一根電纜中，便于施工鋪設(shè)。市話(huà)電纜內(nèi)可達(dá)2400多對(duì)電話(huà)線(xiàn)，無(wú)法接入用戶(hù)家庭。采用分段布放不同規(guī)格電纜，逐段減小電纜的容量，到用戶(hù)家庭時(shí)只有一對(duì)芯線(xiàn)。745、長(zhǎng)途電纜長(zhǎng)途電纜在長(zhǎng)途傳輸設(shè)備之間遠(yuǎn)距傳輸大容量模擬頻載波或數(shù)字信號(hào)的傳輸電纜包括長(zhǎng)途對(duì)稱(chēng)電纜(最多可傳輸60個(gè)話(huà)路的載波信號(hào))、小同軸電纜(最多可傳輸3600個(gè)話(huà)路載波信號(hào))、中同軸電纜(最多可傳輸10800個(gè)話(huà)路載波信號(hào))、海底電纜(最多可傳輸10800個(gè)話(huà)路載波信號(hào))、光纖電纜。756、其他電纜視頻電纜用于傳輸電視信號(hào)的電纜，屬同軸電纜射頻電纜用于傳輸射頻信號(hào)的電纜，屬同軸電纜電力載波電線(xiàn)利用電力傳輸線(xiàn)進(jìn)行載波信號(hào)的傳輸762.3.2高琨讓玻璃絲送信的努力由于激光具有頻帶寬、純度高、不易擴(kuò)散、方向性好的特點(diǎn)，人們立即想到了將其用于通信中的信號(hào)傳輸1959年美國(guó)人梅曼發(fā)明了紅寶石激光器77康寧公司制造出了世界上第一條符合高錕理論的低損耗試驗(yàn)性光纖應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光在大氣中傳輸時(shí)，會(huì)受到煙霧、灰塵、雨雪、障礙物等的干擾、損耗和阻擋，很難進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸1966年7月高錕大膽地預(yù)言：“只要把鐵雜質(zhì)的濃度降到百萬(wàn)分之一，就可以制造出波長(zhǎng)在0.6微米附近，損耗為20dB／km的玻璃材料”，這種玻璃材料就可能用來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光信號(hào)的傳輸。1970年78光纖導(dǎo)線(xiàn)多芯光纜1根光纖的單纖光纜多模傳輸單模傳輸光纖傳輸模式光纜還因重量輕、直徑小、使用安全等特點(diǎn)，正應(yīng)用于光控飛行控制系統(tǒng)取代線(xiàn)控飛行系統(tǒng)。792.3.3艾倫對(duì)事故塑料的靈感1977年艾倫等發(fā)明了金屬般的導(dǎo)電塑料抗靜電添加劑計(jì)算機(jī)抗電磁屏幕和智能窗電子器件設(shè)備外殼的屏蔽制作電極和低溫發(fā)熱體制作太陽(yáng)能電池制作電致變色顯示元件制作透明導(dǎo)電膜發(fā)光二極管、傳感器、隱身飛機(jī)等獨(dú)特用途可用于80第2章有線(xiàn)電通信的前世今生 2.1揭開(kāi)電的神秘面紗 2.1.1泰勒斯對(duì)磨擦生電的觀(guān)察 2.1.2克萊斯特錯(cuò)失的放電沖擊機(jī)遇

2.1.3富蘭克林捕捉天電的冒險(xiǎn) 2.1.4蛙腿抽搐引出的伏打電池 2.1.5奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng) 2.1.6法拉第用磁生電的發(fā)電機(jī) 2.2沿著導(dǎo)線(xiàn)延伸的電波 2.2.1電報(bào)的早期探索 2.2.2開(kāi)創(chuàng)通信先河的莫爾斯電報(bào)2.2.3電話(huà)發(fā)明專(zhuān)利權(quán)之爭(zhēng) 2.2.4貝爾實(shí)驗(yàn)室的輝煌 2.2.5揭密電話(huà)的通信過(guò)程 2.2.6送話(huà)器聲電轉(zhuǎn)換過(guò)程 2.2.7受話(huà)器電聲還原機(jī)理