第8章 H
毫米波通信的信息时代
随着微电子、光电子技术及纳米技术的飞速发展，卫星通信、遥感技术和全球定位系统、宽频带高速数字综合通信网络、信息压缩与高速传输技术、人工智能技术、多媒体技术和虚拟现实技术等前沿技术不断取得进展，人类将逐步地全面进入信息时代。
20世纪是人类历史上科技发展最为辉煌的时代，也是信息技术大显身手的年代。人们对信息业务的要求愈来愈高，打电话要闻声见影；召开会议与会者虽远隔千里，如晤一室；看电视，图像要比宽银幕电影还要清晰……发展诸如此类大容量的信息业务，在电通信领域，单靠微波接力通信、同轴电缆通信等通信手段是远远不够的。在20世纪40年代，科学家们就开始对毫米波无线电通信进行过研究，到了50年代，采用电子管作无线电毫米波发生器和放大器研制成功，但由于工作可靠性差、寿命短，而且造价昂贵，没有走出实验室就进了博物馆。毫米波无线电通信未曾得到实际应用。
20世纪70年代，由于毫米波集成电路和毫米波固体器件的研制成功并获得批量生产，生产成本日趋下降，使得毫米波无线电通信获得转机，犹如枯木逢春得到蓬勃发展。
毫米波与潜艇指挥通信
毫米波不仅是空间通信的良好传输媒质，在海洋通信中也可一显身手。长期以来，潜艇指挥通信一直是困扰科学家们的问题。潜艇通信最怕暴露目标，如果潜艇浮到海面进行通信，很容易被敌方反潜武器发现。因为毫米波通信设备（包括天线）体积很小，可以将它直接装在潜艇的潜望镜上，只要将潜望镜露出海面就可以通过卫星进行高速通信，不影响潜艇的隐蔽。
毫米波在大气中传播时，由于水汽、氧分子对它的吸收作用，能量要受到衰减。其中，降雨所引起的衰减最为严重，有时一阵暴雨就可能使通信中断，因此传输可靠性差。此外，雨、雪和雾也对毫米波有散射作用，从而不同程度地破坏了毫米波的定向传输特性。因此，毫米波通信通常不是一种全天候的通信方式。它大都用于近距离点对点的保密通信和卫星通信。日本等国就曾将工作在毫米波频段的试验卫星送入了同步轨道。
毫米波通信方式
无线电毫米波的波长为10毫米～1毫米，它的对应频率为30吉赫～300吉赫。科学实验表明，当毫米波沿空间传播时，由于受大气的影响，有的频率衰减得小，有的则大。因为水汽和氧分子的吸收作用，在60、120、180吉赫频率附近传输衰减出现极大值，称为“衰减峰”，相比之下，35、95、140、220吉赫频率附近传输衰减较小，称为“大气窗口”。因为毫米波频率很高，用它作传输媒质进行通信，哪怕仅仅是它其中的一小部分，其通信容量都将是非常可观的。假设在30吉赫至300吉赫的频段内择其前面的一小部分，即30吉赫至100吉赫，则它的工作频带已达到70吉赫。这个频率范围比微波接力通信和同轴电缆通信等的工作频段的总和还要宽100倍之多，这无疑为发展多种信息业务提供了一个广阔的天地。毫米波通信正是顺应信息时代的到来而涌现出的一种新颖别致的通信方式。
毫米波波导通信
毫米波波导通信是一种特殊的通信方式，它兼具有线电通信和无线电通信的特点。因为波导是有形的物体，在作用上与电线、电缆等传输媒质没有什么两样，可以看做是有线电通信；而毫米波又是一种无形的物质，用它载送信息，与一般的无线电通信在本质上没有什么区别，因此，毫米波波导通信可以认为是有线电通信与无线电通信的“联姻”，是“有线的无线电通信”。
在毫米波波导通信中，因为电磁波是被束缚在波导管内的特定空间中传播的，因此，比较安全、保密、可靠，抗干扰能力强，不易受大气衰减的影响；毫米波沿波导传播，衰耗小，传输距离远，一般每隔四五十千米设置一个中继接力站，与微波接力距离相近；加上它传输频率很高，通信容量很大，可作为大容量通信干线。随着“信息高速公路”的兴建，毫米波波导通信这门新兴的技术将会得到迅速的应用与发展。
毫米波摄像机
毫米波摄像机是利用毫米波对非金属材料的穿透性，对可疑地点或物品进行成像的仪器。
用毫米波摄像机观察世界，世界上毫无隐私可言。起居室、卧室、浴室、盥洗室全都暴露无遗。未来可能是个任何物体在任何地方都无处隐藏的世界。
目前已经开发出一些装置，可以穿过墙壁隔着一段距离寻找可疑对象，透过其衣服看到其身体内部。它可以根据每个人的独特气味加以区分和追踪，即在某个人尚未完成犯罪行动之前通过电子手段将其“识别”。由于有了廉价的摄像机，每个人都有可能受到计算机的跟踪，即使在拥挤的人群中也无处藏匿。
曾经花费10年时间开发毫米波摄像机的马萨诸塞州毫米波技术公司的电子工程师史蒂夫·博雷尔说，毫米波的用途之广令人难以想象。毫米波可以穿透任何绝缘材料——包括几乎各种布料和大多数种类的建筑材料。金属的发射性能差，而塑料、陶瓷、塑料炸药、粉状药物等电介质材料处于两者之间。这些材料发射的毫米波射线量的多少取决于各自的温度。同可见光和红外线一样，毫米波也可以聚集起来形成图像。
毫米波技术公司制造的两台摄像机样机，可以在明亮的背景中轻而易举地找出人身上藏匿的金属刀和枪。如果物体的温度已知，也可以通过估计图像的亮度来确定该物体是由何种材料制成的。毫米波技术公司研制的第一台毫米波摄像机预计于1997年上市。毫米波技术公司正在研制一种计算机软件，这种软件可以对摄像机摄取的影像加以扫描，并在发现可疑物体时向操作者发出警报。毫米波摄像机可能深受刺探隐秘者的欢迎。除了毫米波摄像机能穿透衣物以外，微波成像装置可以看到藏在人体内更隐秘部位的违禁品。
环球光纤通信线路
1997年9月，庞大的光纤网把位于亚洲、非洲、欧洲三大洲的12个国家和地区连接起来。这个项目被称为“环球光纤通信线路”。1993年，这项以光纤网连接亚洲、欧洲和非洲的大规模铺设计划开始实施。船只停泊在风平浪静的水域。一根像网球直径那么粗的电缆通过船头的滑轮缓慢地进入水里。用绳子捆在电缆上的气球暂时阻止电缆下沉。一名潜水员检查了导线的情况，然后用剪刀剪断了捆绑气球的绳子。电缆向海底下沉，气球漂浮到水面，形成一条标出导线在海底走向的线路。
光缆从英国一直延伸到日本，中途还连接10个国家和地区，即连接西班牙、意大利、埃及、阿联酋、印度、泰国、马来西亚、香港、中国和韩国。这个光纤网是全世界最大的电缆系统，它能够将亚洲的电话交谈、电视节目和计算机数据传送到欧洲和将欧洲的电话交谈、电视节目和计算机数据传送到亚洲。
沿线国家都将与这条光缆相连接。德国电信公司获得利用这个光导纤维网的权利。光纤的容量远远超过卫星的容量，通过光纤交换数据更加安全和准确。头发丝那么细的光纤不传送无线电信号，而是传送一种激光。交换的信息既不会被第三者窃听，也不会受到无线电通信和其他电磁波的干扰。
话音编码技术
目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码（CELP）8kbit／s和13bit／s。8kbit／s的话音编码达到GSM系统的13bit／s的话音水平甚至更好。13bit／s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。
互联网络
互联网络（Internet）是一种把许多网络都连接在一起的国际性网络，是最高层次的骨干网络。在它下面连接地区性网络，地区性网络与广域网（7AN）相连接，广域网连接局域网（LAN），局域网里连接着许多计算机。这样，把许多计算机连接在一起，实现资源共享。
互联网络有许多用途。利用它可向全球的互联网络用户发送电子邮件，发送开会通知或简报等，可召开分散于世界各地有关人员的电子会议，建立电子信箱。在互联网络上发布新闻，可迅速传播到世界各地。研究人员可以快速地进行论文、报告和计算机源程序的交换。能够自由地高速地检索出分布于不同网络上的信息。用户可以从远处进行登录，利用连接于互联网络上的软件硬件资源，例如利用巨型计算机。通过远地登录还可以利用各种商用数据服务。企业还可以利用互联网络发布广告。
环球网
环球网是互联网络上最流行的一种交互式信息查询服务。环球网系统是建立在互联网络基础上的一个子网，采用客户／服务器结构，用户只需在计算机上运行称为“浏览器”的环球网软件，软件系统就会根据用户查询条件自动到全球各地的环球网服务器上查找信息，实现广泛的信息资源共享。
环球网上的信息都是以包含有文字、表格、声音和图像等多媒体信息的超文本格式存放在分布全球的相应服务器中，这些计算机中的文件彼此可以建立一定的关联。用户可通过软件检索，在环球网上接收全球范围的信息，内容包括自然科学文献、软件、研究数据与图表和医学研究病例数据等，甚至还可以得到每几十分钟就更新一次的全球地震、海洋、气象动态数据。此外，用户还可通过建立自己的信息目录或称主页（Home Page）等方式向全球其他用户发布信息。环球网已经将互联网络变成一个巨大的磁盘驱动器。
环幕电影
环幕电影是一种新形式的电影，其特点是电影画面特别大，银幕包围观众厅整整一圈，观众可以站在场地中央随意观看。这种形式的电影是9台摄影机同步全景角拍摄的，再由9台放映机同步在环形银幕上放映形成一个360度的画面。
在观看环幕电影时，观众被360度的画面和多路立体声所包围，产生一种不寻常的感受，会不自觉地感到自己就是电影所表现的环境中的一员。比如你会感到自己坐在湖中的游艇上，眼看前面的船只向你直冲过来，不由得倾斜身体避开，但见船只擦身而过，掉头朝后看时，它已在远方的湖面上渐渐消失，使你感觉到不是画面在动，而是你自己在朝前走。观众与画面情景交融，正是环幕电影的魅力所在。
活动电影
法国有一个音像公园，由于采用高技术放映电影，1993年接待了200万参观者。其中的活动电影非常有趣。放映室使观众能够体会开车的滋味。观众会感到汽车颤动、路面的每个小坑、汽车拐弯时的倾斜等。为了使观众产生这些感觉，每排座位下都安装了千斤顶，一个电脑系统控制它们，从而使观众摇晃。为了使观众的动作与画面的活动同步，一台电脑利用两个信息源：一个是软磁盘，另一个是正在放映的影片的图像号码。装在放映机上的画面计数器把图像号码输送给电脑，在放映开始时计数器自动回到零。因此，电脑始终使观众的动作同画面中的活动配合一致。为了防止观众跌倒，在放映开始时一根保险杆自动压在观众的膝部。尽管放映室只能容纳少量观众，但是等待入场的观众是很多的。一场电影只有3分钟，但已足够使观众体会开车的滋味。
汉字输入
1984年9月，五笔字型汉字编码输入法在联合国做操作演示，达到每分钟输入120个字的速度，每个汉字及词组的输入最多4键，从此，计算机的汉字输入问题得到了根本的解决。此后，汉字输入技术的发展越来越先进，但都是利用西文电脑键盘为汉字编制代码，输入代码就相应完成了汉字的输入。
现有的汉字编码已有四五百种之多，主要可分为形码、声码和形声码。五笔字型是形码，它把汉字分解为若干字根，分别由字母代表；声码则是根据汉语拼音制作的编码，如双拼双音输入法；形声码是把形码和声码的特点结合起来，将字根转换成拼音进行编码，兼有两者的优长。汉字编码正朝着日趋简化的方向发展，目前，语音识别输入技术已逐渐趋于完善，并得到应用，使汉字电脑输入变得越来越容易。由于汉字有数万之众，为了不占用计算机的内存空间，于是出现了将汉字资源做成硬件的汉卡。汉卡能使计算机达到与处理英文同等的效率。20世纪80年代初的汉卡又笨又大，后来采用超大规模集成电路，浓缩度达到几万分之一。汉卡的微型化为微型计算机的多功能化提供了条件。
“画家”——显像机构
电视接收机中，有一名妙笔如神的“画家”——显像机构。它用“电子枪”当画笔，荧光屏当画板，它所画的一笔一画，全受发方“摄影师”操纵。当收到的电信号大时，电子枪发出的“子弹”——电子射线就多，屏幕上就发出亮点；反之便显出暗点。这些明暗光点虽然是不连续的，由于人的眼睛有“视觉暂留”的特性（在较长时间观察物体时，当眼睛离开该物体或者从眼前撤去该物体后的一个短暂时间里，约1／30～1／5秒之间，平均约为1／10秒，人们主观上感觉似乎眼睛里还保留着那个物体的形状。这种迟缓消失的现象，叫“视觉暂留”），所以我们看上去与真实的图像完全一样。电视接收机上有很多调节旋钮，像“音量旋钮”、“亮度旋钮”、“黑白对比旋钮”等，如同平时收看广播电视那样进行调节。
会议电视
不同地点的多个用户以电视方式举行会议，实时传输声、像和文件的通信方式，称为会议电视。与会人员可通过电视发表意见，同时观察到对方形像和有关信息，并能出示实物、图纸、文件等实拍的电视图像，增加临场感。若辅以传真机、电子黑板等现代化办公手段，可及时传送文件、图表或讨论问题，在效果上可代替现场会议。
会议电视系统主要包括会议电视室设备，如摄像机、显示器、微音器、扬声器、传真机、电子黑板等，以及放大调制解调设备、图像处理设备和控制切换设备等。会议电视传送高质量的活动图像，所占的频带较宽，属视频图像通信，必须利用大容量、现代化通信手段，如微波、电缆、卫星、光纤等通信手段。其传输可以采用模拟方式，也可以采用数字方式。会议电视主要通过专用的数字通信网组网传输，也可以通过综合业务数字网（ISDN）传输，将来可使用宽带综合业务数字网（BISDN）。会议电视业务是一种很有发展前途的电信事业。
海湾战争中的信息系统
20世纪90年代初期的海湾战争，是军事通信大显身手的舞台。在这场号称“2.5次世界大战”中，交战双方的物质、能量对比几乎是旗鼓相当，以美国为首的多国部队之所以成为胜者，在很大程度上得益于信息优势。美军在90天内投入海湾战区的电子信息设备，超过了美国40年内投入欧洲的总量。“沙漠风暴”期间，美军投向海湾战区的飞机、火炮、坦克、装甲车和舰艇等主战兵器充其量不足1万件，而投入的各种型号的电子计算机和通信设备却达4～5万台，开创了信息装备超过了主战装备的先河。
先进发达、灵敏高效的通信系统使海湾战区战场信息流量空前增大，沟通联络的时效性大为提高。战争期间，每天电话信息量达70多万次，文电15.2万件。单是指挥空战就打了3000万次电话，相当于每天打80万次电话。海湾战区司令在沙特驻地用0.5米伞形卫星天线很快即可与美国本土通信，美国总统可对海湾地区作战实施直接指挥，下达命令只需1～3分钟。信息畅通为美军赢得胜利创造了不可或缺的条件。
军事家们在总结海湾战争的经验时指出，信息、情报犹如阳光和空气，其中有价值的情报，无异于氧气。人无氧气不得生存，战争离开信息难以制胜。海湾战争是多国对一国的作战。战争伊始，多国部队出动飞机11万余架次，从不同方向、不同高度和不同时间进入同一空域作战，并需克服语言不通的障碍，之所以能协调一致，全靠每秒可以处理10亿条信息的C4Ⅰ系统。
与此同时，以美国为首的多国部队对伊军信息系统通过“地毯式”轰炸和强烈的电子干扰实施全方位摧毁。大规模战略空袭发起后，美军投向伊拉克的第一枚战斧式巡航导弹攻击目标就是该国的通信中心，顿时使伊军的自动化指挥系统（C4Ⅰ系统）陷入瘫痪，伊军群龙无首，全线崩溃，成了乌合之众。