信息传输技术的发展—发展史与未来趋势

('—信息传输技术的发展发展史与未来趋势公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-9018）信息传输技术的发展——“发展史与未来趋势”组长、组员1、组员2、组员3辽东学院信息工程学院，B1x0x班摘要：自人类文明起源以来，对于人们传输信息就有很多种方式、方法。从以语言为主，通过人力、马力、烽火等原始手段传输信息的方式，到以文字、邮政、印刷等方式更广地传输信息的方式，随着近代科学技术的发展，又实现了通过电报、电话、广播等方式传输信息，再到现代的信息时代，除了语言之外，还包括了图像、声音、多媒体等各种信息，传输技术利用电流、电磁波、声波、光波等多种传输介质实现多样化信息的传输。信息传输技术爆炸式的推动了信息交流，同时也推动着信息技术的进一步发展。随着宽带技术的发展，人们能更加便捷的“访问世界”。通过数据通信、传真，可视电话、可视图文等服务形式，将大量的初等、中等、高等教育的课程及其它科学技术、生活、市场、金融、体育、娱乐、医疗等信息以联机方式存放，用户可有选择地获取信息。当这样的公共信息基础设施同家庭信息系统相连接，就彻底地改变了信息获取和利用的方式，进而也改变了社会的教育模式。现代是一个信息时代，对于未来信息传输技术的发展，大数据成为趋势。光是极具发展潜力的传输介质，光势必会在未来信息传输技术中占有一席之地。硅光子技术超高效率、超低耗能也是看点之一。关键词：数据通信；发展史；数据传输方式；未来趋势一、信息传输技术的发展史（一）、原始时代信息传输技术原始时代没有文字，原始人通过一些辅助的东西或简单的图画来表述信息。例如北美的印第安人离家狩猎，在屋子旁边钉下几根带有横杆的木橛，一根表示要过一昼夜才回来，两根表示两昼夜。还有“结绳记事”，根据绳子上打结的个数和绳子的颜色来记录容易忘记的事情。（二）、古代信息传输技术随着生产力的提高，人们的认识也一步一步由低级向高级发展，人类进入了文明社会，信息技术也有了新的发展。文字的出现时信息传输技术的一大变革。甲骨文是我国最早的文字，它最初是在原始画的基础上发展起来的。文字的发明使得人们能够方便的进行信息的传输。（三）、现代信息传输技术19世纪上半叶科学技术的发展，有力地推动了军事通讯技术的进步，突出地表现在电报的运用和电话的发明上。19世纪30年代，欧洲和美洲先后出现了商用电报机。在这方面有代表性的发明家是英国的高斯、韦伯和美国的莫尔斯。1833年，高斯和韦伯制作出第一个可供实用的电磁指针电报机。此后不久，另一个年轻的英国人库克和伦敦高等学院的教授惠斯登发明了新型电报机，并取得第一个专利。1837年，美国人莫尔斯的发明，把电报技术向前大大推进了一步。他用一套点、划符号代表字母和数字(即莫尔斯电码，并设计了一套线路，发报端是一个电键，该电键把以长短电流脉冲形式出现的电码馈入导线，在接收端电流脉冲激励电报装置中的电磁铁，使笔尖在不断移动的纸带上记录下电码。经过不断改进，这套电报系统于1844年达到实用阶段，在巴尔的摩和华盛顿之间首次建立了电报联系。英国的胡克首先提出在远距离上传输语音的建议。1837年，美国医生佩奇发现，当铁的磁性迅速改变时，会发出一种音乐般的悦耳声音，这种声音的响度随磁性变化的频率而改变。他把这种声音称作“电流音乐”。大约在1860年，德国的赖斯第一次将一曲旋律用电发送了一段距离，他把这个装置叫作“电话”，这个名称于是沿用下来。直到1876年，美国的贝尔终于发明了第一台电话机。电话及此前发明的电报的运用，使军事通讯产生了革命性的变革。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。1837年，美国人塞缪乐.莫乐斯（SamuelMorse）成功地研制出世界上第一台电磁式电报机。他利用自己设计的电码，可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。1844年5月24日，莫乐斯在国会大厦联邦最高法院会议厅进行了“用莫尔斯电码”发出了人类历史上的第一份电报，从而实现了长途电报通信。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。二、信息传输技术的应用（一）、卫星通信技术卫星通信是以卫星作为中继的一种通信方式，是在地面微波中继通信和空间电子技术的基础上发展起来的，具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量较大等优点，在全球许多领域应用效果很好，尤其在军事上具有重要的应用价值。高阶调制高效编码技术可应用于卫星通信高速传输需求场合，节省带宽，Ka频段卫星通信技术解决个别点位高速通信需求及远望测量船、直升机等特殊载体通信。卫星通信相控阵天线应用于车载、船载、机载卫通站及便携式卫通站，减少对载体的安装要求。（二）、光纤通信技术光纤通信技术是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业检测，控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。20世纪90年代以来，我国光通信产业发展极其迅速，特别是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展，促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加，全网的管理和维护，设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用SDH＋光纤或ATM＋光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统，链路传输系统或者组成各种形式的复合网络，可以满足各种综合信息传输。对于电视节目的广播，采用的宽带传输系统可以将主站到地方站的所需数字，通道设置成有线电视网络在全国各地已基本形成，在有线电视网络现有的基础上，比较容易地实现宽带多媒体传输网络，因此在目前的情况下，不应完全废除现有的有线电视网，而用少量的投资来完善和改造它，满足人们的目前需要。很多地区的CATV已经是光纤传输，到用户端也是同轴电缆进入千万家。但是现在建设的CATV大多是单向传输，上行信号不能在现有的有线电视网中传送。现有光传送网络仅提供原始带宽，缺乏上层业务所需智能性要求，带宽分配采用静态配置的固定光链路连接模式，难以适应动态数据业务发展及IP数据固有随即突发性的要求。逐步摆脱现有SDH的束缚。由2Mbit/s量级向155Mbit/s量级、622Mbit/s量级、光波量级、光纤量级发展。因为光接入网有以下几个优点：（1）减少维护管理费用和故障率；（2）配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；（3）充分利用光纤化所带来的一系列好处；（4）建设透明光网络，迎接多媒体时代。目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。（三）、微波通信技术微波被广泛应用于通信方面，主要是由微波本身的特殊性所决定的。微波的绕射能力很强，它具有类似光一样的特性，而且具有穿透性、宽屏带宽性、散射效应、抵抗低频干扰性等等。微波通信是在上世纪50年代被广泛应用于通信方面的。由于它具有通信容量大，投资费用节省，建设速度快，抗灾能力强等优点，因而取得了迅速的发展。同时，由于微波通信的频带宽，容量大，它可以用于各种电信业务的传送，如电话，电报，数据，传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能，对于水灾，风灾等自然灾害，微波通信一般都不受影响。例如在1976年的唐山大地震中，北京和天津之间的同轴电缆全部断裂，而六个微波通道全部安然无恙。一个典型的微波通信系统通常由终端站，枢纽站，分路站，和若干个中继站组成，长度在几百公里甚至达一二千公里。其中终端站的作用是将数字复用设备送来的基带信号或从电视台送来的。电视信号经微波设备处理后由微机发信机发射给中继站，同时将微波接收机接收到的信号经微波设备处理后变成基带信号送给数字复用设备。枢纽站处在微波通信线路的中间，处于有两条以上微波通信线路汇接的城市，既可以进行本线路的用户间信息交换，也可以与其他线路的用户进行信息交流构成通信网。分路站是为了适应一些地方的小容量的信息交换而设置，这种站型一般很少设置。中继站的作用是将信号进行再生、放大处理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信号的质量。一般来说，由于地球幽面的影响以及空间传输的损耗，每隔50公里左右，就需要设置中继站，将电波放大转发而延伸，这种通信方式，也称为微波中继通信或微波接力通信。长距离微波通信干线可经过几十次而传至数千公里仍保持很高的通信质量。就目前来说，发达国家微波中继通信在长途通信网中所占比例已经过半，我国自从1956年从东德引进第一套通信设备后，经过仿制和自发研制过程也取得了很大的成就。与声波相似，微波在传播过程中，也会收到很多方面的影响。例如，树林，山丘，高楼等对于的阻挡作用。微波在传播过程中会难免受到地形，地物及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，会使波的能量衰落，微波在空间传输中会受到大气效应和地面效应的影响，导致出现衰落现象，衰落的类型有很多种。微波通信在传输过程中，信号强度会出现多种衰落，目前采用最广泛的就是分集技术。一种有效地抗衰落措施就是采用两种或两种以上的方法来接受同一个信号，借此来减少衰减带来的影响。它的基本思想就是通过分离原始信号为多个不相关的独立信号，采用不同的技术来接受着些分散信号，再进行组合。在微波传输过程中，要用到天线。天线的作用就是将无线电波转换为导波能量用来辐射和接受无线电波。微波通信中使用的天线，通常都是架设在高台上，这是因为微波通信要靠几个甚至几十个微波站接力进行无线电波的发射和接收，以达到远距离通信的目的，微波为直线传播，微波间站属于视距通信，两站间应无任何障碍才能进行很好的通信。天线架得高受到地面的干扰阻碍就小，但是这其中设备的造价也就要提高，通常是因地制宜的。当然，卫星通信恰恰是避讳了陆地上的阻碍，才使得传播无阻。智能天线的问世使得数据传输质量更高。智能天线的理论基础是信号统计监测与计理论，信号处理及最优制理论。目前在基站端使用智能天线，已经取得了很大的作用。三、信息传输技术的未来趋势（一）、光通信技术光通信技术中的复用维度包括时分、波分、频分、码分、模分等。目前40GPON是采用了时分和波分两维复用，这也是100GPON的可行方式之一。业界将探索上述更多维度的组合，为用户提供更大的带宽。此外，在接收端采用相干接收方式，可在一根光纤承载超过1000个波长，每波长1G/10G，无源传输距离达到100km，实现T比特接入。为用户提供更大带宽、更低时延的接入服务，为运营商提供高效和低运维成本的网络。当前通信网络采用多层多域网络承载业务，设备种类繁多，海量数据的分组处理能力呈指数级别提高，同时对超大容量路由运算能力提出越来越高的要求,导致机房空间紧张、能耗高、效率低。IP与光网络的融合是解决问题的有效方式之一。IP与光网络融合可以通过统一交换内核技术来实现，具有分组/ODUk/VC集中交换功能，从而减少网络层次、节省网络投资、降低维护成本，实现网络节点集约化。通过提高单槽位线卡转发能力和采用多框集群技术，可以大幅提升单节点转发能力;通过多核处理器、分布式软件架构、模块化管理等技术，可实现千万级别路由表管理。涵盖骨干、汇聚和接入网络的IP与光融合，具有千万级别路由表项的超大容量路由器，提供全网端到端解决方案，运营商已经展开了试点。当前随着100G技术的规模部署，超100G技术的蓬勃发展，WDM/OTN系统的传输容量提升较快，光层的灵活调度和高效处理成为了光网络节点的一个重要需求。随着WSS光模块集成度的进一步提升，采用WSS光模块构建的具备CDC-F(Colorless,Directionless,Contentionless,FlexGrid)特性的光交叉组网技术在超大网络节点应用时，因同时拥有超大交换容量、波长及业务灵活调度、低功耗、低时延等关键特性，易于构建灵活、高效的光网络。伴随着大数据和云技术的蓬勃发展，短到芯片片上和片间、长到机柜间和数据中心间的大规模数据交换处理，都渴望高速、稳定、可靠的互联，常规电缆连接将无法应对。目前看来，芯片间和板间的解决方案可以利用硅基光电集成来有效实现光互联。机房间互联、机架间互联、机框间互联、机盘间互联可以利用光电转换和光传输技术取代传统的电缆，主要解决方案包括硅基的光电集成、高速VCSEL和直调DFB等。其中硅基光电集成方案具有CMOS工艺兼容，集成度高，成本低的优势。未来几年，光互联技术将在芯片内部、芯片间、板间、机柜间、机房间普及应用。（二）、大数据是信息通信技术发展必然趋势大数据是信息通信技术发展的一个必然趋势，据预测，到2020年，全球大数据量将增长到40ZB。大数据是信息通信技术发展的一个必然趋势，对大规模、非结构化数据进行及时处理和分析，让数据为经济所用，从而拉动经济增长。全球成倍增长的数据量是该技术发展的驱动力。据预测，到2020年，全球大数据量将增长到40ZB，主要有以下几方面原因：首先，最近几年，数字化服务在互联网（如社交网络、B2B或B2C的电子商务）领域的应用数量、质量及频率都大幅上升。同时，移动互联网相关服务模式迅猛发展，除语音和数据通信外，终端设备中的传感器也对数据爆炸产生了重要作用。其次，物联网发展推动了数据量的提升。越来越多的基础设施、机械设备和日常用品都具备智能化功能并接入网络，通过传感器、RFID芯片、照相机等，街道、照明、工业厂房、电力设施及家用电器、汽车、产品包装都在持续产生不断更新的数据。最后，科学实验和理论研究也是数据爆炸的原因之一，特别是自然技术学科以及医学领域的创新。这些创新过程产生的海量数据也将成为经济发展的推动力。参考文献：（1）樊永军.微波通信技术在新时期的发展与应用[J].无线通信技术,1999(2):12-15.（2）黄睿.卫星通信技术的应用体会及未来趋势展望[J].科技创新与应用,2013(20):81-81.（3）史为超.光纤通信技术应用及发展探究[J].硅谷,2010(15):26-26.（4）赵泽鑫.光纤通信技术应用及发展探析[J].硅谷,2009(11).（5）张树京,欧冬秀,毛倩.信息传输技术原理及应用[M].电子工业出版社,2010.组长，男，辽东学院信息工程学院信息管理与信息系统B1x010911xxxxxx，134xxxxxxxx组员，男，辽东学院信息工程学院信息管理与信息系统B1x010911xxxxxx，[手机号]组员，男，辽东学院信息工程学院信息管理与信息系统B1x010911xxxxxx，134xxxxxxxx组员，男，辽东学院信息工程学院信息管理与信息系统B1x010911xxxxxx，[手机号]',)