四、信息技术

电报的发明

1844年5月的一天，在美国华盛顿国会大厦的一间大厅里，人们紧张地等待着。当时针指向上午9点时，一阵“嘀嗒，嘀嗒”的声音响起。人类历史上第一份电报——“上帝创造了何等奇迹”传送到40里之外的巴尔的摩城。

电报通信的时代就这样开始了。

发明电报的人叫莫尔斯，是美国一位小有名气的肖像画家。他走上电报研究这条路纯属偶然。

1832年，41岁的莫尔斯在欧洲办完画展，乘邮轮返回美国。船上一位年轻的医生杰克逊给闲着无事的人介绍电磁铁的功能。杰克逊的演讲精彩有趣，但大部分人只把它作为消遣，只有莫尔斯被深深打动了。

回到美国的莫尔斯决定改行研究电和电磁。

整整3年的试验，耗尽了他的全部积蓄。穷困潦倒的莫尔斯，为了维持生计，不得不重操旧业，接受纽约大学的聘请，当了一名教授，只在业余时间进行着用电传送信息的试验。

1837年，莫尔斯设计的用电码传送信息的装置终于问世了。它被称作“电报机”。

遗憾的是，莫尔斯的发明没有立即被美国政府所重视。当时的美国正热衷于建设法国式的信号机通信设施。所以，莫尔斯提出的希望国会提供3万元架设一条40英里长的实验线路的要求也被拒绝。

直到1843年，莫尔斯才得到国会的承认，并获得了国会提供的建设资金，建一条从华盛顿到巴尔的摩的电报线路。

第二年，美国自豪地向世人宣布，他们发明了电报。

贝尔与电话

人的欲望是无止境的。当电报发明并成为主要的通信工具后，人们渐渐发现了电报的缺陷。一份电报从发出到收到，手续繁多；而且电报只能单方向传送信息，回电时间又很长。于是，人们又在渴望一种新的通信工具的出现。使人类实现这一渴望的人是贝尔。

贝尔曾是一所聋哑学校的教师。他最初的愿望是想制造一种让聋哑人用眼睛看到正常人所听到的声音的机器。

1873年，当贝尔成为美国波士顿大学的教授后，他便开始研究在同一条线路上传送许多电报的装置，他称此为多功能电报。在研究中，他产生了利用电流把人的说话声传向远方的念头。

1875年6月2日，贝尔与他的助手正在房间里做试验，一个偶然的小事故发生了。这个小事故给了贝尔一个重要的启示。

当时，助手华生房间里的电报机上有一个弹簧粘到了磁铁上。华生拉开弹簧时，贝尔惊奇地发现，他自己房间里电报机上的弹簧自动颤动起来，还发出了声音。

原来，这是电流把振动从一个房间传到另一个房间。贝尔豁然开朗，他由此想到：如果人对着一块铁片说话，声音将会引起铁片振动；如果在铁片后面放上一块电磁铁的话，铁片的振动必然会使电磁铁线圈中产生时大时小的电流。而这个波动的电流又会沿电线传向远处，使远处类似装置同样发生振动，从而发出同样的声音。这样一来，声音就可以沿电线传送到远方了。

这一发现，使贝尔和华生欣喜若狂。第二天，他们就开始按着新的设想进行试验。

1876年3月10日，这是人类通讯史上又一个划时代的日子。电话被发明了。

实验室内，贝尔正要与华生进行第一次通话试验。突然，一滴硫酸溅到了贝尔的腿上，贝尔疼得叫起来：“华生，我需要你，快到我这儿来！”华生真真切切地听到了老师的声音，并很快赶了过来。

贝尔发明了电话，成为获得电话发明专利的电话发明家。

程控电话

自从第一台电子计算机问世以来，人类生活发生了巨大的变化。后来有人提出，能不能利用计算机技术为电话通信服务呢？

随着科学技术的不断进步，经过电话专家的多年努力，1965年，美国研制成功了世界上第一部用电子计算机控制的电话交换机。它采用电子计算机作为中央控制设备，把各种控制功能、步骤、方法，预先编好程序存入存储器，利用这些程序软件来控制电话的交换、接续工作。这种控制方式叫“存储程序控制”，简称“程控”。用程控交换机连接的电话机，称为“程控自动电话”，简称“程控电话”。

程控电话交换机使电话网实现了智能化，使电话机能按人的旨意行事，并可实现许多先进的功能。比如说，它能存储电话号码及自动进行拨号。如果电话一时未接通，你不必花时间重新拨号，按一下重拨键，命令计算机自动重拨。

如果你外出，在这期间有人打来电话，你不必担心丢失重要信息，程控电话会按照你事先设定的号码，遵照你的“指令”，将打入的电话自动接到你所在的话机上。

程控电话还有“热线服务”功能。你只要一拿起话筒，它就能自动接通事先约定的某一部话机。当你不想打热线电话，而想打其他电话时，只要在摘机5秒内拨号就可以了。

打电话，对方占线是常有的事，程控电话的“遇忙回叫”可以解除你的烦恼。当对方占线时，你拨一下功能码，挂机等候，一旦对方电话空闲下来，就能自动回叫接通。

还有，如果你正和朋友小远商量春游的事，期间，你还想约佳佳一起去，这也好办，只要你按一下按钮，先停止与小远的谈话，而和佳佳联系，待和佳佳商量后，再按一下按钮就又可恢复与小远的谈话，不必反复重新拨号。

程控电话还可以开办“缩位拨号”业务。现在我国大城市电话号码已经升到8位，如果打长途电话，号码可能长达十几位。这样，打一个电话，仅拨号就要占用不少时间。为了减少拨号时间，可以把常用的电话号码缩至两位，只拨两位号码就可打通电话。

程控电话还有免打扰服务、限制呼叫、叫醒服务、三方通话、会议电话、追查恶意电话等先进功能。

程控电话交换机具有接续速度快、接通率高、话音清晰、保密性强等许多优点，可以为用户提供十几至几百种通信业务。程控交换机还能自动对系统的运转状况进行监视，对机器故障进行诊断和检测，日常维护比较方便。

目前我们国家的通信网络有99.5％的电话已经实现了程控化，截止到1997年6月底，全国每百人中就有7.2人拥有程控电话，在一些大中城市，比如北京、上海、广州、西安、天津等，每百人中就有24个人有一部程控电话。

传真通信显奇迹

传真通信，是利用扫描技术，把固定的图像、文稿等转换成为串行的电信号，然后利用通信技术把它们从一个地方按原样传送到另一个地方，并在那里以记录的形式复制出来的一自上世纪70年代开始，世界各国相继在公用电话交换网上开放传真业务，传真才得到广泛的发展种通信方式。

那么，传真又是怎样工作的呢？

黑白文字或图片，不论内容如何复杂，都是由一串密密麻麻的黑白点子组合而成的。传真就是利用了图像的这一本质特征，在发送端，把要传送的图像分解成一个一个的小点子，通过扫描和光电变换，把涤线不同的小点子变成强弱不同的电流传送出去；在接收端，再把接收到的电信号还原成涤线不同的光点，复制出和发送端相同的图像。

传真机中的扫描有次序要求，一般是从左到右，从上到下。老式的扫描设备是一个滚筒，要发送的图片卷在滚筒上，滚筒按一定方向旋转，并和光源发出的光线做相对移动。新式的传真机中已用平面扫描取代了滚筒扫描，而且是用电子方式进行的，扫描速度更快，可靠性也更高。

至于传真机中的光电变换，是靠光电管和光电倍增管来实现的。它们把反射过来的光线变换成电信号，信号大小和光线强弱成正比。

值得注意的一个问题是，在传真通信中，发送方对图像的分解和接收方对图像的合成，必须同时进行，步调一致。也就是说，两者的扫描速度一致，两者的位置同一。否则，收到的图像会歪斜或者分割成两部分。

传真机安装方便，通信费用低，它不仅在企、事业单位中广泛使用，而且越来越多地步入家庭。利用它来处理银行存款、邮购商品等事务特别方便。美国现在家庭传真机用户达到2000万。

可视图文与“电视报刊”

随着人们对信息需求的日益增长，科学家们也在变压力为动力，现在，许多国家已开发出了可视图文信息系统。

可视图文就是用户把自己的计算机或电话机通过现有的公用通信网与图文信息中心的计算机数据库连接起来，从而可以毫不费力地在家中调出自己需要的资料信息。

怎样使用可视图文通信呢？

你先拨一个特定的电话号码接通可视图文信息系统的控制中心，然后根据系统提供的资料目录按动键盘上相应的按键，这时你需要的资料就会显示在屏幕上，非常方便。

另外，可视图文信息系统还可供用户在电视机或电脑屏幕前与图文信息中心的计算机“对话”，而不只是被动地接收信息。这种可以进行人机对话的信息系统又称为交互可视信息系统，交互即有问有答的意思。

可视信息系统是信息社会中一种比较理想的通信手段。它自1979年问世以来，至今已普及到几十个国家和地区。

在可视图文系统中，用户与电视节目中心数据库或图像库直接通信，成为声音、图像以及综合娱乐、教育、信息一体化的通信手段。它也是实现办公自动化和家庭自动化的重要工具。

交互电视信息系统使有线电视可供选择的频道增加到一二百个，而且各家庭（个人）同发射台可以进行双向通信联络，用户不仅可以点播节目，还可以参与电视节目的制作。

可视图文系统已经使人们的生活发生了一系列的改变。它给教学活动、生产管理等带来极大的方便。

可视图文系统最有效的领域要算是购物和预约订货了。顾客不出家门就可通过可视图文终端进行购物和款项的支付结算。

被人们誉为“电视杂志”的图文电视，是另一种传送图像、文字资料的通信方式。与可视图文不同的是，它是利用电视广播中不传送画面的间隙传送图文信息资料的。

使用图文电视系统，能使用户随意选看在电视节目的间隙中所播出的300页左右的文字、图像节目，每页的内容定时更换。这相当于为电视观众提供了一份可更新的“电视报纸”或“电视杂志”。

比如，1993年12月，中央电视台图文电视节目开播，其内容丰富多彩，有标题新闻、信息总汇、股市行情、外汇牌价、黄金市场价格、市场指南、新医药和天气预报等。

这个系统可为各方面的用户快速、及时、高效地提供大量的数据信息，让他们由点到面地进行检索。用户还可以把感兴趣的信息存储起来，随时重复收看。

那么，怎样来阅读这本“电视报刊”呢？

要收看图文电视节目，光有普通电视接收机不行，必须使用专门的图文电视接收机。这种专用设备既能收一般电视节目，也可以收图文电视节目。当然，如果在普通电视机附加上一个图文电视解码器和一个键盘，也能收看图文电视。

由于图文电视是一种新型的通信手段，它不需要增添什么设备，也不需要增加发射功率就能覆盖全国，投资少而收效大，所以很快普及起来。目前，我国许多大中城市的电视台都已开办了图文电视节目，受到人们的欢迎。

无绳电话

无绳电话与常见的无线对讲机不同，一般的无线对讲机只作两机互相通话或多台对讲机组成通信网相互间通话用，而无绳电话则是由一个“固定机”（或称基地台）接入市内电话线无绳电话在个人住宅、办公室已经获得了广泛的应用路，固定机担任中继转发的任务，“移动机”就可携带外出，并可随时与其他电话相互通话。最初的无绳电话是供使用者在住宅内或附近活动时携带通讯用，作用距离只有几十米到几百米。

近年来，无绳电话已发展为有较大发射功率的中继台进行转发，移动机可在几千米以至更远范围内收发电话。

无绳电话是由固定机和移动机之间的近距离无线电收发讯号来勾通话音的，一般采用晶体控制的窄带调频方式工作。固定机的发射频率为40.0兆赫至40.5兆赫，接收频率为49.5兆赫至50.5兆赫；移动机的收、发频率与此相反。当固定机收到市内电话线路传来的话音后，就由机内的发射机发射到移动机的接收部分，最后由移动机的扬声器传出。移动机的回话同样是由移动机的话筒传入后，经机器的无线发射被固定机接收，再经市话局线路传到对方。

这种无绳电话轻便、灵活，作流动通讯十分方便，甚至可与世界上任何地方通话。

光纤通信

1870年，英国物理学家丁达尔在一次实验中，首先发现了弯曲的水流可以传导光。在这一启示下，科学家们开始实验用拉得很细的玻璃丝——光纤来作光的“导线”。实验表明：不管玻璃丝怎样弯曲，从它的一端射入的光都会顺着它弯曲地传播，从另一端射出。这种纤维就叫光导纤维。

光纤通信就是用光导纤维来传送声音、图像。光导纤维传送声音和文字的原理与电线相类似，但它要把声音和文字的电信号变成相应强弱变化的光信号。光信号通过光导纤维传到另一端后，由译码器复原成声波和图像。

光纤通讯实验光导纤维除了具有体积小、重量轻、造价低等优点外，光纤通信所使用的是频率很单纯的激光，它传递的信息容量是非常大的。所以光纤通信在现代生活中发挥的作用越来越大，应用的范围也越来越广泛。除了用于“光话”、“光视”计算机网络外，还广泛地用于厂矿内部通信、电力和铁道系统的通信、光缆传输等方面。

电话会议

“电话会议”这个名词，我们已经听得很多了。这种利用电话召集的会议一般要通过人工交换台来进行组织，并提供适当的服务来实现。然而你是否想过，能否不通过人工交换台而由你自己来组织呢？并且什么时候你感觉有开会的需要，就能随时迅速地召集开会呢？这恐怕是一些企业和公司的厂长经理们，以及行政部门的负责人所梦寐以求的吧。

由于有了程控交换机，这个理想就已经变为现实了。当你需要召集开会时，可在你的程控电话上按某个规定的键，表示你要召开会议了。然后你就可以拨需要参加会议的人员的电话号码。电话都接通后，就可以开始讲话，别人也可以随便发言，一件件紧急要办的事就可以在这样的会议上得到解决。当然，要使你的程控电话机具有召集会议的功能，先得去电信部门办妥有关手续才行。这种召集会议的功能目前由于技术上的因素，还有人数上的限制，即你只能召集4个人参加会议。不过这对于一个机构的核心人员来说，一般也就够用了。

让我们再扩大一点思路。如果把这种电话新功能用于私人叙谈、家庭成员的空中欢聚、朋友之间的祝贺聚会等等，不也是十分合适的吗？

录音和书写电话

如果家里安装了录音电话，即使外出，也不要紧，录音电话会将外面打来电话的内容录下来。

录音电话主要由一台盒式磁带录音机和一部普通电话机组成。电话机与录音机的连接，相当于两部电话机的同线连接。录音机里除备有盒式磁带外，另外还有一条循环磁带。在循环磁带上预先录制了主人的留言，例如“这里是录音电话，有话请讲。”或“我到××地方去了，请拨电话号码××××”。当主人外出时，只要把录音电话的某个按钮按下即可。如果有人打电话来，电话铃响过一定时间后，录音机便自动开启，话机中便传出循环磁带的留言，循环磁带停止工作后，录音磁带开始工作，把对方讲的话记录在磁带上。对方讲话结束后，隔10秒钟就自动关机，准备接受新的电话。主人回来后，打开录音机，便能清晰地听到电话的详细内容。

另有一种擅长书写记录的“书写电话”。这种电话主要把传真通信同电话通信结合起来，可以发送和接收在电话里说不清楚的文字和图形。要发信时，打开转换开关，拿起话筒再拨号。接通后，就可用发信笔在记录纸上进行书写。发信笔的左右和上下位置，都对应有各自的电信号。所以，笔尖所在位置不同，送到线路上去的电信号也不同。它们传到对方后，分别送到相应的机构，不断改变记录笔的位置，与发信笔的动作相同，就记录到所发送的文字或图形内容了。

转移呼叫电话

当你刚打通了一只BP机，正等着对方回电时，偏偏有急事通知你，要你马上去一次。或者你正在外面某一家公司开会，许多只知道你自己办公室电话的朋友或者客户想要找你，但得到的总是无人接电话的铃声，这样许多可能是重要的事情就会被耽误了。

现在有了解决这个问题的好办法了。你只需向电话局提出在自己的电话机上增加一种叫“转移呼叫”的功能就行了。当你的电话机具有这种功能时，在离开办公室之前，只要在话机上作一些简单的按钮操作，把你将要去的地点的电话号码登记一下，那么你就可以放心地去了。如果在你外出期间有电话打进来，电话就会自动地接到你指定的电话机去，这时你就可以在新的地点通话了。这种电话好像具有跟踪你去向的功能，因此也称之为“跟踪呼叫”电话。它对于一些工作特别忙碌，使用电话特别频繁而又需要及时找到他们的人员，例如厂长、经理来说，无疑是一位极好的帮手。

BP机

BP机又叫无线电呼叫机。你可以随时随地通过电话呼叫带有BP机的朋友。他收到呼叫信号后，可以按照你给他留下的电话号码拨打电话，也可以根据你给他提供的信息行动，这寻呼机，又称BP机。使用寻呼机的人们能方便快捷地通信和联系样不在一处的你们便可以进行交流了。

BP机与市内电话连通，只要把电话打到控制台，话务员就立即拨通被呼叫人的BP机。一般的BP机可以分为数字机和中文机，中文机能够接收到文字信息，可以直接留言，对于使用者很方便，数字机可以显示传呼人的回电号码，也可以用数字代表一定的意义，虽然不如中文机直观，但仍可以达到传递信息的目的。

当你采用自动寻呼台呼叫后，电脑便会自动呼叫你所要找的人，并把你的电话号码查出来显示在BP机上，这一功能的出现更加方便了联系、减少了时间，而深为人们喜爱。

移动通信

所谓移动通信就是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人第三代移动电话最初的应用：它们是带有液晶可视装置的手机，同手机一体化的掌上电脑和带有在线购物信用卡解读器的手机，也可以是汽车、火车、轮船、飞机等在移动状态中的物体。

移动通信与固定物体之间的通信比较起来，具有一系列的特点，主要是：（1）移动性。就是要保持物体在移动状态中的通信，因而它必须是无线通信，或无线通信与有线通信的结合。（2）电波传播条件复杂。因移动体可能在各种环境中运动，电磁波在传播时会产生反射、折射、绕射、多卜勒效应等现象，产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。（3）噪声和干扰严重。在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声，移动用户之间的互调干扰，邻道干扰、同频干扰等。（4）系统和网络结构复杂。它是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间互不干扰，能协调一致地工作。此外，移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的。（5）要求频带利用率高、设备性能好。

移动通信的种类繁多。按使用要求和工作场合不同可以分为（1）集群移动通信，也称大区制移动通信。它的特点为只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为30～50km，发射机功率可高达200W。用户数约为几十至几百，可以是车载台，也可以是手持台。它们可以与基站通信，也可通过基站与其他移动台及市话用户通信，基站与市站有线网连接。（2）蜂房移动通信，也称小区制移动通信。它的特点是把整个大范围的服务区划分成许多小区，每个小区设置一个基站，负责本小区各个移动台的联络与控制，各个基站通过移动交换中心相互联系，并与市话局连接。利用超短波电波传播距离有限的特点，离开一定距离的小区可以重复使用频率，使频率资源可以充分利用。每个小区的用户在1000以上，全部覆盖区最终的容量可达100万用户。（3）卫星移动通信。利用卫星转发信号也可实现移动通信。对于车载移动通信可采用赤道固定卫星，而对手持终端，采用中低轨道的多颗星座卫星较为有利。（4）无绳电话。对于室内外慢速移动的手持终端的通信，则采用小功率、通信距离近的、轻便的无绳电话机。它们可以经过通信点与市话用户进行单向或双方向的通信。

现有的大量的移动通信都持用模拟识别信号，称为模拟移动通信。但为了解决容量增加，提高通话质量和增加服务功能，目前已开始应用数字识别信号，即数字移动通信。在制式上则有时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种。前者在全世界有欧洲的GSM系统（全球移动通信系统）和北美的双模制式标准IS—54及日本的JDC标准。对于码分多址，则有美国Qualcomnn公司研制的IS—95标准的系统。总的趋势是数字移动通信将取代模拟移动通信，CDMA体制将更占优势。而移动通信将向个人通信发展。进入21世纪则成为全球信息高速公路的重要组成部分。移动通信将有更为辉煌的未来。

自动译码机

过去发电报，是用四个阿拉伯数字代表一个汉字，“嘀嘀哒哒”地拍发出去。报务员收到电报再交给译电员翻译成汉字送给收报人。这样来回译电文，不仅费时费力，而且容易出错。

现在的发报机，采用了自动译码机而变得非常方便。这种机器由输入设备、字形存贮器、时间电路、扫查器和输出设备组成。

输入设备像一个传递员，把远方来的电报不断地输送给译码机。对方传来的四码电报，先用凿孔机在纸条上凿成相应的孔眼，这些带有不同的孔眼的纸条，飞快地通过“光电读入机”，形成电脉冲，像嘀嘀哒哒的信号一样，告诉字形存贮器。

字形存贮器好像一本活的电码本，依靠成千上万颗小磁芯贮藏着信息，有1万个汉字、26个英文字母、10个阿拉伯数码和常用的标点符号的字形。当输入设备输进一个电报四码，它就将相应的字找出，打上记号，等待复查。

时间电路是一名“调度员”，它按照人们事先拟好的时间表，指挥各部门工作。当字形存贮器找出汉字字形后，时间电路就通知扫查器去查对。查对正确后，就把这个字的信号输送给输出设备，并随手将存贮器打上的记号擦掉。

输出设备好比是书写员，它将扫查器查到的字形信息，在电报纸上“书写”出来，就是人们看到的电文。

译码机全部由电子器件武装，所以译印速度最高可达每分钟2800多个汉字，比人工译报速度提高了几十倍，而且差错率降低到十万分之一以下。

信息高速公路

1992年，被克林顿挑选为竞选伙伴的戈尔在其经济施政纲领中首次提出了建设信息高速公路的设想，随后，克林顿也以此作为竞选口号。克林顿指出，随着信息产业的飞速发展，信息已成为最有价值的资源；如果说五六十年代高速公路网的建设，加速了货物的流通，促成了战后美国经济的腾飞，那么，现在若能建设一条沟通全美的信息高速公路网，加速信息交流，将会使美国在信息化浪潮中保持领先地位，进而实现经济的再度繁荣。

1993年9月，美国的信息高速公路计划——国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，NII）正式推出。这项跨世纪的高科技信息基础工程的目标，是建立一个联结所有社会机构和每个普通家庭的光纤通信网，使人们在教育、卫生、娱乐、商业、金融和科研等领域都拥有最佳的信息环境，并且无论何时何地都能以图像、文字、声音、数据并茂的方式与自己想要联系的对象进行双向信息交流。

信息高速公路的建立，是信息技术发展的大势所趋。近十年来，将计算机、通信和声像技术融为一体的多媒体技术迅速崛起，成为各国高技术竞争的制高点之一。目前的信息网络在通信容量和传输速度上远远不能满足传送活动图像和科研数据等信息的需要。为了使不断增加的融图、文、声、数于一体的多媒体信息的传输畅通无阻，改变信息传输服务“车多路窄”的现状，修建能够将现有信息传输速度提升成千上万倍的信息高速公路显然势在必行。

信息高速公路主要由通信网、信息服务设备、相关的软件工具以及信息资源等四大部分组成。

通信网包括主干网和接入网。其中主干网就像高速公路上的主干线一样，是所有的用户所共用的信息通道。在主干网的建设中，将利用光纤通信、卫星通信和微波通信等已有的技术，建立起一种能高速传送图、文、声、数等信息的智能化干线网。

广大用户与主干网间的连接网络被称为接入网。由于原有的电话线、有线电视电缆和无线电通信网不能完全适应双向高容量多媒体综合业务的需要，要将它们作为未来信息高速公路的接入网，还必须对系统进行技术改造。以有线电视为例，由于它只能进行单向式广播，必须按信息高速公路的要求，将其改造成能双向或多向传输信息的开放系统，使用户不仅能任选节目或对节目的播放进行控制，还能与其他任一用户对话甚至进行交易。只有这样，有线电视电缆才能成为信息高速公路的接入网。

信息服务设备包括两大类。一类是提供信息服务的超级计算机、高性能并行计算机、大中型计算机、专用服务器和微型机；另一类是网络终端的用户设备，个人台式电脑（PC）、手提电脑、可视电话、双向电视等。目前已有的信息服务设备都不完全符合在未来信息高速公路上应用的需要，人们正在研究开发信息处理能力更强、智能化和多功能一体化的新一代信息服务设备。

为了适应信息高速公路所开展的各项业务的需要，必须开发新的软件和工具。它们包括相关的操作系统、网络协议和服务、用户界面、信息处理和管理软件以及各种帮助用户漫游信息高速公路的软件和硬件工具。视频服务器、双向电视的转换盒、计算机网络的各种用户终端（如PC、工作站等）、未来的多功能一体化终端等都需要有相应的软件和工具才能使用、处理、组织和整理由信息高速公路所提供的大量信息。

随着信息高速公路的建设和进一步开发，信息资源的数量和结构将发生巨大的变化。一方面，信息量巨大的图、文、声、数数据库和信息库将广泛建立；另一方面，由于信息高速公路支持双向信息传送，每个用户不仅是信息的使用者，还可以成为信息的开发者和提供者。

我们从信息高速公路的基本组成可以看到，信息高速公路所需的技术，几乎覆盖了当今信息科学领域中的计算机、通信、信息处理等方面的所有尖端技术。通过信息高速公路的建设，必将带动新学科和交叉学科的发展，形成高新技术产业群，进而使劳动生产率大幅度提高，为经济增长注入新的活力。

美国信息高速公路计划的实施在全球产生了巨大的反响。能否快速、准确、安全地处理和传输日益增长的图、文、声、数等各类信息，已成为判断一个国家经济实力和国际竞争力的重要标志。欧盟、英、法、加、日、韩、新加坡、印度、台湾等国家和地区相继提出了各自的信息高速公路计划。信息高速公路的建设不仅是各国（地区）经济发展政策的重点，同时也是彻底改善其教育、医疗、商业服务、社区建设、科研合作、文化娱乐等领域的信息服务和加速社会信息一体化的关键举措。

1993年12月，我国政府成立了国家经济信息化联席会议，开始实施国民经济信息通信网等“三金”工程和“金”字系列工程，并已取得了阶段性成果。可以预计，这些项目的完成将对我国优化产业结构、提高经济效益、追赶世界信息化浪潮具有深远的意义。

1994年9月，美国副总统戈尔又提出了建立全球信息基础设施（GII）的倡议。他建议将各国的国家基础信息设施（NII）联结起来，组成全球信息高速公路。1995年2月，民间国际组织“全球信息基础设施委员会（GIIC）”在此倡议下正式成立。显然，全球信息高速公路的建立，将使人类实现真正的全球信息共享，迈入一个全球信息一体化的新时代。

多媒体通信

多媒体这个术语中的“媒体”是指文本（包括数据、文字、符号）、图形、图像、动画、声音、视频图像等。多媒体是指上述多种类型媒体组成的综合体，简单地说，是“声、图、文”的综合体。早先的通信一般都是单媒体通信，例如电话网络传送的是音频信号，计算机网络传送的是数据。

多媒体通信是要利用通信网络综合地完成多媒体信息的传输和交换。显然，多媒体通信要比单媒体通信复杂得多。首先，多媒体中的各种媒体的表现形式多种多样，如其中有声、图、文。其次，各种媒体对信息的传输有不同的要求。例如：通话信息的传输，对可靠性的要求不是很高，偶尔几个字没有听清关系不大，但对及时性要求很高，因为通话必须马上听到；数据信息的传输，对可靠性的要求很高（如银行的账单），而对及时性的要求可以低一些；视频信息的传输，其要求与通话信息的传输类似，但是信息量相当大，如一幅1024×768点的计算机屏幕图，如果用一个字节表示一个点的颜色和亮度，那么就需要78.6万字节，相当于近40万汉字的一本书；图像信息的传输，其要求与数据信息的传输类似，但是有的图像（如照片）的信息比一幅屏幕的信息还要多得多。第三，要实现多种媒体信息的同时传输。因此，多媒体通信比单媒体通信复杂得多。

与一般的数据通信相比，多媒体通信需要解决以下一些问题：一，各种媒体信息的数字化，即将各种媒体信息的表示统一为数字的形式；二，信息的压缩与解压缩，以减少各种媒体信息的储存量和传输量；三，多种媒体信息的混合传输和同步传输。例如，播放电影时图像与声音必须相配；四，大容量的高速传输技术。例如，播放电影时每秒钟大约需要25～30幅画面，因而要求每秒钟能传输那么多幅画面，且同时传输相应的声音信息。

多媒体通信的应用十分广泛，可用于可视电话、点播电视、远程教学、远程医疗等等。未来的信息高速公路将是一种多媒体通信网络，而未来的家用计算机将可能是集计算机、电视、电话、超级VCD、DVD音响于一身的设备。

数据通信

在谈数据通信之前，让我们先提一下与它相关的一个概念——模拟通信。模拟通信的例子在我们日常生活中很多。例如，广播电台通过空中传输广播节目，无线电视台通过空中传输电视节目，有线电视台通过光缆和同轴电缆传输电视节目，普通电话线传输语音等。就在我们家中，普通的电视机、录像机、CD机、VCD机、音响等设备通过音频、视频信号线互相传输信息，也都是模拟通信的例子。总之，模拟通信需要传输的是音频、视频等模拟信号。

数据通信，是计算机与计算机之间或者计算机与终端之间利用通信系统对二进制数据所进行的传输、交换和处理。它是计算机技术与通信技术相结合的通信方式。数据通信与模拟通信的主要区别是，数据通信要传输的是二进制数据，它可以是二进制编码的字母、数字、汉字和符号，也可以是数字化的声音、视频、图像等信息。

与上述概念相关的还有另两个概念：模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统传输的是模拟信号，而数字通信系统传输的是数字信号。自然，利用模拟通信系统可以进行模拟通信，利用数字通信系统可以进行数据通信。然而，另外两种组合也是可以的，但要采用额外的技术。在利用模拟通信系统进行数据通信时，发送端要先把二进制数据调制成为模拟信号，再送入通信系统进行传输，接收端要把收到的模拟信号解调为原来的二进制数据。这一过程要由调制解调器来完成。同样，在利用数字通信系统进行模拟通信时，传送前要把模拟信息数字化，接收后要把数字信息还原为模拟信息。电话网属于模拟通信系统，而综合业务数字网ISDN则属于数字通信系统。今后的发展方向是数字化和数字通信。在不久的将来，我们所用的电话、电视等都将是数字化的。

微波通信

微波的波长很短，绕过障碍物的能力很小，容易被地球表面吸收，因此，电视广播信号不能用地波方式传播。微波一般能透过电离层，因而也不能利用电离层的反射进行天波传播。电视广播信号主要靠空间波直线传播。这样，电视广播信号的传播距离就受到地球曲率半径的限制。由此可知，电视广播信号直接传播的距离是有限的，接收点距离电视台越远，接收天线需架设得越高，这样才能接收到电视台的信号。例如，当发射天线高度为150米，接收天线高度为10米时，即使没有高山或高大建筑物相阻，则最远只不过在63千米的地方接收到电视信号。

在实际应用中，发射天线和接收天线的高度及传输功率都会受到一定限制。要将电视信号送至千里之外，就必须设立许许多多的微波接力站。每一个接力站在接收到上一接力站的信号后，由接力站的信号放大器来弥补传输信号的损耗，然后再发送至下一个微波接力站，如此一环接一环。由于电波传输的速度极快，几乎在同一瞬间，就可完成全部接力站的传送。因此，相隔千里之遥也能同时观看同一个电视节目。

卫星通信

在地球的卫星家族中，除月亮外，便是种类繁多的人造卫星。目前，人们利用卫星进行通信、侦察、导航和气象观测等工作，已经是常事了。

那么，为什么要用卫星进行通信呢？

我们知道，微波通信采用接力的办法，通过建立中继站实现了远距离的通信。但是，这种方式也有很大的缺点。因为地球上有些地方是无法建立中继站的。比如，从我国的北京到卫星通信网络覆盖全球美国的纽约，距离有上万千米，中间隔着波涛汹涌的太平洋，如果每隔四五十千米，建立一个中继站，就得在海上建两百多个站，这是不可能做到的。

利用卫星进行通信的思想，最早是由英国科学家、预言家克拉克提出的。1945年2月，克拉克发表了一篇《地球外的中继站》的科学预言论文。他提出利用人造地球卫星作为传送微波信息的中继站，将卫星放到赤道上空约36000千米的同步轨道上。这样，一颗卫星上的中继站所转发的微波，可以覆盖大约三分之一的地球表面。如果布放三颗等距离同步卫星，全球卫星通信即可实现。

1965年4月6日，第一颗通信卫星发射成功。从此，人类真正在天上建立了“中继站”。

卫星通信是由一个地面站向卫星发射信号，经过卫星的放大、变频等处理，再转发给另一个地面站。一般来说，经卫星的这一“跳”，最远的通信距离可达13000千米，三“跳”即可绕地球一周。通信卫星居高临下，因而不受任何地形条件的限制，即使是在荒漠、高山、海洋和岛屿等，只要有一个直径零点几米的“甚小地面站”，就可以通信，而且通信的费用与通信距离无关。有人作过计算，从一颗卫星发射出来的微波信号，能够覆盖地球面积的40％，相当于在地面架设300多个微波接力站。在卫星覆盖区内，任意两点或多点，都可以实现卫星通信。卫星通信的容量也大得惊人，一颗通信卫星可以容纳6万多人同时打越洋电话，并可进行许多路电视通信，还可以进行数据、文字、图像和移动通信。

电子通信

在当前这样一个信息时代，人们对信息交往速度的要求越来越高，其中尤其使人们不满足的是信件的邮递速度。一封国际邮件，即使是利用特快专递邮政业务，它也要二三天左右。这对于一些急需用信件方式而无法用电话传递的信息来说，譬如合同、各种公证文书等等，常常因太慢而误事。当然使用传真通信是可行的，但就国内国际的目前状况来说，许多普通家庭并不拥有传真机，因此也难于使邮件普遍地使用传真机传送。

终于在20世纪80年代初，国际上出现了一种电子信函业务。简单地说，这是一种邮政加电信结合的业务。其原理也很易理解，需要使用者可去开办这项业务的邮局，把需要邮递传送的文件或信件交给他们，由邮局用传真机发往中继局，再由中继局通过国际电话电路传往目的地邮局，交给收受邮件者，收件人就可以在一二小时内看到同交件人交出的文件或信件一模一样的真迹。因此，电子信函是目前最迅速的通邮方式了。

在国际电脑网络形成的20世纪90年代，这种电子信函有了更进一步的飞跃。分布世界各地的入网电脑的使用者，只要在家里就可以及时把信函内容直接发给收件人，不必再有劳邮政部门了。

中微子束通信

无线电通信是今日使用最广的通信方法。但是它常受到外界的干扰。至于微波通信则有一个很大的缺点，就是受到高山或高大建筑物的阻隔，微波就不能通过。于是不得不每隔一定距离设置一个微波中继站，来传送微波讯号，这就大大增加了费用。

现在已经发明了一种新型的通信方法，它就是利用中微子束进行的通信。中微子是存在于原子核中的一种粒子，它在原子核裂变时放射出来。中微子并不神秘，在阳光中就含有大量的中微子，并不断地放射到地球上来，这是因为太阳内部不断地在进行着核反应。中微子的本领大极了，一是速度快，它以接近光速的速度行进，从太阳来到地球8分钟就够了。二是穿透力强，不管高山深海，还是岩石金属，它都一穿而过，似乎没有东西可以阻拦它前进。三是方向性好，不会反射、折射、散射，能量损耗极小。它穿过地球之后，衰减不到1％。四是中微子具有不受干扰的特点，因为中微子不带电，不会受任何物质，包括核辐射的影响。

量子通信

量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。所谓“隐形传送”指的是脱离实物的一种“完全”的信息传送。从物理学角度，可以这样来想象隐形传送的过程：先提取原物的所有信息，然后将这些信息传送到接收地点，接收者依据这些信息，选取与构成原物完全相同的基本单元，制造出原物完美的复制品。但是，量子力学的不确定性原理不允许精确地提取原物的全部信息，这个复制品不可能是完美的。因此长期以来，隐形传送不过是一种幻想而已。

1993年，6位来自不同国家的科学家，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传态的方案：将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处。其基本思想是：将原物的信息分成经典信息和量子信息两部分，它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物进行某种测量而获得的，量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息；接收者在获得这两种信息后，就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物的量子态，而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知，而接收者是将别的粒子处于原物的量子态上。在这个方案中，纠缠态的非定域性起着至关重要的作用。量子力学是非定域的理论，这一点已被违背贝尔不等式的实验结果所证实。因此，量子力学展现出许多反直观的效应。在量子力学中能够以这样的方式制备两个粒子态，在它们之间的关联不能被经典地解释，这样的态称为“纠缠态”，“量子纠缠”指的是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。1997年，在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。最近，潘建伟及其合作者在如何提纯高品质的量子纠缠态的研究中又取得了新突破。为了进行远距离的量子态隐形传输，往往需要事先让相距遥远的两地共同拥有最大量子纠缠态。但是，由于存在各种不可避免的环境噪声，量子纠缠态的品质会随着传送距离的增加而变得越来越差。因此，如何提纯高品质的量子纠缠态是目前量子通信研究中的重要课题。近年，国际上许多研究小组都在对这一课题进行研究，并提出了一系列量子纠缠态纯化的理论方案，但是没有一个是能用现有技术实现的。最近发现了利用现有技术在实验上是可行的量子纠缠态纯化的理论方案，原则上解决了目前在远距离量子通信中的根本问题。这项研究成果受到国际科学界的高度评价，被称为“远距离量子通信研究的一个飞跃”。