人類進行通信的歷史已很悠久。早在遠古時期，人們就通過簡單的語言、壁畫等方式交換信息。千百年來，人們一直在用語言、圖符、鐘鼓、煙火、竹簡、紙書等傳遞信息，古代人的烽火狼煙、飛鴿傳信、驛馬郵遞就是這方面的例子。現在還有一些國家的個別原始部落，仍然保留著諸如擊鼓鳴號這樣古老的通信方式。在現代社會中，交通警的指揮手語、航海中的旗語等不過是古老通信方式進一步發展的結果。這些信息傳遞的基本方都是依靠人的視覺與聽覺。 19世紀中葉以后，隨著電報、電話的發有，電磁波的發現，人類通信領域產生了根本性的巨大變革，實現了利用金屬導線來傳遞信息，甚至通過電磁波來進行無線通信，使神話中的“順風耳”、“千里眼”變成了現實。從此，人類的信息傳遞可以脫離常規的視聽覺方式，用電信號作為新的載體，同此帶來了一系列鐵技術革新，開始了人類通信的新時代。 1837年，美國人塞繆樂.莫樂斯（Samuel Morse）成功地研制出世界上第一臺電磁式電報機。他利用自己設計的電碼，可將信息轉換成一串或長或短的電脈沖傳向目的地，再轉換為原來的信息。1844年5月24日，莫樂斯在國會大廈聯邦最高法院會議廳進行了“用莫爾斯電碼”發出了人類歷史上的第一份電報，從而實現了長途電報通信。 1864年，英國物理學家麥克斯韋（J.c.Maxwel）建立了一套電磁理論，預言了電磁波的存在，說明了電磁波與光具有相同的性質，兩者都是以光速傳播的。 1875年，蘇格蘭青年亞歷山大.貝爾（A.G.Bell）發明了世界上第一臺電話機。并于1876年申請了發明專利。1878年在相距300公里的波士頓和紐約之間進行了首次長途電話實驗，并獲得了成功，后來就成立了著名的貝爾電話公司。 1888年，德國青年物理學家海因里斯.赫茲（H.R.Hertz）用電波環進行了一系列實驗，發現了電磁波的存在，他用實驗證明了麥克斯韋的電磁理論。這個實驗轟動了整個科學界，成為近代科學技術史上的一個重要里程碑，導致了無線電的誕生和電子技術的發展。 電磁波的發現產生了巨大影響。不到6年的時間，俄國的波波夫、意大利的馬可尼分別發明了無線電報，實現了信息的無線電傳播，其他的無線電技術也如雨后春筍般涌現出來。1904年英國電氣工程師弗萊明發明了二極管。1906年美國物理學家費森登成功地研究出無線電廣播。1907年美國物理學家德福萊斯特發明了真空三極管，美國電氣工程師阿姆斯特朗應用電子器件發明了超外差式接收裝置。1920年美國無線電專家康拉德在匹茲堡建立了世界上第一家商業無線電廣播電臺，從此廣播事業在世界各地蓬勃發展，收音機成為人們了解時事新聞的方便途徑。1924年第一條短波通信線路在瑙恩和布宜諾斯艾利斯之間建立，1933年法國人克拉維爾建立了英法之間和第一第商用微波無線電線路，推動了無線電技術的進一步發展。 電磁波的發現也促使圖像傳播技術迅速發展起來。1922年16歲的美國中學生菲羅.法恩斯沃斯設計出第一幅電視傳真原理圖，1929年申請了發明專利，被裁定為發明電視機的第一人。1928年美國西屋電器公司的茲沃爾金發明了光電顯像管，并同工程師范瓦斯合作，實現了電子掃描方式的電視發送和傳輸。1935年美國紐約帝國大廈設立了一座電視臺，次年就成功地把電視節目發送到70公里以外的地方。1938年茲沃爾金又制造出第一臺符合實用要求的電視攝像機。經過人們的不斷探索和改進，1945年在三基色工作原理的基礎上美國無線電公司制成了世界上第一臺全電子管彩色電視機。直到1946年，美國人羅斯.威瑪發明了高靈敏度攝像管，同年日本人八本教授解決了家用電視機接收天線問題，從此一些國家相繼建立了超短波轉播站，電視迅速普及開來。 圖像傳真也是一項重要的通信。自從1925年美國無線電公司研制出第一部實用的傳真機以后，傳真技術不斷革新。1972年以前，該技術主要用于新聞、出版、氣象和廣播行業；1972年至1980年間，傳真技術已完成從模擬向數字、從機械掃描向電子掃描、從低速向高速的轉變，除代替電報和用于傳送氣象圖、新聞稿、照片、衛星云圖外，還在醫療、圖書館管理、情報咨詢、金融數據、電子郵政等方面得到應用；1980年后，傳真技術向綜合處理終端設備過渡，除承擔通信任務外，它還具備圖像處理和數據處理的能力，成為綜合性處理終端。靜電復印機、磁性錄音機、雷達、激光器等等都是信息技術史上的重要發明。 此外，作為信息超遠控制的遙控、遙測和遙感技術也是非常重要的技術。遙控是利用通信線路對遠處被控對象進行控制的一種技術，用于電氣事業、輸油管道、化學工業、軍事和航天事業；遙測是將遠處需要測量的物理量如電壓、電流、氣壓、溫度、流量等變換成電量，利用通信線路傳送到觀察點的一種測量技術，用于氣象、軍事和航空航天業；遙感是一門綜合性的測量技術，在高空或遠處利用傳感器接收物體輻射的電磁波信息，經過加工處理或能夠識別的圖像或電子計算機用的記錄磁帶，提示被測物體一性質、形狀和變化動態，主要用于氣象、軍事和航空航天事業。 隨著電子技術的高速發展，軍事、科研迫切需要解決的計算工具也大大改進。1946年美國賓夕法尼亞大學的埃克特和莫希里研制出世界上第一臺電子計算機。電子元器件材料的革新進一步促使電子計算機朝小型化、高精度、高可靠性方向發展。20世紀40年代，科學家們發現了半導體材料，用它制成晶體管，替代了電子管。1948年美國貝爾實驗室的肖克萊、巴丁和布拉坦發明了晶體三極管，于是晶體管收音機、晶體管電視、晶體管計算機很快代替了各式各樣的真空電子管產品。1959年美國的基爾比和諾伊斯發明了集成電路，從此微電子技術誕生了。1967年大規模集成電路誕生了，一塊米粒般大小的硅晶片上可以集成1千多個晶體管的線路。1977年美國、日本科學家制成超大規模集成電路，30平方毫米的硅晶片上集成了13萬個晶體管。微電子技術極大地推動了電子計算機的更新換代，使電子計算機顯示了前所未有的信息處理功能，成為現代高新科技的重要標志。 為了解決資源共享問題，單一計算機很快發展成計算機聯網，實現了計算機之間的數據通信、數據共享。通信介質從普通導線、同軸電纜發展到雙絞線、光纖導線、光纜；電子計算機的輸入輸出設備也飛速發展起來，掃描儀、繪圖儀、音頻視頻設備等，使計算機如虎添翼，可以處理更多的復雜問題。20世紀80年代末多媒體技術的興起，使計算機具備了綜合處理文字、聲音、圖像、影視等各種形式信息的能力，日益成為信息處理最重要和必不可少的工具。 至此，我們可以初步認為：信息技術（Information Technology，簡稱IT）是以微電子和光電技術為基礎，以計算機和通信技術為支撐，以信息處理技術為主題的技術系統的總稱，是一門綜合性的技術。電子計算機和通信技術的緊密結合，標志著數字化信息時代的到來 2.通信發展史 有線通信 美國莫爾斯(F.B.Morse):約5km的電報(點,劃,空間字母,數字); 美國貝爾(A.G.Bell):取得電話機專利(電信號語音); 美國普賓:通信電纜; 1972年 日本:公共通信網的數據通信,傳真通信業務; 美國:發表貝爾數據網絡,英國:圖像信息服務實驗; 現代 通信系統利用某些集中轉接設施復雜信息網絡 交換功能實現任意兩點之間信號的傳輸. 無線通信 1864年 英國麥克斯韋:電磁波的存在設想; 1888年 德國赫茲(H.Hertz):證實電磁波的存在; 1895年 意大利馬可尼:傳距僅數百米的無線通信; 1901年 意大利馬可尼:橫渡大西洋的無線通信; 1938年 法國里本斯:PCM方式; 1940年 美國CBS:彩色電視實驗廣播; 1951年 美國CBS:彩色電視正式廣播; 現代 無線通信遍及全球并通向宇宙, 如GPS其精度可達數十米之內. 數學分析方法發展史 一,傅立葉分析 1822年 法國數學家傅立葉(J.Fourier):奠定傅立葉級數理論基礎; 泊松(Poisson),高斯(Gauss):應用到電學中; 19世紀末 用于工程實際的電容器處理各種頻率的正弦信號; 20世紀 諧振電路,濾波器,正弦振蕩器擴展應用領域. 二,拉普拉斯變換 19世紀末 英國工程師赫維賽德(O.Heaviside):運算法(算子法)-先驅; 法國數學家拉普拉斯(P.S.Laplace):拉普拉斯變換方法; 20世紀70年代后 CAD求解電路分析方法 替代拉氏變換. 離散等其它系統的發展 三,Z變換 1730年 英國數學家棣莫弗(De Moivre):生成函數-類似; 19世紀 拉普拉斯: 貢獻 20世紀 沙爾(H.L.Seal): 貢獻; 20世紀5060年代 抽樣數據控制系統 Z變換應用. 數字計算機的研究與實踐 四,狀態方程分析 20世紀50年代 經典的線性系統理論(外特性); 20世紀60年代 現代的線性系統理論(內部特性), 卡爾曼(R.E.Kalman):狀態空間方法.通訊是為信息服務的，通訊技術的任務就是要高速度、高質量、準確、及時、安全可靠地傳遞和交換各種形式的信息。通信技術發展給人類帶來了一次又一次的飛躍，改變了人類原有的生活格局甚至是生活方式。下面我們就來看看通信技術發展的相關知識。 通訊的基礎設施是終端設備、傳輸設備和交換設備，它們共同構成了通信網。終端設備包括電話機、傳真機、電報機、數據終端和圖像終端等。有線通信的傳輸設備有電纜、海底電纜、光纜和海底光纜等。無線通訊的傳輸設備有微波收信機、微波發信機、通訊衛星等。交換設備處在通訊網絡的中心，是實現用戶終端設備中信號交換、接續的裝置，如電話交換機、電報交換機等。 現代通信技術發展，主要表現在數字程控交換技術、光纖通信、衛星通訊、智能終端等方面，而覆蓋全球的個人通訊則是通信技術的發展方向。 在一些通訊發達的國家(如美國、日本、法國、德國、加拿大等國)在研究試驗窄帶ISDN的同時，為了滿足日益增長的高速數據傳輸、高速文件傳輸、可視電話、會議電視、高清晰度電視以及多媒體、多功能終端等新的寬帶業務的要求，正在大力發展寬帶綜合業務數字網(BISDN)。 19世紀以前，漫長的歷史時期內，人類傳遞信息主要依靠人力、畜力，也曾使用信鴿或借助烽火等方式來實現。這些通信方式效率極低，都受到地理距離及地理障礙的極大限制。 1844年，美國人莫爾斯(SBMorse)發明了莫爾斯電碼，并在電報機上傳遞了第一條電報，大大縮小了通信時空的差距。1876年貝爾發明了電話，首次使相距數百米的兩個人可以直接清晰地進行對話。隨著社會的發展，人們對信息傳遞和交換的要求越來越高，通信技術得到了迅猛的發展。 在20世紀通信技術得到了發展，21世紀的通信技術發展將向著寬帶化、智能化、個人化的綜合業務數字網技術的方向發展。我們期待通信技術發展給我們帶來更多的驚喜。（光纖通信技術的現狀及發展趨勢 摘要簡要介紹了光纖通信的現狀，總結了目前正在使用的波分復用技術和光纖接入技術的基本原理和發展狀況，從超大容量、超長距離傳輸技術和光弧子通信技術，以及全光網絡3個方面論述了光纖通信技術的發展趨勢。光纖通信自從問世以來，給整個通信領域帶來了一場革命，它使高速率、大容量的通信成為可能。光纖通信由于具有損耗低、傳輸頻帶寬容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優點而備受業內人士的青睞，發展非常迅速。光纖通信系統的傳輸容量從1980年到2000年這20年間增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。目前，我國長途傳輸網的光纖化比例已超過80%，預計到2010午，全國光纜建設長度將再增加約105km，并且將有11個大城市鋪設10G以上的大容量光纖通信網絡1。一、光纖通信技術的現狀光纖通信的發展依賴于光纖通信技術的進步。目前，光纖通信技術已有了長足的發展，新技術也不斷涌現，進而大幅度提高了通信能力，并不斷擴大了光纖通信的應用范圍。1.波分復用技術波分復用WDM（Wavelength Division Multiplexing）技術可以充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源。根據每一信道光波的頻率（或波長）不同，將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道，把光波作為信號的載波，在發送端采用波分復用器（合波器），將不同規定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），從而在一根光纖中可實現多路光信號的復用傳輸。自從上個世紀末，波分復用技術出現以來，由于它能極大地提高光纖傳輸系統的傳輸容量，迅速得到了廣泛的應用。1995年以來，為了解決超大容量、超高速率和超長中繼距離傳輸問題，密集波分復用DWDM（Dens Wavelength Division Multiplexing）技術成為國際上的主要研究對象。DWDM光纖通信系統極大地增加了每對光纖的傳輸容量，經濟有效地解決了通信網的瓶頸問題。據統計，截止到2002年，商用的DWDM系統傳輸容量已達400Gbit/s。以10Gbit/s為基礎的DWDM系統已逐漸成為核心網的主流。DWDM系統除了波長數和傳輸容量不斷增加外，光傳輸距離也從600km左右大幅度擴展到2000km以上2。與此同時，隨著波分復用技術從長途網向城域網擴展，粗波分復用CWDM（Coarse Wavelength Division Multiplexing）技術應運而生。CWDM的信道間隔一般為20nm，通過降低對波長的窗口要求而實現全波長范圍內（1260nm1620nm）的波分復用，并大大降低光器件的成本，可實現在0km80km內較高的性能價格比，因而受到運營商的歡迎。2.光纖接入技術光纖接入網是信息高速公路的“最后一公里”。實現信息傳輸的高速化，滿足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網絡，用戶接入部分更是關鍵，光纖接入網是高速信息流進千家萬戶的關鍵技術。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的應用，統稱FTTx。FTTH（光纖到戶）是光纖寬帶接入的最終方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纖的寬帶特性，為用戶提供所需要的不受限制的帶寬，充分滿足寬帶接入的需求。我國從2003年起，在“863”項目的推動下，開始了FTTH的應用和推廣工作。迄今已經在30多個城市建立了試驗網和試商用網，包括居民用戶、企業用戶、網吧等多種應用類型，也包括運營商主導、駐地網運營商主導、企業主導、房地產開發商主導和政府主導等多種模式，發展勢頭良好。不少城市制訂了FTTH的技術標準和建設標準，有的城市還制訂了相應的優惠政策，這些都為FTTH在我國的發展創造了良好的條件。在FTTH應用中，主要采用兩種技術，即點到點的P2P技術和點到多點的xPON技術，亦可稱為光纖有源接入技術和光纖無源接入技術。P2P技術主要采用通常所說的MC（媒介轉換器）實現用戶和局端的直接連接，它可以為用戶提供高帶寬的接入。目前，國內的技術可以為用戶提供FE或GE的帶寬，對大中型企業用戶來說，是比較理想的接入方式。xPON意味著包括多種PON的技術，例如APON（也稱為BPON）、EPON（具有GE能力的稱為GEPON）以及GPON。APON出現最早，我國的“863”項目也成功研發出了APON，但由于諸多原因，APON在我國基本上沒有應用。目前用得比較多的是EPON中的GEPON，我國的GEPON依然屬于“863”計劃的成果，而且得到廣泛的應用，還出口到日本、獨聯體、歐洲、東南亞等海外一些國家和地區。GPON由于芯片開發出來比較晚，相對不是很成熟。成本還偏高，所以，起步較晚，但在我國已經開始有所應用。由于其效率高、提供TDM業務比較方便，有較好的QoS保證，所以，很有發展前景。EPON和GPON各有優缺點，EPON更適合于居民用戶的需求，而GPON更適合于企業用戶的接入3。二、光纖通信技術的發展趨勢對光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長距離傳輸一直是人們追求的目標，而全光網絡也是人們不懈追求的夢想。1.超大容量、超長距離傳輸技術波分復用技術極大地提高了光纖傳輸系統的傳輸容量，在未來跨海光傳輸系統中有很大的應用前景，這幾年波分復用系統發展也確實十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系統已經大量商用，同時，全光傳輸距離也在大幅度擴展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時分復用（OTDM）技術，與WDM通過增加單根光纖中傳輸的信道數來提高其傳輸容量不同，OTDM技術是通過提高單信道速率提高傳輸容量，其實現的單信道最高速率達640Gbit/s。僅靠OTDM和WDM來提高光通信系統的容量畢竟有限，可以把多個OTDM信號進行波分復用，從而大大提高傳輸容量。偏振復用（PDM）技術可以明顯減弱相鄰信道的相互作用。由于歸零（RZ）編碼信號在超高速通信系統中占空較小，降低了對色散管理分布的要求，且RZ編碼方式對光纖的非線性和偏振模色散（PMD）的適應能力較強，因此，現在的超大容量WDM/OTDM通信系統基本上都采用RZ編碼傳輸方式。WDM/OTDM混合傳輸系統需要解決的關鍵技術基本上都包括在OTDM和WDM通信系統的關鍵技術中。歐共體的RACE計劃和美國正在執行的ARPA計劃在發展寬帶全光網中都部署了WDM和OTDM混合傳輸方式，以提高通信網絡的帶寬和容量。WDM/OTDM系統已成為未來高速、大容量光纖通信系統的一種發展趨勢，兩者的適當結合應該是實現Tbit/s以上傳輸的最佳方式。實際上，最近大多數超過3Tbit/s的實驗都采用了時分復用（TDM、OTDM、ETDM）和WDM相結合的傳輸方式4。2.光弧子通信光弧子是一種特殊的ps數量級上的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區，群速度色散和非線性效應相互平衡，因而，經過光纖長距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光弧子通信就是利用光弧子作為載體實現長距離無畸變的通信，在零誤碼的情況下信息傳遞可達萬里之遙。在光弧子通信領域內，由于其具有高容量、長距離、誤碼率低、抗噪聲能力強等優點，光弧子通信備受國內外的關注，并大力開展研究工作。美國和日本處于世界領先水平。美國貝爾實驗室已經成功實現了將激光脈沖信號傳輸5 920km，還利用光纖環實現了5Gbit/s、傳輸15 000km的單信道孤子通信系統和10Gbit/s、傳輸11 000km的雙信道波分復用孤子通信系統；日本利用普通光纜線路成功地進行了超高20Tbit/s、遠距離1 000km的孤立波通信，日本電報電話公司推出了速率為10 Gbit/s、傳輸12 000km的直通光弧子通信實驗系統。在我國，光弧子通信技術的研究也有一定的成果，國家“863”研究項目成功地進行了OTDM光弧子通信關鍵技術的研究，實現了20Gbit/s、105km的傳輸。近年來，時域上的亮孤子、正色散區的暗孤子、空域上展開的三維光弧子等，由于它們完全由非線性效應決定，不需要任何靜態介質波導而備受國內外研究人員的重視5。光孤子技術未來的前景是：在傳輸速度方面采用