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英文名称:Journal of Military Communications Technology
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主办单位:中国理工大学通信工程学院
出版周期:季刊
出版地址:江苏省南京市
语
种:中文
开
本:大16开
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国内刊号:32-1289/E
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发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1980
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关键词 超联络系;电场线;实体化;超联络线
中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)100-0206-02
人类对速度的追求永无止境,然而,光速就像一道魔障横在了人类面前。光速真的像爱因斯坦相对论说的那样是不可超越的吗?事实并非如此,超光速通信证明,信息在两个惯性系之间是可以超光速传递的。
超光速通信技术的原理如图(1)所示,箭头表示电磁波传播的路线,两根超导线匀可认为是无限长的。
信号器和探测器放置在两个相对静止的惯性参考系中,设它们之间的距离为30万千米,超导线1相对于信号器和探测器静止,超导线2相对于信号器和探测器以20万千米/秒的速度向右匀速运动。电磁波从信号器发出垂直传到超导线上所花的时间,以及电磁波从超导线上垂直传到探测器中所花的时间匀可忽略不计。
信号器发出一速高能量电磁波,被分成两速分别垂直传到两条超导线上,电磁波以光速C通过相对静止的超导线1传给探测器所花的时间为1秒;而通过超导线2传给探测器所花的时间仅为0.6s。这说明,电磁波从信号器发出,通过超导线2传给探测器的速度为50万千米/s,这个速度是光速C的1.666………倍。
超光速通信的物理意义十分重大,它证明了信息是可以超光速传递的,光速并不是宇宙的终极速度。但奇怪的是,电磁波必须以第三者(超导线2)为载体才能以超光速传播。如果电磁波从信号器发出直接传向探测器,则无论信号器或探测器以什么样的相对速度匀速运动,测得的电磁波在真空中传播的速度都是光速C。这是为什么呢?
为了描述一个物体的运动,我们习惯于选择另一个物体来作参考系,并把其它看起来没有什么关联的物体分割开,甚至把空间和时间也分割开。这种传统的处理方式可以很好地解决一些局域性的物理问题,但却使我们的思维变得狭隘,没有全局观。特别是在微观的量子世界中,每个量子的位置和速度都是不确定的,没有 一个量子可作为另一个量子的参考系,传统物理学中惯性参考系和非惯性参考系的观念在许多物理量都是不确定的量子世界中并没有什么意义。因此,我们必须引入超联络系这个线性非局域的观念才能解决超光速通信原理和光速不变原理之间的矛盾。
什么是超联络系呢?一个相对静止的电荷和它产生的静电场构成的就是一个相对静止的超联络系。电荷就是这个超联络系的中心,电场线就是超联络线。
与传统物理学中电场线的含义不同,在超联络系中,电场线是构成电场的线,是客观存在的实体化的线,是由一种未知的物质形成的无限细的线,可以像光线那样叠加,互相穿过或相交而互不影响。
传统物理学认为,电场线从正电荷出发终止于负电荷。但在电场线是实体化的超联络系中,情况却大不一样。
在超联络系中,正电荷的电场线从正电荷出发,可弯曲地绕过包括负电荷在内的任何一个电荷,指向无穷远处;负电荷的电场线从无穷远处出发,可弯曲地绕过包括正电荷在内的任何一个电荷,指向负电荷本身。
某处空间中方向相同的电场线越密集,电场强度就越大,方向相反的电场线条数相等,则电场互相平衡。以电荷为球心,r为半径,则有电场线的密度与r的2次方成反比关系。
一个电荷的电场线经过另一个电荷周围时会被弯曲,电荷之间的距离越短,电场线就越弯曲。当电荷之间的距离十分短时,电场的分布情况就会与高斯定理和环路定理描述的相似。[1]
每一条电场线都只属于一个电荷的,任何两个电荷,包括正电荷和负电荷都不能共用一条电场线。
电场线是电磁波的载体,电磁波的能量只能在电场线中传播,不能向电场线外辐射,这就好比光的能量只能在“光线”中传播,不能向“光线”外辐射那样。
电荷必须依靠它本身的电场线才能从波源中接收电磁波,而电荷激发的电磁波不能通过电荷本身的电场线传给另一个电荷,这说明电场线具有单向传递信息的特性。
电荷和它的电场线构成了一个独立的具有无限广延性的“物体”,我们移动电荷的时候,电荷和它的电场线就会同步移动,就像我们移动一只虫子的躯体,虫子身上的鞭毛就会跟着一起移动那样。我们也可以通过移动电荷的电场线来移动电荷本身。因此,无论电荷以什么样的速度匀速移动,电荷的任何一个方向上的任何一条电场线接收到的每一份电磁波传给电荷的速度都是光速C。
我们都知道,激发电磁波的是电荷,接收和反射电磁波的也是电荷,干涉现象也是电磁波与电荷相互作用产生的。在麦克耳孙和莫雷的实验中,干涉仪中的每个电荷和它的电场线都随着地球一起移动,因此,光波相对于干涉仪的速度恒为C,干涉条纹不会变动。
地球上的每个观测电荷和它的电场线构成的超联络系并不局限于地球上,而是从地球上延伸到太阳系、银河系,直致遍及宇宙。太阳处在地球上每个观测电荷和它的电场线构成的超联络系的范围内,这些超联络系与地球是同步移动的,相对地球来说是静止的,这必然导致我们观测到的光行差角a严格地只与地球对太阳(也可以反过来说是太阳对地球)的相对运动有关[2]。
光线弯曲,引力场红移[3]等都是超联络系的观测电荷观测得到的。
地球自转时,地球上每个观测星光的电荷和它的电场线构成的超联络线都会随地球同步旋转,但为什么我们观测到的星空图中星系的位置不因地球的自转而改变呢?
要弄明白这个问题,关键是要有全局观,从宇宙的微观的整体性上去思考。
我们都知道,电磁波是一份一份的,电磁波携带的信息也是一份一份的,地球上所有的超联络系在每一瞬间接收的电磁波信息汇成的星空图也是一份一份的,星系在星空图中的位置在超络线接收到电磁波信息的那一瞬间便已记录在星空图中了。因此,我们观测到的星空图中星系的位置不会因地球的自转而改变。
当我们拼弃了惯性参考系这个局域性的传统的物理观念,引入超联络系这个线性非局域的观念后,我们就能正确地解释光速不变和各种相对论的观测效应,并发明出各种先进的超光速技术。
参考文献
[1]王丽军,王少平.电磁学同步导读ABC.机械工业出版社,2011,9.
远距离无线通信技术逐渐更新换代,而近距离无线通信技术也在同步发展。现阶段,人们随身携带的通信工具,主要利用红外线进行传输,通过IRDA能够避免长距离电线电缆的麻烦,但仍然不便于利用。蓝牙技术应运而生,并成功地在短距离内创建了公众化的无线网络。各种信号均可以借助接入点进行传输,摒弃了传统的电缆,而且被广泛应用于交互式短距离无线通信中。这就包括了电话会议、相机与电脑终端之间的图像传输、不同家庭电器的遥控等。Wimax科技正逐渐兴起,其特点是远距离传输与高带宽。通过Wimax,人们有效地构建了城市之间、城乡之间的无线网。Wimax能够覆盖几十公里以上,网络速度达到了几十M/s。所以有些科学家认为,其远距离与高速传输服务也许会抢占3G通讯的市场份额。Wimax技术在运营开支、传输速度和距离等层面有着得天独厚的优越性,也许会成为一类开创产业新局面的科技。
2超宽带无线接入技术
超宽带是一类时域通信手段,其无线接入技术比普通科技手段的带宽高,有着高速率、开支少、能耗少的优势。相比于传统的无线通讯网络,这种技术无需载波,仅仅通过小周期的脉冲信号作为载体,以二进制信号进行传输。这种超宽带信号的频谱比较稀疏,信号强度是mW级别,能够抵御强干扰信号。相比于CDMA框架,此通信系统更利于实现,仅需较少的开支。
3未来无线通信领域的发展趋势
3.1无线通信领域技术互补性日益明显
无线通信技术种类逐渐增多,每种都有各自的优劣势与适用场合。3G相对适合于大范围与城际漫游的数据传输需求,而无线局域网则适合于中距离范围内的信号传输,超宽带技术适合于近距离、超高速的无线通讯。所以在发展无线网络通信技术的历程中,我们应当依照不同消费者的个性化需求,甄选出最适合的无线通讯手段,使得无线通信业务有着多元化未来,更好地处理移动通信应用中的各类难题。在不远的将来,无线宽带接入技术仍会朝着高带宽、大范围传输的方向不断发展。未来仍有可能会孕育出更先进的技术手段。现阶段的无线宽带接入技术应用于受限条件下的高速度传输,其话音通讯性能仍然与公众移动通讯手段相距甚远。因此,我们应着眼于未来,不断挖掘其技术优越性,弥补移动网络的应用缺陷,以更好地服务大众,同时避免资源浪费。
3.2蓝牙技术将革新无线通信业的发展
在蓝牙技术的发展大潮中,众多企业都在探究和制造以蓝牙技术为主导的电子产品,譬如某集团研制了以蓝牙技术为基础的无线耳机等。芯片设计研发团队成功开发了在蓝牙技术所需频段内的专用IC,同时配备了与之匹配的应用硬件软件套装,便于其他客户或应用厂商可以快速掌握此芯片的应用之道,并生产出以蓝牙技术为本的新产品。除此之外,软件开发企业研发出了大量适用于蓝牙技术的软件,被广泛应用于电脑、手机等。大部分电子产品都能借助蓝牙技术以无线方式连接成网络,使人们可以自由地传输讯息。蓝牙技术的产生推动了无线通信业的进一步发展,计算机业和电器行业都得益于蓝牙技术的发展,并加大了对蓝牙技术开发的投资力度。
3.3无线网络通信技术的融合趋势
3.3.1无线技术与蜂窝网技术的融合
为了完成其计费与检测功能,短距离无线通信技术被应用于电子产品中。无线通信技术在近些年来迎来了更快速的发展,愈来愈多的短距离无线接入技术被应用于社会生活的各个层面,譬如蓝牙技术有效融合了短距离无线技术与蜂窝网技术。
3.3.2移动通信技术和无线宽带接入技术的融合
移动通信业务的发展成熟,与宽带业务领域的拓宽,直接推动了多种宽带接入技术的产生和发展。譬如无线局域网技术推动了3G通讯技术的其他应用。而且移动通信技术和无线宽带接入技术互惠互利,并在4G时代完美地融合成一个健全的系统。
3.3.3无线通信技术与视频等多媒体技术的融合
1.1通信系统传输手段电缆通信:双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式:SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。微波中继通信:比较同轴,易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制,通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量,可在40M频道内传送1920~7680路PCM数字电话。光纤通信:由于激光在光纤中可以进行长距离传输,而且其通信容量较大,通信距离长,而且具有较强的抗干扰性,因此在目前通信传输中得以广泛的应用,而且发展成为光纤通信网。而且光纤通信可以容纳超万门的通话路数,具有较强的通信能力。在近些年来,光纤通信技术得以快速的发展,同时其各种设备也应用到光纤通信中来。卫星通信:通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。移动通信:GSM、CDMA。数字移动通信关键技术:调制技术、纠错编码和数字话音编码。1.2数据通信的构成原理数据终端(DTE)有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备(DCE)组成,如果传输信道为模拟信道,DCE通常就是调制解调器(MODEM),它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道,DCE的作用是实现信号码型与电平的转换,以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外,还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。
2数据通信的分类
2.1有线数据通信数字数据网(DDN)。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。DDN作为数字通信网络,其是将数字通信、光纤通信及数字交叉连接等技术有效的结合起来,数字信道中的网络连接线路及用户的环路传输都是数字的,但在实际应用中还有采用电缆及双绞线的,使其传输质量受到较大的影响。分组交换网。分组交换网(PSPDN)是以CCITTX.25建议为基础的,所以又称为X.25网。其功能是实现对报文进行存储及转发,同时在实现这一功能时,需要将报文按照一定长度的数据段进行划分,在每个数据段上加上控制信息,从而形成一个带有地址的分组组合群体利用网络进行传输。其可以在一条电路上分出若干条虚线路,从而供多个用户同时进行使用,可以提供动态路由选择功能和误码检错功能,但却存在着一个较大的弊端,即网络性能处于较差的水平。帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网三部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内,加上寻址和控制信息后在网上传输。2.2无线数据通信无线数据通信是在有线数据通信的基础上发展起来的,也可称之为移动数据通信,而与有线数据不同之处即是不是通过有线进行传输的,是利用无线电流来进行数据的传递的,所以其适用范围更广,不仅可以使终端与计算机或计算机之间进行通信,同时可以实现计算机与人之间的通信,即实现移动通信。
3数据通信的应用
3.1有线数据通信的应用3.1.1数字数据电路(DDN)的应用范围有:①可提供一定强度的中高速数据通信业务。例如局域网互联、大中型主机互联、ISP等。②为分组交换网提供中继电路。③提供点对点、一点对多的业务。④提供中继帧的业务。同时也扩大了DNN的业务范围。⑤提供语音、图像等通信。⑥提供虚拟专用业务。DDN可以应用到多个领域内,具有非常强的适应性,有效的促进了数据交换的发展,而且在无线移动通信网上利用后,增强了联网功能,不仅有效的提高了网络的可靠性,同时也使网络的自愈能力得以有效的提高。3.1.2分组交换网的应用在进行内部广域网的架设时,利用分组交换网使其业务资费更加便宜,是最为经济的一种选择。同时可以进行单点及多点连接,而且通过分组交换网进行分组连接,比DDN专线的成本有很大程度上的降低,所以有效的降低了成本,对于64k的低速场合具有非常好的适用性。3.1.3帧中继技术的应用帧中继有许多好处,其中比较实用的有如下几点:①降低网络互连费用,由帧中继技术可以在一条物理链接中进行多条逻辑连接,所以一条物理链接可以接入多个用户,这样可以有效的降低用户接入的费用。②简化了网络功能,提高了网络性能。由于在帧中继技术中其传统系统利用光纤来进行传输,所以使其网络处理功能得以进一步简化,有效的强化了网络的功能及缩短了网络响应的时间。同时由于高层协议的性能,使物理网络的复杂化得以进一步简化,有效的保证了高层网络的独立性。③同时帧中继技术中采用了国际的标准,有效的提高了各种产品的兼容性,从而使其利用率得到较大的提升。而且其协调较为简单,所以为各大厂商之间产品实现兼容性和互通互联性奠定了良好的基础,使其很容易实现。3.2无线数据通信当前移动用户所应用的都是无线数据通信,所以也称之为移动数据通信,这种技术在我们的日常生活中使用的较为普遍,其业务可以分为两大类,即基本数据业务和专用数据业务,基本业务较为常见,如广播、传真等,而专用业务是某个行业的特殊用途,如汽车导航卫星定位、3G手机网络等。无线数据通信的应用范围较为广泛,而且随之技术的不断完善和发展,其将得到更广泛的应用。
4结束语
关键词:光纤通信;传输;信号
一、引言
在光纤通信广泛应用之前世界各国一直使用电缆通信,其具有损耗严重、带宽窄、串声等缺点,不能广泛应用,从而推动了光纤通信技术快速研制和发展。20世纪60年代开始提出光纤的概念并开始初步研制,经历几十年的发展,光纤由最开始损耗400分贝/千米到如今降低到0.2分贝/千米,并且仅一对单模光纤就实现了3000多个电话同时通话。在1991年低,光缆全球敷设距离长563万千米,但到1995年敷设距离已超过1100万千米。
二、光纤通信技术简介
1.光纤通信技术概念。将模拟电信号转化为光信号,以光波作为载波,以光纤作为介质进行信息传输的技术被称之为光纤通信技术。2.光纤通信系统传输信号的形式。光纤通信技术系统分类:光纤模拟通信系统、光纤数字通信系统以及光纤数据通信系统。(1)光纤模拟通信系统。在发射端通过放大和预调制基带信号对电信号进行处理,在接收端通过解调和放大等处理将正常电信号释放出来。(2)光纤数字通信系统。在发射端通过放大、取样和数字量化基带信号对电信号处理,在接收端逆过程处理。(3)光纤数据通信系统。在发射端通过放大基带信号对电信号进行处理后,到接收端进行逆过程处理。光纤数据通信系统与光纤数字通信系统相比缺少了码型变换过程。3.光纤通信技术工作原理。本文以数字光纤通信电路为例分析光纤通信技术工作原理,如下1.1所示,传送的模拟信号被发送端接收后,通过电端机将传送模拟信号转变为电信号,通过放大、取样和量化基带信号等对电信号处理,经过调制将信息调制到激光器发出的激光束上,并且电信号的频率直接影响的着光的强度。通过光纤将光束发出去,在接收端通过检测器将光信号转化为电信号并恢复原传输模拟信息。4.光纤通信技术的特点(1)通信容量大、频带宽。光纤通信传输过程中是将传输模拟信号转化成为光信号以光纤作为介质进行传输,与电缆通信相比,传输频带宽、传输速度快、通信容量大。但是在平时使用过程中发现使用单波长光纤通信系统时,不能充分发挥频带宽和通信容量大的性能,通过反复研究发现采用多种复合技术增强频带宽和通信容量。(2)传输过程损耗低,长距离传输中继站数量少。目前,市面上广泛应用的石英光纤损耗为0~20dB/km,如果采用非石英光纤系统其传输损耗会更低。由于其传输损耗低,使得在长途传输过程中,减少了中继电站的数量,大大降低了原料和人工成本、维护周期和系统设计复杂性。(3)抗电磁干扰能力强。由于石英是绝缘体材料,所以利用石英作为原材料的光纤绝缘性特别好,使得光信号在传输过程中较强电磁干扰(如:自然雷电、电离层发出的电离子、人为产生的电磁等)能力。所以实现了和高压线平行架设或者与电力导体一起使用构成复合光缆,降低了传输费用,施工和维护难度。(4)无串音干扰,保密性好。在使用电缆通信时,经常出现通道相互串扰、被窃听等情况。但是在光纤通信技术使用过程中,由于光信号被包裹在光纤中,光纤不透明的皮对光射线有吸收作用,光纤外面根本没有办法窃听到光纤内传输的信息,即使光缆内有很多根光纤也不会出现相关干扰和串音情况,被部队广泛应用。
三、光纤通信技术的应用
1.通信领域的应用。随着时代的发展,工业生产和人们生活都离不开信息通讯,在因特网、有线电视、电话中光纤通信被广泛应用。由于光纤通信具有通信容量大、频带宽、损耗低、防电磁防干扰强等特点,实现了一条光纤既可以容纳多人通话也可以传输多套电视节目。2.医学领域的应用。利用光导纤维内窥镜进行检查患者脑室、心脏、胃、食道等疾病,可以检测患者心脏血液值、氧气在血液中的饱和度、胃部情况、食道情况等,然后根据实际情况进行诊断和治疗。同时,医学也已经开始应用光导纤维连接的激光进行微创手术,所以光纤通信技术提高了医学治疗水平,被医学领域广泛应用和研究。3.传感器领域的应用。光纤通信技术与敏感元器件相组合,应用在传感器的研制,广泛应用到工业和生活中,如:光敏传感器、红外传感器、温度传感器、雷达传感器,工业温度、流量、压力、颜色、光泽专业测量等。4.光纤技术应用。照明过程中利用了光纤良好的物理特性,实现艺术装修美化的效果,如果:LED广告显示屏、草坪地灯、艺术装饰品照明灯等。
四、光纤通信技术的发展方向
1.提升传输速度、扩大传输容量、增长传输距离,减少中继站数量。相对与电缆通信来说,光纤通信技术水平在很大程度上已经提升了信号的传输速度、容量和距离,但是未来光纤通信技术还有围绕这一发展方向,实现更高速度、更大容量和更长距离的传输,并且实现与世界各国跨海、跨越的信息传输。2.全光网络。未来通信网络发展重要目标和通信技术发展的最高阶段是实现全光网络,目前全光网络已经是世界各国对光纤通信研究的一个重要课题。虽然目前还处在初级阶段,但是随着人类的不断的探究和研制,相信全光网络这一目标很快会实现。
五、结论
随着信息时代繁荣发展,迎来光纤通信技术空前的提高,它改写了我们通信行业的历史,使得理论变为了现实,它不仅仅是一个信息传输手段,也被广泛应用到了工业生产和人们生活的各个领域,只有将光纤通信技术向更高方向发展和技术提高,加快引领通信领域前进步伐,从而促进社会经济快速发展。
作者:徐笑 单位:新疆公安厅特别侦察队
参考文献