第五节 电子通信

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21世纪初微电子技术的发展趋势

　　综观人类社会发展的文明史，一切生产方式和生活方式的重大变革都是由于新的科学发明和新技术的产生而引发的，科学技术为革命的力量，推动着社会向前发展。当前，我们正经历着一场新的技术革命，虽然它包含了新材料、新能源、生物工程、海洋工程、航空航天技术和电子信息技术等领域，但其中影响最大、渗透性最强、最具代表性的乃是以微电子技术为核心的电子信息技术。 信息是继材料和能源之后的第三大资源，是人类物质文明与精神文明赖以发展的三大支柱之一。目前，我们正处在一场跨越时空的新的信息网络革命中，特别是九十年代出现的信息高速公路，它将比历史上的任何一次技术革命对社会经济、政治、文化等带来的冲击更为巨大，它将改变我们的生产方式、生活方式、工作方式及治理国家的方式。

　　实现社会信息化的关键是各种计算机和通讯机，但是其基础都是微电子。1946年2 月在美国莫尔学院第一台名为ENIAC 的计算机问世。ENIAC是一个庞然大物，它由18000个电子管组成，占地150 平方米，重30吨，耗电140KW，足以发动一辆机车，然而它的运行速度只有五千次每秒，存储容量只有千位，而且平均稳定运行时间才7 分钟，设想一下，这样的计算机能够进入办公室、企业和家庭吗？所以当时曾有人认为，全世界只要有4 台ENIAC 就够了。可是现在全世界计算机不包括微机在内就有几百万台，而有微机的人均占有率已经达到3.7%。造成这个巨大变革的技术基础就是微电子。正是由于集成电路的发明以及后来从小规模、中规模、大规模、超大规模，直到甚大规模集成电路的层出不穷、世代更迭，才出现了今天这样的以微电子技术为基础的电子信息技术和产业。现在，电子信息技术已经广泛地应用于国民经济、国防建设、乃至家庭生活的各个方面。目前美国每年由计算机完成的工作量超过4000亿人年的手工工作量；在日本，每个家庭平均拥有约100 个芯片，它如同细胞组成人体一样，已成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品的细胞。集成电路产值以≥13%的年增长率，集成度以46%的年增长率持续发展，世界上还没有一个产业能以这样高的速度持续增长。这样，到21世纪到来之际，电子信息产业将成为世界第一产业，21世纪将是名副其实的信息化世纪。正因为微电子具有如此广阔的领域和强大的社会影响，人们对微电子今后的发展趋势越来越关注。为此本文简要讨论和分析21世纪初微电子技术的发展趋势。

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城市信息化，上海居全国之首

　　联合国经济与社会理事部主席马卡里木·威比索诺在“论坛”上，对上海评价说：“在亚洲，上海已经是城市信息化的领先者。”他又说：“一流的硬件＋一流的观念＝上海走在亚洲城市信息化前列。”美国加州政府副州务卿罗伯特·查尔斯·莱卜斯利说：“三五年后，上海市政府将实现行政运作信息化；大中型企业应用电子商务的普及率达到90％以上；金融信息化基本实现与国际接轨；社会公共领域信息化有较大发展。”

　　 上海拥有巨大网民资源，常住户口人数1500万人，有线电视用户超过300万户。建设500万千米集约化通信管线，利用地铁、高架道路等设施穿放大芯数光缆100千米，保持上海作为国际海光缆主要登陆地和通信枢纽的地位，互联网国际出口带达到2G以上；建成世界最大ATM城域宽带网，覆盖率达到95％。以宽带交互中心等枢纽、各大基础网络互联互通的高速、宽带、多媒体主于传输网络平台，多种方式宽带接到家家户户，实现固定电话。移动电话和有线电视分别为541万户、340万户和315万户，并与京、津、德等城市联网，实现最大城域有线电视网络。

　　基本实现机关办公业务的电子化、自动化和网络化；大型企业信息化普及率达到100％，中小型企业网络应用率达到叨％以上；电子商务，农业信息服务，城市建设和管理、教育、卫生、广播影视、新闻出版、旅游、金融等公共服务领域的信息水平居全国各大城市前列；高中以上学校、区中心医院以上医疗机构、区级以上图书馆宽带上网率达到100％；信息化社区普及率达到50％；市民上网率达到刀％以上。

　　现在，信息产业增加值达到450亿元，到2005年将达到4000亿元，年增长速度达到30％以上；信息产品制造业和软件业总产值达到1900亿元，约占全市工业总产值的25％以上；大力发展数字电视开播、信息家电等信息服务行业，年增长速度达到50％以上。浦东新区，“十五”前三年信息化覆盖率超过95％，信息产业产值由现在的22％提升到州40％，至2005年信息产业产值将突破1000亿元。

　　形成全社会关心、支持、参与信息化建设，建立统一、精干、高效的信息管理体制，形成信息化创新人才高地，形成名符其实的具有国际竞争能力的“上海信息港”。

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各国兴建信息高速公路

　　美国是最早提出建设信息高速公路的国家。1994年1月美国政府提出争取在2000年之前，建成一个全国范围的信息高速公路。美国计划中的“信息高速公路”主要有以下几个部分组成：建设一个覆盖全国的宽带高速信息通信网；信息资源的开发和利用；以微电子技术为基础的信息设备的开发与制造；通信和信息系统软件、应用软件和各类技术标准的研究开发；培养和造就大量的信息技术人才。

　　作为一个政治和经济的联盟，欧洲信息高速公路的发展，除了各国有各自的计划外，同时在欧洲范围内也有一个统一的规划。1994年，欧盟进一步明确和完善了欧洲通信技术研究和开发的发展战略：建立全欧新一代信息服务网络；努力开拓西欧信息终端市场；加强研究机构与工业界的合作，促进信息通信新技术的开发；建立试验性地区宽带式、全方位信息服务网；加强与周边国家合作，共同建立“信息社会”；加强国际合作，特别是与美国和日本的合作。

　　英国十分重视“信息高速公路”的建设。 1994年2月 23日，英国电信局宣布，它计划投资100亿英镑，在英国建立一个光纤通信网络，向人们提供新闻、教育。商业、金融、娱乐等方面的服务。除英国政府外，民间公司也积极参与“信息高速公路”的建设。

　　 法国政府于1994年2月22日召开小型部长会议，分析了多媒体信息传输系统的发展前景。会议认为，今后电视、电信和信息将朝着一体化方向发展。随着数据信息压缩、光纤等科技的进步，图像、声音和信息数据，可以通过大流量的交互网络同时处理和传输，这种多媒体高速信息传输技术就是人们所说的“信息高速公路”。它的发展前景相当可观，法国应该尽快制定一项措施，确定一个长远目标，迎接这一跨时代技术革命的挑战。

　　 加拿大1994年4月成立了一个顾问委员会，专门就“信息高速公路”的建设向政府提供咨询。这个顾问委员会包括电信、电视、广播、计算机公司的大老板以及消费者、教育界和研究机构的代表。加拿大准备投入巨额资金建设“信息高速公路”有两个主要原因：第一，“信息高速公路”将使每个家庭都能享受充分的信息服务。高速度、高质量的信息传递将把家庭、企业、工厂、医院、学校和政府机关联接起来，形成一个巨大的信息市场。第二，建设“信息高速公路”不仅包括电话公司和有线电视公司，而且包括电影制作、出版、电子产品行业，耗资巨大。这样的巨额投资将会兴起一个“信息高速公路”经济。对于将要出现的巨大信息市场和新兴的工业经济，谁先投资谁就处于有利地位。目前，尽管加拿大的信息高速公路建设尚处在起步阶段，但是其现有的计算机网络已具有相当的规模。

　　在美国提出兴建“信息高速公路”以后，日本急起直追。日本政府决定建立联接日本各个研究机构的超高速信息网。这个信息网被命名为“信息研究流通新干线网”。该网利用大容量光缆，以筑波科学城和关西文化学术研究城为核心，将全国30多个国立、公立研究机构现有的几十台超级计算机联网，各研究机构可以根据需要互相利用。而且，日本政府的各个省厅之间也可利用超级计算机和学术数据库进行统一管理，共同利用，以提高研究开发效率。日本政府还打算将信息网向企业开放，并与欧美信息网联网。继美国、日本、加拿大、英国、法国之后，东亚和东南亚的一些国家，如韩国、新加坡等也在大力推进信息高速公路的建设。

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卫星通信新浪潮

　　我们设想2008年举世瞩目的奥运盛会正在北京激烈而有序地进行。每天要从这里向地球的每一个角落发送难以计数的各类信息。而这临时性增加的特大业务量，似乎并没有给这里的通信系统带来什么压力。这要归功于通信卫星，和距离我们的头顶20公里左右的一些特殊的汽球。在这个寄托着全体中国人的愿望的“虚拟情境”中，汽球的出现，其实是要展示一种利用汽球为平台，把卫星通信中的有效载荷放在汽球上的一种通信方式。汽球的引入，是卫星通信发展的一个新浪潮，对新一代的空间通信系统，将带来无法估量的冲击。这种载有不同有效载荷的汽球，一般是停放在人口稠密地区的上空，直接进行个人通信、汽车跟踪、定位、无线接入和遥测监控等。卫星通信发展的另一个趋势，是把同步轨道通信卫星、非同步轨道通信卫星、汽球通信和地面通信系统连接起来，形成容量更大、性能更强的通信服务系统。新的世纪里，在卫星通信系统的强力支持下，会使网络的触角伸向人们所能到达的任何角落，同时允许人们自行选择接收信息的方式，如电子邮件、语言邮件或视频处理等。

　　随着卫星通信的进步与完善，拔电话将成为只能从历史课本上学到的概念。给母亲打电话可以简单到只需说一声“妈妈”就可以接通。即使您不知道如何使用计算机，您也会收发电子邮件，您不必知道怎样打字就可以使用互联网，可以说使用键盘和计算机的时代即将结束。将来卫星通信不仅解决传输问题，还要直接向用户提供服务。到那时，城市里的草坪洒水系统在启动之前可自动查询全国天气服务网站以确定今天的确无雨。因特网在生活中的角色也将发生改变，网络可能将成为一个完全不同于今天我们所理解的概念，发挥着全新的作用；新一代轿车的驾驶者可用声音来操纵车上的电话，收音机和激光唱机，无需动手，只要动口。由于卫星通信覆盖区域广，不受地理障碍约束和用户运动的限制，不论是身处沙漠，还是位于冰川，都能够进行实时通讯，交换信息；我们可以随时向世界各地的专家请教，得到帮助；可以真正实现海内存知己，天涯若比邻。也许很快，卫星通信的地面接受系统，将变得又小又轻，设备价格和通信费用都可以与地面通信设备相比，变成一种普通的个人通信和家电消费品，如同今天的移动电话、计算机一样，深入我们的日常生活。 本世纪60年代，光纤给世界通信业带来一场革命，人们为光纤巨大的容量赞叹不已。

　　然而现有技术对光纤通信容量的利用还不到万分之一，与此同时，互联网的日趋成熟，电信、电视网大规模扩张而导致信息传输量与日俱增，这迫使人类不断思考这样一个问题，怎样才能进一步开发光纤的通信容量，使它成为宽阔的信息高速路。曾经有人提出这样的设想，传统的光纤通信是一根光纤中只允许一种波长的光传输信息，这相当于原本宽阔的信息高速路上只有一条车道可以通行，如果让几种不同波长的光，携带各自不同的信息，在同一根光纤中传输，这不就相当于原来的一条光纤发挥了几条光纤的作用吗？这大胆的设想就是波分复用技术。如果这个设想能实现，那么将意味着原来一条车道的光纤将成为多车道的信息高速路，这是完全可能的。不同波长的激光，在同一芯光纤中传输，不会相互干拢，如果在接收端把这些信号准确地分离出来，这就是波分利用技术要解决的问题，继美国人把一设想转变成现实后，我国北京大学区域光纤实验室和其它一些公司联合开发出了我国自己的光纤波分复用系统。和以往的光通信设备相比，采用了波分复用技术的光通信系统，对光信号的发送和接收别具特色，增加对多种波长的光信号进行合并和分离设备——合波器和分波器。合波器放在光纤的入口 ，分波器放在光纤的出口，当不同波长的光信号到达光纤这条信息高速路的入口时，首先要接受合波器的检测，由它为不同波长的光信号指定车道，这样保证它们能够各行其道，避免出现干扰的现象，在高速路的出口，分波器发挥作用，它再次对光信号检测，对波长分类并为它们指定相应的接收终端，正是合波器和分波器的有效调度，才保证了光纤这条信息高速路才能多车道并行。不同分辩率的分波器和合波器，可以接纳不同的数目和波长的光信号，科学家们已经研究成功的波分复用系统，能同时接收并处理四种、八种波长的光信号，也就是说，可以让原先的信息高速路拓展为四车道和八车道，波分复用技术让光纤这条高速路更宽阔，也给我们带来巨大的经济效益，以往一条通话量为6千路的光缆，就能满足两个大城市之间的通信需求。

　　随着通信量的急剧膨胀，许多按照老标准设计的通信线路，已经大大超载，万般无奈，人们只好增加辅设多条光缆，这样做不仅费时费力，还是一笔不小的投资，波分复用技术的实现，使人们不必在掘地三尺，只要在光缆的两头增加合波、分波器就能使通信量就能增到原来的四倍甚至八倍，可以想象无论是在难以挖掘的雪域高原还是在深不可测的浩瀚大海，光纤容量的增加将不再是使人头痛的一件事，原来计划增加光缆辅设的广州至深圳，率先安装波分复用系统，不仅节省三条光缆的投资，还使通信容量上升为原来的三倍，波分复用技术是人类深入开发光纤容量的第一步，我们期待着这项技术开辟出一个广阔的信息空间。

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我国的“三金工程”

　　我国经济的快速发展，已经到了迫切需要缩短信息现代化进程的阶段。我国有关部门制定了信息现代化的重大战略举措，“三金工程”即是其中之一，它是“金桥”“金关”和“金卡”工程的简称。

　　现代社会是信息社会。信息的交流在国民经济和社会发展中起着重要的作用。据有关方面估计，我国在电信方面每投入1元，就会给其他各行业带来18元的经济效益。1993年，我国根据新的形势，并从国情出发，在继续大力普及基本电信服务和过去各类信息系统建设的基础上，提出了推进国民经济信息化服务的任务，开始建立“金桥工程”。

　　国家公用经济信息网工程，即“金桥工程”，采用光纤、卫星、微波、程控、无线电移动等方式，可以传输数据、语音、图像、传真。这个网将为商业、旅游、气象、国家安全、科技信息检索等各种信息业务系统的建设提供通道，把各部委、各省市以及大中型企业联接起来。这对于提高我国宏观经济调控和决策水平，对于促进信息资源共享和推动信息服务业的发展，都具有十分重要的意义。

　　“金关”“金卡”分别是“金桥”的一、二期工程。“金关”工程，即国家经济贸易信息工程，用计算机网络对整个国家的“物流”实施高效管理。“金卡”工程从电子货币起步，将逐步发展成为个人与社会交往的全面证明，如个人身份、经历、储蓄凭证等等。