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古今看通信(上)

助工
2018-12-09 16:17:59    评分

通信,指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递,从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下采用任意方法,任意媒质,将信息从某方准确安全地传送到另外一方。

行业的诞生取决于人类的需求及需求满足程度,所有的行业都是随着人类的需求发展而诞生,并随着需求逐渐满足而发展。人类有吃饭的需求,在农业诞生之前,主要是靠采摘和狩猎。随着人口增多及稳定获取食物的需求诞生,则种植业的诞生。人类更喜欢吃肉,为了稳定获得肉类,则畜牧业诞生;人们也有相互交换信息的需求,通信产业的需求一直是存在的,只不过在工业革命之前,一直没有有效的手段来满足人们的需求。

从广义上讲,任何传递信息的手段都是通信产业,因此在通信设备诞生之前的书信,烽火台等,也算是通信的一种。但是烽火台的问题是只能传递一个信息,也就是信息传递量少。

烽火台

烽火台又称烽燧,俗称烽堠、烟墩、墩台。古时用于点燃烟火传递重要消息的高台,系古代重要军事防御设施,是为防止敌人入侵而建的,遇有敌情发生,则白天施烟,夜间点火,台台相连,传递消息。是最古老但行之有效的消息传递方式。

烽火台之间距离一般约为十里,通常选择易于相互了望的高岗,丘阜之上建立。台子上有守望房屋和燃烟放火的设备,台子下面有士卒居住守卫的房屋和羊马圈,仓库等建筑。明代也有距离5里左右的,守台士兵发现敌人来犯时,立即于台上燃起烽火,邻台见到后依样随之,这样敌情便可迅速传递到军事中枢部门。当然,烽火台的传递也仅仅限制于边防一线的近距离信息传递,是在就近兵力能够防范和支援的范围之内。  

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烽火台最早只能传递有敌情这样一个简单的信息,随着烽火台的应用逐渐成熟,随之而来的是信息传递量的改变,也就是能够通过烽火台传递来范敌人的多少。汉代就有专门行文《塞上蓬火品约》规定了烽火台传递信息的规则:“凡不满一千人只燔一积薪;超过一千人燔二积薪“,而到明代,在烽火台点火的基础上,还增加了鸣炮,规定““令边候举放烽炮,若见敌一、二人至百余人举放一烽一炮,五百人二烽二炮,千人以上三烽三炮,五千以上四烽四炮,万人以上五烽五炮。”

总而言之,烽火台,只用于军情/来敌信息的传递,虽然信息传递相对较快,但是信息传递量是非常少的,仅限于有无或者几个等级的来敌数量的信息。

书信

 

书信是将要传递的信息以书面的形式写下来,信息量是足够,也是古代用得最多,时间也最长的通信方式。但是书信最大的问题就是慢,因此人们围绕书信传递的改进最主要的是如何加快,大家耳熟能详的加快方式有两种:信鸽,驿站传递(含八百里加急)

信鸽主要是利用鸽子无论多远,都能够归巢的特性,用来传递书信。信鸽的优点在古代来说,是速度快,信息传送时间短,不受天气地形距离等限制,或者说限制相对少得多,尤其适合于用在军事上的情报传送。信鸽传递信息由于存在很大不确定性,比如如被人射杀,被其他动物捕获等意外都会导致信息无法传送,因此信鸽的应用不是很广泛,主要是用于紧急情况。信鸽在现代通信诞生之后也还非常的环境之下发挥过重要作用.

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1897年,日本东京市郊八王子处发生大火灾。东京各报馆记者纷纷前往采访。因通信和交通断绝,众多记者采写的稿子无法发出。唯有朝日新闻社的记者利用信鸽迅速将新闻稿传回报社。该社也因此成为此次火灾报道的领先者。

1942年,一艘英国潜艇被德国施放的深水炸弹击中,沉入海底。水兵们用一个特制的密封舱将一对信鸽保护好,用鱼雷发射器投放到水面。鸽子带着写有紧急呼救信号“SOS”和潜艇方位的情报飞向基地。有一只鸽子成功飞抵目的地,使潜艇乘员得救。为表彰这只信鸽,英国建了一座信鸽纪念碑。

驿站是指古时专供传递文书者或来往官吏中途住宿、补给、换马的处所。驿站这一场所自先秦时便已有之,秦汉时已经完善,秦始皇统一中国后所设置的“十里一亭”, 汉初“改邮为置”,即改人力步行递送为骑马快递,并规定“三十里一驿”,也就是传递的速度和范围加大了。驿站在古代组织的严密程度,运输信息系统的覆盖水平也不亚于现代通讯运输。一旦需要传递的公文上注明“马上飞递”的字样,就必须按规定以每天 300 里的速度传递。如果遇到紧急情况,传送的速度可达到每天 400 里、600 里、最快达到 800 里。传递紧急文件时,每个驿站都用快马,每匹马都拼命跑,也可以“一日千里“,因此“八百里加急”专用来表示紧急情况下的信息传递。

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电报的诞生

通信产业开始于有线电报,虽然电报(有线电报和无线电报)都已经退出了人们的日常生活,但是作为基于电磁学的第一个应用并且形成产业有线电报,相当于在通信业的开天辟地,甚至说,没有电报就没有当前通信业的一切,正是由于电报的成功,才形成了电信运营业,才有了通信设备制造业,才使得由足够的投资不停的投资,改进设备,提高效率,拓展技术,逐渐做大通信产业,逐渐满足人们对通信的需求。

电报诞生的电磁学基础

从公元前600年前后古希腊哲学家泰勒斯关注到摩擦琥珀吸引羽毛,用磁钱矿石吸引铁片的现象开始,到1600年,英国物理学家吉伯发现多种物品能够摩擦起电,再到1660年德国盖利克发明了第一台摩擦起电机,虽然感觉到了电,但是对电的研究还未入门,直到1745年荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶(电容)及1800年伏特发明了能够比较容易和方便产生电的伏打电堆,电学的研究才走上快车道。因为有充分的电用做研究,电学的原理,功能和特性理论都逐渐建立起来。而这些是电报发明的理论基础。

1820年,丹麦根本哈根大学教授奥斯特在《电流对磁针的作用的实验》论文中公布了他的一个实验发现,在与伏打电池连接了的导向盘点放一个磁针,磁针马上就会发生偏转。安倍在看到这篇论文之后,通过实验又总结出关于电流周围产生产生磁场方向的问题的安倍定则,再到后来法拉第发现划时代的电磁感应定律,所有的理论基础都已经有了,下面就是各位实干家的努力了。

电报的需求—铁路

在开篇就说过,任何行业和产业的发展都是由于人们需求的一种结果,但是有需求不一定会有人投入巨大的财力和精力去研究。比如对于人类的快速交通,比如飞机,人们的需求肯定是存在的,但是真正将之产业化的,还是来自于军方侦查需要,虽然莱特兄弟研究飞机是一种梦想和追求,但是真正产业化,还必须来自有切实的需求大力发展。电报也是一样的,电报的需求来自于铁路。
    1825年,世界上第一列列车在英国运行时用一人持信号旗骑马前行,引导列车前进。1832年,美国在纽卡斯尔-法兰西堂铁路线上开始使用球形固定信号装置,以传达列车运行的消息。如列车能准时到达则悬挂白球,如晚点则挂黑球。这种信号机每隔5公里安装1架。铁路员工用望远镜瞭望,沿线互传消息。随着铁路迅速发展,线路的增多,线路上面火车数量及线路利用率的增长,铁路系统迫切需要一种不受天气影响、没有时间限制又比火车跑得快的通信工具,用以通报调度信息,闭塞铁路和扳道等。此时,发明电报的基本技术条件,电池、铜线、电磁感应器都已经具备,只等有心人想出原理完成电报的发明,并且投入使用。

电报发明的接力

 (1)26线静电电报机

早在1753年,就有人试图用电来远程传递信息了。一位叫做莫里森(Morrison)的发明家制作了内含二十六根导线的金属电线,里头的每根导线都代表着一个字母,末端连接着一个金属小球,球下挂着写有对应字母的纸条。要发报的时候,就在一端用静电机连接导线,导线能够传递静电,所以末端的治疗就会因为静电而被吸附起来。收信段的人只要将字母纸片被吸附起来的顺序记录下来,就能够组成完整的文字了。想法看上去很是巧妙,但实际使用上却有很大的问题:

1.静电的产生很麻烦,前面也说过,直到莱顿瓶发明之后才能存储静电,但是静电的产生缺很麻烦,所以一直到伏打电池发明之后才有了方便,便宜的电以共研究,电学理论才有了快速的发展。

2.静电的功率实在太小了,在传递过程中很容易被损耗,走不了多远。如果仅仅是几公里的路程发什么电报,还不如快马加鞭人去就得了,最起码要几十公里吧。

3.电报的发收的工作繁琐又容易出错,效率不高,这个是显而易见的。

但是这位不太知名的发明家还是开创了一个先河,弄出了这么一个原型机,创造了这个概念。但是也就是因为这个原型机,导致后续人员的研究基本围绕着这个思路去改进,因此没有太多的进展。

    (2)指针式字母电报机

早在1931年,俄罗斯的伦·希林读了上文提到的1820年丹麦教授的论文之后,他就把线圈和磁针组合在一起,做出了电报的第二代原型机,可以利用改变通电电流的强度,以令磁针发生不同角度的偏转,再利用不同的角度代表不同的字母。但是这个指针式电报机因为要表征的字母的复杂性和精度,也未实际投入商用,随着伦·希林因病去世而终止了研究与改进,电报发明的接力棒又传递了到了英国人查尔斯·惠斯通(CharlesWheatstone)和威廉·库克(William Fothergill Cooke)。

 

惠斯通在1802年出生于一个艺术气氛浓郁的家庭,父亲、叔叔都是乐器制造和销售行当里的人,惠斯通15岁开始就进入乐器制作坊,成为一位乐器制造师。在制造乐器过程中,他为了明白音调和音色的特性,对声学产生了浓厚的兴趣,同时进行了声音的传播、振动的演示等一系列研究,他在研究过程中不仅发明了乐器,同时还用实验展示声音振动、传播等现象,并取得相当的学术成就,惠斯通采用了“旅转镜测量”技术首次测量了电的传播速度为4.02×10^8米/秒,虽然有误差,但是他创造的“旅转镜测量”为后续正确测量光速打开了光明大道。

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而库克是英国派驻印度的殖民地官员,在一次回国度假期间,他看见了关于惠斯通电报机的报道,立即意识到这是一个巨大的商机。果断的库克辞了职,全身心投入到电报的研究中来。

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1837年,查尔斯·惠斯在伦·希林关于电报的演讲得到了启发,从伦·希林那里得到了指针式电报机的相关原理,从中看到了电报的广阔前景,所以就全身心的投入了电报的研究。惠斯通很快就掌握了磁针式电报的基本原理,并做了改进,还制定了实验方案,可惜他的研究很快陷入了瓶颈之中。这时候,威廉·库克出现了。虽然库克半路出家,但靠着灵活的头脑和一些粗浅的电磁学知识,他独自的确也摸索出了点门道。但非专业出身始终是个硬伤,库克如果想要在电报的研究上更上一层楼,只能寻求专业人士的帮助。他就这样找到了惠斯通,并和惠斯通合作。

两人一拍即合,很快就合作制作出了一台五针式电报机。这是历史上第一款具备使用价值的电报机,它的原理是用过闭合由电池和双向开关构成的回路,利用线圈的电磁效应来控制磁针的偏转方向。顾名思义,这台机器拥有五根磁针,它们排列在一个菱形刻度盘的中心线上,刻度盘上绘有字母,发报者通过控制其中任意两根磁针的偏转,通过排列组合的方式组成特定的字母。这是一个非常巧妙的设想,融合了数学、物理等交叉学科知识。但这个机器始终只能传送20个字母,字母表中J、C、Q、U、X、Z是没有办法被表达的(未仔细去研究为什么不能表达)。

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第一次电报实验设在了伦敦火车站,通信长度是2.4公里。在社会各界的注目下,库克成功地给惠斯通发去了一封电报,五分钟后便收到了对方的回复,实验大获成功。1839年,他们得到了政府许可和一位爵士的慷慨资助,成功地修建了一条从帕丁顿到西德雷顿的电报线,后来于1841年又将它延伸到了约25公里长。惠斯通和库克后来一直致力于电报机的研发,通过电报机的专利和产品在铁路上的应用,他们得到了几十万英镑的收入,惠斯通更因为他对自动电报机的改进而受封爵士头衔,可谓名利双收。这里的几十万英镑已经是一个土豪级别的收入,对应的1850年,伦敦的一个女裁缝一年的收入可能在12英镑左右,而简爱在桑费尔德庄园里做家庭女教师,一年的收入是20磅(包吃包住)。唯一美中不足的是,教科书上一提到电报的发明人,会大肆宣传的只有美国人塞缪尔·莫尔斯。这是因为指针式电报机本身存在的缺陷:只能收发20个字母;以及英国当局的短视:他们从来没有大力支持过惠斯通和库克。1844年,惠斯通曾写信给英国海军,建议他们使用电报,但海军拒绝了他。

       (3)真正的电报机--莫尔斯电报机

就在惠斯通和库克的推广在英国备受阻力的同时,莫尔斯在大西洋对岸发明出了摩尔斯电码,立即便得到了美国政府的大力支持,因为这样,莫尔斯的电报才能后来者居上,遮盖过了真正发明者的光芒。

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莫尔斯他是一位画家,凭借了他丰富的想象力,不屈不挠的奋斗精神,实现了许多人梦寐以求的目标。在他41岁那年,他从法国学画后返回美国的轮船上,医生杰克逊将他引入了电磁学这个神奇世界。在船上,杰克逊向他展示了“电磁铁”,一通电能吸起铁的器件,一断电铁器就掉下来。还说“不管电线有多长,电流都可以神速通过”。这个小玩意儿使莫尔斯产生了遐想:既然电流可以瞬息通过导线,那能不能用电流来传递信息呢?为此,他在自己的画本上写下了“电报”字样,立志要完成用电来传递信息的发明。

回美国后,他全身心地投入到研制电报的工作中去。他拜著名的电磁学家亨利为师,从头开始学习电磁学知识。他买来了各种各样的实验仪器和电工工具,把画室改为实验室,夜以继日地埋头苦干。他设计了一个又一个方案,绘制了一幅又一幅草图,进行了一次又一次试验,但得到的是一次又一次失败。

 

他冷静地分析了失败的原因,认真检查了设计思路,发现必须寻找新的方法来发送信号。1836年,莫尔斯终于找到了新方法。“电流只要停止片刻,就会现出火花。有火花出现可以看成是一种符号,没有火花出现是另一种符号,没有火花的时间长度又是一种符号。这三种符号组合起来可代表字母和数字,就可以通过导线来传递文字了。”我们如今看起来是多么简单的事,但莫尔斯是世界上第一个想到用点、划和空白的组合来表示字母就和我们看到哥伦布立鸡蛋是一个道理。这样,只要发出两种电符号就可以传递信息,大大简化了设计和装置。莫尔斯的奇特构想,即著名的“莫尔斯电码”,是电信史上最早的编码,是电报发明史上的重大突破。

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莫尔斯在取得突破以后,马上就投入到紧张的工作中去,把设想变为实用的装置,并且不断地加以改进。1843年,塞缪尔·莫尔斯用国会赞助的3万美元建起了从华盛顿到巴尔的摩之间长达64公里的电报线路,1844年5月24日,是世界电信史上光辉的一页。莫尔斯在美国国会大厅里,亲自按动电报机按键,向巴尔的摩发送了世界上的第一封电报,电文内容是《圣经》中的一句话“上帝啊,你创造了何等的奇迹”。随着一连串嘀嘀嗒嗒声响起,电文通过电线很快传到了数十公里外的巴尔的摩。他的助手准确无误地把电文译了出来。莫尔斯电报的成功轰动了美国、英国和世界其他各国,他的电报很快风靡全球。

至此,真正的实用化的电报机已经发明出来了,虽然莫尔斯的电报机比惠斯通和库克的电报机更加实用,简单,但是真正能够批量投入实用的电报机应该是惠斯通和库克发明的,但是由于英国政府的短视,再加上电报机本身的缺陷(只能传递20个字母),而莫尔斯的电报机则是采用编码的形式,更具备通用性,因此现在各种文献里面都将电报机的发明的桂冠给了莫尔斯。

    今天我们先了解从古到今看通信之电报的产生,下篇我们将继续看电报产业的发展和衰落,已经电报在我国的发展,一起期待古今看通信(下)吧!

    转贴自网络



管理员
2018-12-10 09:14:22    评分
2楼

谢谢楼主分享


专家
2018-12-25 15:54:35    评分
3楼

难怪许多地方只看到介绍莫尔斯电报的。谢谢分享。


高工
2019-01-18 11:00:37    评分
4楼

通信界的科普大百科


菜鸟
2019-03-20 16:03:54    评分
5楼

谢谢楼主分享


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