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第十七章 电磁波与现代通信
第3节 现代通信
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站的无线通信方式；
光纤通信是一种利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式；
我国是全球5G通信标准制定的核心成员，拥有的5G标准必要专利数量全球最多。
1. 了解卫星通信的工作方式。
2. 了解光纤通信的工作方式。
3. 知道信息通信技术的发展过程及其应用。
20世纪下半叶以来，随着计算机技术、数字技术和网络技术的不断发展，人类社会进入了现代通信时代。
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站(负责接收并转发无线电信号)的无线通信方式，通常采用微波传递信息。微波的性质与光波相近，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射。
知识点一、卫星通信
如图17- 24所示，卫星通信系统是由空间端、地面端和用户端三大部分组成的。空间端大多采用地球静止轨道卫星。地球静止轨道卫星在地球赤道平面内距地球表面约35800km的轨道上运行，它绕地球一周的时间与地球自转的周期相同，约为24h。从地面看去，它似乎总是静止在赤道上空。
1.卫星通信系统
一般来说，三颗在赤道上空均匀分布的地球静止轨道卫星组成的通信系统发出的 电磁波，就几乎可以覆盖整个地球表面，如图17-25所示。
卫星通信具有覆盖面大、 通信距离长、不受地理环境限制等许多独特的优点，尤其在长距离、边远山区和抢险救灾等的通信中更是大显身手。
2.地球静止轨道卫星
卫星通信不仅在全球性的电话、电视广播中成为重要的信息传输方式， 而且在全球定位、导航等方面发挥着重要作用。
我国于1984年4月8日成功发射了地球静止轨道试验通信卫星— — “东方红二号”(图17-26,见下页)之后，又相继发射了多颗地球静止轨道卫星， 实现了覆盖全国的信号传输，改变了边远地区通信落后的状况。2022年7月13日，我国成功发射了“天链二号”03星(图17-27,见下页)。它与先前发射的“天链二号”02星、“天链二号”01星三星联网，组成了我国第二代地球同步轨道数据中继卫星系统，其最主要的任务是为载人飞船、载人空间站等载人航天器提供数据中继和测控服务，如协助完成天地通话、太空授课、交会对接等重要任务。
20世纪30年代，一个制玻璃的工人偶然发现，光能沿着长长的玻璃棒传输。于是，科学家们开始试验用拉得很细的玻璃丝来做激光的传输线， 并获得了成功。人们把那些能够传输光信号的极其纤细的材料称为光导纤维,简称光纤，如图17-28所示。由多根光纤制成的光信号传输线称为光缆，如图17-29所示。
知识点二、光纤通信
光纤、光揽
看一看
将光纤拉直，在光纤的一端放上发光的小电灯。在它的另一端观察， 能够看到小电灯发出的光。如图17-30所示，将光纤弯曲，在光纤的另一端观察，你还能看到小电灯发出的光吗
能。
活动17.4 观察光纤的导光现象
想一想
为什么光能从弯曲光纤的一端传到另一端呢
如图17-31所示，光沿直线进入光纤的A 端，经多次反射后从光纤的B端射出。
光能从弯曲光纤的一端传到另一端，其核心原理是 光的全反射现象。
在弯曲的光纤中，光在纤芯与包层的界面上不断发生全反射，从而像沿着轨道一样曲折前进，即使光纤弯曲，光也能被约束在纤芯内传输，而不会泄漏出去。
光纤通信是一种利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。在光纤通信中，首先利用电光转换技术把电信号转变为光信号，并通过光纤传递到接收端，然后再把光信号转变成电信号，从而实现信息传递。光纤通信的容量极大， 一根头发丝那样细的光纤就可以实现近300亿人同时通话。 光纤不导电，在磁场中不会产生电磁感应现象，所以光纤通信不会受外界电磁场的干扰。光纤不怕潮湿、耐腐蚀、能量损耗低，这些特性使得光纤通信质量比其他有线通信高得多。
在世界移动通信技术的变革中，我国坚持走自主创新道路，以创新驱动发展，从第一代移动通信技术(1G) 至第五代移动通信技术(5G),先后经历了“1G 空白、2G跟随、3G突破、4G并跑、5G领先”的发展历程。如今，我国是全球5G通信标准制定的核心成员，拥有的5G标准必要专利数量全球最多，建成并开通的5G基站总量也居世界之首。
知识点三、不断发展的信息通信技术
通信技术的发展
5G网络能与先进传感、人工智能等技术有机融合，为用户提供增强现实、 虚拟现实、超高清视频等服务，让用户获得身临其境的体验，解决人与物、物与物通信的问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等 物联网应用的需要(图17-32)。5G正在渗透到各个行业和领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键技术。
5G的应用
随着信息技术的不断发展，信息安全问题日益突出。为了有效解决这一问题，人们想到了量子信息科学。由于光量子的不可复制 性，其密钥不是固定的，充满随机性，即使被截获也无法被破译。 因此，理论上量子通信可以做到绝对安全。为了从理论研究走向现实应用，中国科学家开启了量子通信技术的创新之旅。
生活 物理 社会 “墨子号”与量子通信
2016年8月，在我国科研人员的不懈努力下，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射(图17-33)。仅用了1年时间，“墨子号”就提前并 圆满完成远距离量子密钥分发等既定科学实验目标，为量子通信的实验研究贡献了中国方案。
2022年5月6日，以中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟为核心的研究团队，利用“墨子号”首次实现地球上相距 1200km的两个地面站间的量子态远程传输。这为构建全球化量子信息处理和量子通信网络奠定了重要基础。
图17-33 “墨子号”在轨示意
卫星通信系统的三大组成部分
卫星通信的作用、应用
波长、波速、频率之间的关系
现
代
通
信
卫星通信
光纤通信
不断发展的信息通信技术
通信技术的发展
5G的应用
光纤、光缆的概念
光纤通信的原理
光纤通信的作用、应用、优点等
1.关于卫星通信，下列说法正确的是（　　）
A．要完成全球卫星通信至少需要4颗地球同步卫星
B．通信卫星只能用来传递声音信号
C．卫星通信就是利用卫星来向地面发射电磁波
D．通信卫星既能传递声音信号，又能传递图像信号
D
2.如图所示的实验研究的是“光纤是怎样传输光信号的”。实验中，光纤是_________（导体/绝缘体），在光纤的一端附近放上发光的小电灯，在另一端可以观察到_______。用光纤传输光信号，主要应用的物理知识是__________。
绝缘体
灯光
光的反射
3.在2024年世界移动通信大会上，华为发布了5.5G智能核心网解决方案，宣布2024年为5.5G商用元年，就这项通信技术，下列说法正确的是（　　）
A．5.5G无线电通信是通过电磁波传递信息的
B．电磁波不能在真空中传播
C．5.5G比5G通信快，是因为电磁波的波速变大了
D．只有电磁波能够传递信息
A

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