卫星通讯论文

据《新科学家》杂志等媒体综合报道，一支意大利和奥地利科学家小组 宣布，他们首次识别出从地球上空1500公里处的人造卫星上反弹回地球的单批光子，实现了太空绝密传输量子信息的重大突破。这一突破表明在太空和地球之间可以构建安全的量子通道来传输信息，用于全球通信。此研究成果发表在《新物理学杂志》（New Journal of Physics）上。意大利帕多瓦大学的保罗·维罗来斯和恺莎尔·巴伯利领导此研究小组，成功地利用意大利名为马泰拉（Matera）激光测距天文台的5米望远镜向地球上空1500公里处的日本阿吉沙（Ajisai）人造卫星发射出光子并让此卫星将这些光子反弹回到了原始出发地。这标志着无法偷听的量子编码通信可望通过人造卫星来实现。此消息将会大受全球通信公司和银行的欢迎。据某些说法「在2007年6月，一个由奥地利、英国、德国研究人员组成的小组在量子通讯研究中通过创下了通信距离达144公里的最远纪录」，但事实是1997年奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证，2004年该小组利用多瑙河底光纤信道，成功地将量子态隐形传输距离提高到600米。最终在2012年利用西班牙加纳利群岛的良好环境在大气中传输143公里。才打破了中国此前先后于北京和青海湖创下的16公里与97公里大气内传输世界纪录。而要达到更远的距离很难，因为大气容易干扰光子脆弱的量子状态。而巴伯利小组想出了解决办法，通过人造卫星来发送光子。由于大气随高度的增加而日趋稀薄，在卫星上旅行数千公里只相当于在地面上旅行8公里。由于巨大的实用价值及技术的可行性已经得到证明，中国已在多个场合宣布将于2015年发射人类首颗量子通讯卫星。同时将与奥地利合作进行北京至维也纳的人类首次量子卫星通讯试验，并试图由此构建两地之间的量子通讯网络。另一方面，早前为证实地面能观测到从轨道卫星上发送回来的光子，奥地利研究小组从意大利马泰拉（Matera）激光测距天文台的望远镜向阿吉沙（Ajisai）人造卫星发射出一束普通的激光。阿吉沙（Ajisai）人造卫星由318面镜片组成，从精确的镜片上反弹回来的单批光子成功地回到了此天文台。参与此项研究的奥地利维也纳的量子光学和量子信息研究所著名量子物理学家安顿·宰林格（Anton Zeilinger）认为太空至地球的量子通信是一项可行技术。宰林格正在打造一个人造卫星，用于产生纠缠光子，接收信息并对信息编码，之后再将编码的信息反射回来，以建立全球量子通讯网络。量子通讯是利用了光子等粒子的量子纠缠原理。量子通讯学告诉人们，在微观世界里，不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象叫量子纠缠，这一现象被爱因斯坦称为“诡异的互动性”。科学家认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和量子保密系统的基础。量子通讯是经典信息论和量子力学相结合的一门新兴交叉学科,与成熟的通信技术相比，量子通讯具有巨大的优越性，具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通讯不仅在军事、国防等领域具有重要的作用，而且会极大地促进国民经济的发展。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来，美国国家科学基金会、国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究，欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通讯的研究，研究项目多达12个。日本邮政省把量子通讯作为21世纪的战略项目。

微波通信采用接力的办法，通过建立中继站实现了远距离的通信。但是，这种方式也有很大的缺点。因为地球上有些地方是无法建立中继站的。比如，从我国的北京到美国的纽约，距离有上万千米，中间隔着波涛汹涌的太平洋，如果每隔四五十千米，建立一个中继站，就得在海上建200多个站，这是不可能做到的。1945年，一个名叫克拉克的英国人发表了一篇题为《地球外的中继站》的科学预言论文。在论文中，他提出了一个十分大胆的设想，即人类有可能通过发射人造地球卫星，为地面通信建立设在空间的“中继站”。他说将卫星放到赤道上空约36000千米的同步轨道上。这样，一颗卫星上的中继站所转发的微波，可以覆盖大约1/3的地球表面。如果布放3颗等距离同步卫星，全球卫星通信即可实现。他还预言，在1969年前后，人类将登上月球。历史完全印证了克拉克的预言。1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。这不仅标志着航天时代的开始，也预示卫星通信时代即将来临。紧接着，美国于1960年8月12日发射了第一颗通信实验卫星——“回声”1号。这是一颗无源卫星，只能反射来自地面的无线电波，而不能放大和转发信号，因而没有多大的实用价值。第一颗有源通信卫星是美国在1962年12月13日发射的“中继”1号。它在次年3月进行的美、日两国电视转播试验中，及时地转播了肯尼迪遇刺的重大新闻，给人们留下了深刻的印象。1965年4月6日，世界上第一颗商用卫星“晨鸟”号发射成功，它标志着一个崭新的卫星通信时代由此开始。50多年来，卫星通信有许多出色的表现。首先，卫星转播不仅使报道世界重大事件的新闻在瞬息之间传遍全球，而且还使得分散在世界各地的人可以足不出户，通过电视屏幕同观一场球赛，或同时出席一个国际会议。卫星通信是由一个地面站向卫星发射信号，经过卫星的放大、变频等处理，再转发给另一个地面站。一般来说，经卫星的这一“跳”，最远的通信距离可达13000千米，三“跳”即可绕地球一周。通信卫星居高临下，因而不受任何地形条件的限制，即使是在荒漠、高山、海洋和岛屿等，只要有一个直径零点几米的“甚小地面站”，就可以通信，而且通信的费用与通信距离无关。有人做过计算，从一颗卫星发射出来的微波信号，能够覆盖地球面积的40％，相当于在地面架设300多个微波接力站。在卫星覆盖区内，任意两点或多点，都可以实现卫星通信。卫星通信的容量也大得惊人，一颗通信卫星可以容纳6万多人同时打越洋电话，并可进行许多路电视通信，还可以进行数据、文字、图像和移动通信。目前，人类在同步轨道上已经发射了100多颗通信卫星，还有1000多颗移动通信卫星在中低轨道运转。这些通信卫星在许多要求远距离、高质量的通信领域大显身手，它们承担了全球近100％的越洋电视转播和30％以上的国际电报电话业务，奥运会电视转播、香港回归盛典以及许多救援通信，都是卫星通信完成的。卫星通信使人们强烈地感受到地球正在缩小，一个“地球村”的概念也由此而产生。另外，由于卫星通信的崛起，在海上救援活动中，古老的以“SOS”为呼救信号的莫尔斯电报已退出历史舞台，海事卫星后来居上，将人类的海上救援活动推向了一个新的水平。在后来的许多战争中，卫星通信也出尽了风头。知识点模拟信号模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化，而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。