互动科普

全球网络正在进入一个崭新的发展阶段，一个将引发新的应用，并使拨号调制解调器成为过时事物的新阶段。

十年内，发达国家的大多数人都将通过在速度上数百倍于(至少是数十倍于)目前常见线路的因特网线路上网。尽管这样的发展可能听起来确实没什么轰动效应，但实际上它预示着全球网络发展进入了一个全新的阶段。那些联结到家庭的高速连接线路——无论它们是采用电话线、电视电缆线或是卫星中继线的物理形式——将导致全新的一系列应用。网络爱好者们不仅可以在万维网页面上迅速地“蹦来蹦去”——这就使网络的使用更加频繁——而且还能够享受到那些目前仅以雏形存在于幻想家或企业家头脑中的应用。如实时高保真度音乐、电话、电视会议、电视及电台节目之类的应用都将由一个单独的服务公司通过一个连接装置来提供。还会有新的娱乐项目(比如自选影片)，以及新的功能，如当影片中的导演或演员出现在屏幕上时，你可以调出有关信息。用户还可以玩实时在线游戏，并且是和分布在全球各地的游戏参与者一起玩。远隔数千公里的用户可以共享虚拟现实的体验，并可就一个商业或学术项目一起进行有效工作。

常见因特网应用(例如万维网)的快速增长正促使企业建立网络的基础设施，以给家庭提供高带宽的(或是“宽带”的)通讯服务。据估计，美国现在有四分之一的家庭拥有某种因特网上线路。目前大多数用户使用拨号调制解调器上网，这种设备的作用是实现数据流和声频音调模式之间的来同转换，使数据沿电话线(它原本是设计来传送声音信号)传送。在电话线的另一端，因特网服务商为用户提供一种接口，通过这种接口用户可以与全球数不胜数的结点联络和交换数据。

拨号调制解调器易于使用，大多数计算机都带有一个内置调制解调器。但是这种内置调制解调器的性能有限。此外，用户需要打电话并为之付费，以和服务商建立联系，这意味着访问因特网既不连续，又不方便。一旦当本系列专题报道中所描述的宽带技术出现，人们就可以极快的速度(事实上没有一点延迟)在因特网上收发文本、图像及音频、视频信号。事实上，因特网在家庭的各个屏幕上将永远是“接通”的，准备—接收到单个的击键信号或声音命令就为用户提供帮助。宽带技术将带来大量新的数据、多媒体和电视服务，而且它提供的服务的花费用户可以承受。

为家庭设置线路

用户与电信通讯服务问的不同连接方式在速度上有着天壤之别。目前通常使用的最快调制解调器收发数据的速度是每秒56000比特(或是每秒56千比特)。这是大多数家用计算机上网速度的极限。而办公室里的个人计算机通常通过局域网与公司里的其它计算机相连接，如最常用的以太网其原始速度为每秒1千万比特(即每秒10兆比特)——大约是调制解调器速度的200倍。但是，如果公司没有一根专用高速线和因特网服务商(ISP，Internet service provider)相连接，那么工作人员上网仍然要受到调制解调器的限制。

一些公司拥有高速连接，但拥有高速连接的家庭或小型企业却寥寥无几。而且，通常人们并不是整天都泡在网上，随时和ISP保持联系，因为这种连续使用电话连接上网的费用高得惊人。不连续连接线路有两个方面的影响。其一，当人们想使用因特网时，他们必须等待调制解调器进行连接，这种等待阻碍了日常的频繁使用；其二，无法开发出诸如在网上接电话之类的应用，因为如果接收者还没连接上网的话，他或她就不能被联系上。

归根溯源，家庭对宽带通讯的需求源自计算机的增长速度。计算机的发展规律是每五年性能提高10倍。这种有规律的稳定发展促成了预料之外的广泛应用，比如9年前的万维网基本上还只是一个宏伟计划而已。然而，如果用户一直为拨号调制解调器所困，那么计算机的增长速度也不能产生更快速的通讯应用，每秒56千比特的速度几乎就是这一硬件所能达到的最高速度了。

连接到大多数家庭的电线和电缆的不同种类也是高速操作的一个障碍。这些连接线路都不是用来支持任何速度的数据交换的，更不用说高速数据流了。双股铜线支持电话服务，同轴电缆传送电视信号，当然，电力线路传导电。不过，工程师们正想方设法把能支持高速数据通信的线路连接到家庭。本文介绍了五种方法。        前两种方法运用了巧妙技术，将连接到家庭的现有线路充分利用起来；混合同轴纤维利用了有线电视行业基础设施，包括光导纤维和同轴电缆；同时，数字用户线使用的频率比双股铜质电话线传送谈话或发高速数据所采用的频率高得多。第三种方法是给家庭连接一条全新的线路——光缆。光缆的接法有几种，包括“接入街道”法(fiber-to-the-curb)和“接入住宅”法(fiber-to-the-home)，这要依光纤离住宅的距离而定。

也可以把电线和光纤都弃而不用。第四种和第五种方法均采用了“无线”技术，这两种方法在无线电话领域中又各有一个相似的系统。规划中的各种面向因特网的宽带卫星网络其运作方式与铱卫星电话系统相似，在这种系统中，卫星可直接与用户通信。而在因特网系统中，用户可通过一个小型抛物面天线来获取数据。而另一种被称为“局域多点分布服务”的方法(在加拿大称为局域多点通讯系统)，则与蜂窝电话网络有相似之处。它使用电波在发射塔和安装在住宅顶上的接收天线之间传送数据。

并没有一个简单的尺度来衡量和比较上述宽带技术。比如，比较它们的传输速度并分出等级的办法还不错，但几乎所有的宽带传输都可以在较宽的速度范围上运行，这与如何进行实际操作有关。

在思索了每种方法的主要特征之后，至少我们可以作出合情合理的推断以解答一些基本问题。例如：是否将有一种技术一枝独秀？或是几种技术并争？宽带服务是否不久将更廉价？这些问题将由当前正发挥着强大作用的行业力量来解决。

下一个是92频道——快如闪电的因特网

尽管有线电视行业开发的广泛分布的同轴电缆网络只供电视使用，但从20世纪80年代末期起它们开始积极改进设备，来支持其它服务——如访问因特网，甚至电话服务。其改进包括在主要信号分配点到居住区之间安装光纤线路，再用原先的同轴电缆把信号分配到街区或城区部分的住宅中。有线电视公司只在最需要的地方安装光纤线，这样就比用光纤代替整个网络所需的成本少得多。然而，即便只是部分运用了光纤，也使电视信号得到了改进，使网络可以双向传输因特网和电话业务。要访问因特网，户主必须拥有一个有线调制解调器，它的功能与电视转换盒相似，都与线路连接，但它解码操作的不是电视信号，而是数据。

混合同轴光纤(HFC)系统的传输能力相当大，仅是提供给用户的许多电视频道中的一个就能承载传输给住宅的大约每秒30兆比特信息。而且，如果对宽带因特网的需求能够产生足够的收益，从而可以取代其它电视频道的话，技术人员就可为宽带因特网分配多个频道。在HFC系统中，由电缆连接到地方光纤缆线末端的家庭共享数据频道。因此，在一个给定时间共享频道的用户数就决定了每个单独的家庭所获得的实际数据率。但是一个设计巧妙的系统可以以大约每秒l0兆比特的速率为每个用户提供大量数据。另外还有一个低速频道向相反方向传输数据，以便于用户把信息反馈回因特网。

从电话交换机到用户

电话行业已经开发了若干新技术，用以在双股铜线(这些铜线是设计用来传输电话呼叫的)上以高速率传输数据。例如，一项名为“综合业务数字网(ISDN)”的服务已出现好些年了，它以每秒64千比特或每秒128千比特的速度运作。但ISDN在定价方面困难重重，而且它的引入也因管理政策方面的问题而受到影响，这使ISDN仅仅比今天的快速调制解调器有用一点。Tl是一种更快速的服务，开发它的初衷是为企业提供多种语音连接。T1能够以每秒1．544兆比特的速度传送数据，一些小型企业甚至家庭办公室都已开始使用Tl存取数据。但是，照惯例T1的价格是以商业语音存取服务来定位的，因此T1要昂贵得多，超出了大多数人对数据存取服务的支付能力。

目前最有前途的电话技术是数字用户线(DSL)，它在传统的电话线上运作，但它通过在线路末端使用不同电子设备的方式获得了更高的数据传输率。从住宅引出的双股线通常进入不远处一个名叫“中心办公室”的建筑物，并在那里连接到一台交换机上。交换机是一种复杂装置，它根据需要为电话呼叫选择路径并传送到电话机或其它交换机上。大多数交换机只用于传送语音信号，没有处理高速数据的特殊功能。拨号调制解调器起作用仅仅是因为其设计者竭尽全力开发了现有交换机可传送的数据编码表。

DSL的传输速率快得多的原因是它没有使用现有的交换机设备。中心办公室里安装了新交换机以利用线路的全部数据传输能力，但普通电话呼叫信号不能利用这种能力。DSL还采用了更为复杂的数据编码表，它占用的频带带宽比语音频带要大，且频率高得多。

DSL的种类有几种，其划分依据是住宅到中心办公室的距离有多远。目前这个距离必须在大约5公里内才能使用数据编码表。使用得最广泛的版本是不对称DSL，或称为ADSL(asymmetric DSL)。它能够以每秒3到4兆比特的速率向住宅传输数据，在住宅反馈信息时它的传输速率要慢一些，通常是每秒若干分之一兆比特。

光缆有许多双股铜线和同轴电缆无法企及的优点。其中最大的优势是光缆的数据传输率高得多——每秒数以百万计的兆比特。在经过优化后，单根光纤就可随时传送美国所有的电话呼叫信号。目前，成百上千的光缆分布在全国各地，成为现有电话网、有线电视网和因特网的主干线。

在光缆中，通过将一束激光投射到光纤的方式传出信号。由于光纤的光学特性，激光可沿着光导纤维的弯曲处传递，直至传到另一端接收处。激光器以每秒数十亿次的频率开启和关闭，产生一种与比特一致的光脉冲，沿光纤传输下去，在接收端又被转换回电信号形式。

对于任何基础设施来说，安装一个连接千家万户的网络都是昂贵的。降低成本的途径之一是一组用户使用一根光纤，而不是每个用户都使用一根单独的光纤。这种被称为“接入街道”(fiber-to-the-curb)的较为廉价的系统看来能提供一种相当好的性价比。从中心办公室出来的一根光纤连接到街道边的一个小盒子处，在那儿大约有10到15个住宅通过传统的双股铜线或同轴电缆与之相连。

LEO能叱咤太空吗？

在当今出现的所有宽带服务中，从技术和投资两方面来看，基于卫星的服务是最先进的，也是最具风险性的。大多数现有通信卫星都是与地球同步的，这意味着它们恰好处于地球上方的一定高度，从而当地球旋转时它们也按此转速绕轨道运行。这样对于地球上的接收者而言，它们是在天空中静止不动的，因此接收电视信号的家用卫星天线就不必随卫星的轨迹而移动。

但是，同步通信卫星存在几个缺陷。其一，它距地面太高了(大约36000公里)，这使得卫星在发射和接收信号时有约为四分之一秒的延迟，这种延迟降低了许多数据传输的质量。其二，卫星距地面的高度太大也意味着它必须有一个高效发射机，否则它发射数据信号的速率就很低。最后一点是，同步轨道的空间是有限的，而大部分空间都已被卫星占满了。

准备投入使用的下一代通信卫星将具有距地面低得多的运行轨道。它看来不是静止不动的，而是在头顶上移动着。如果把足够多的这种通信卫星放入轨道，那么至少有一个卫星能在任何时候位于任何给定点的有效通信范围内。这些“低地轨道”(LEO)卫星还将用来彼此间通信(见本刊l998年7月号《新的个人通信卫星》一文)。这样，一个住宅上的远程装置就能与其它地方的远程装置对话，前一个装置把数据发向在此时恰好处于头顶上方的卫星，然后这个卫星将信号发射到周围空间直到恰好处于后一个装置头项上方的卫星收到为止。

LEO系统有许多潜在的优势。由于其运行轨道高度通常低于2000公里，因此传输延迟非常小。而且它能够在不同的高度运行，所以可以有更多的轨道来容纳大量系统。低轨道还意味着对无线电发射能力要求更低，这样用户所需要的只是一个小型的、不起眼的天线而已。在太空中布置一个LEO卫星系统的造价很高，因为必须发射数十颗卫星。LEO系统也必须证明使用它是物有所值。不过，诸如摩托罗拉铱系统这样的LEO语音系统已经在太空中运行了，其它几个公司则正在计划放置能将数据集合发射速率提高到每秒1吉比特(IG)的LEO数据系统。

地面上的无线网

宽带服务也可以地面为基础，进行无线传送，实际上它们正是目前为消费者市场开发的一大类技术的突出特征。有一篇报告集中介绍了一种名为“局域多点分布服务”(LMDS)的特殊服务，此报告正引起上网服务商的极大关注。LMDS系统采用频率极高的无线电信号(28吉赫兹)。构建无线网络的基本依据是，安装任何基于电线或光纤的宽带系统，其主要花费都不在缆线本身，而在安装工作上。因此，建网者避开线路不用。正如移动电话网一样，无线宽带网络使用无线电连接把基站天线和住宅上的远程装置连起来。

工程技术人员正在开发大量的系统，这些系统可根据以下特点进行归类：基站间的距离、数据传输率以及诸如远程装置是否能够移动之类。与电话系统不同的是，因特网用户总体上是静止的，这大大简化了系统。

实际上，在设计这样一个数据传输无线系统时，设计者利用了现有的移动电话塔，因此系统必须利用设备现有的间距进行工作。到现在为止这些无线系统都只能提供中等数据传输率(每秒10到50千比特)，并且只供移动用户使用，固定用户不能使用。但是，移动电话行业已有计划将移动电话塔作更积极的利用，并采用数据传输率能达到每秒1兆比特的服务。商业服务可望在几年后提供。

构建其他无线系统的基础是基站问的距离更加靠近。更小型的天线将可以安放在电话杆的顶端，或是甚至悬挂在电话杆之间的线路上。安装这些系统花费更大，因为它们需要更多的基站。但倘若无线距离变得更短的话，那么系统便能提供更高的数据传输率。

由于无线电波只能沿直线传播，从而被建筑物和其它障碍物所阻挡，因此LMDS的甚高频也带来了一些限制。而更麻烦的是，LMDS的极高频无线电波不能穿过水蒸气，所以它不能很好地穿透叶子。但是，极大的带宽分配(1.3吉赫兹)使LMDS能为家庭创建一些可能的高速服务。目前LMDS系统的早期试验正在进行，其中包括有美国的大约1万个用户。

多快的速度才足够？

显而易见，从上述的大致描述可知，不同的宽带系统在性能及其能够提供的服务范围上存在着差异。例如，ADSL不能传输电视信号，因此它只适于数据和语音传输。一些“接入街道法”系统支持电视服务，一些却只限于语音服务。目前采用的不同卫星系统分别专用于语音、数据或电视服务。

由于因特网业务的飞速增长，这些系统在投入建设不久就遇到了一系列具挑战性的设计上的新问题。一个电话呼叫信号需要一定量的网络传输能力，按此设计出来的电话呼叫传输系统就能传输预期数量的呼叫信号。同样，有线电视系统的设计也使它能传送一定数目的电视频道。但因特网业务的速度的变化可能非常大。所以现在系统设计者和宽带业务提供商所面临的问题就是估算人们为了提高速度将可能付多少钱——这基本上可以概括他们必须确定更高的速度使得人们更满意的程度有多大。

系统设计者也正为未来用户需求的难以确定而头疼不已。现在因特网的最普遍应用就是万维网，它对网络能力有一系列的要求。可是问题在于，因特网能够负载各种应用，每种应用都对网络有不同的通信要求，而且不能确定现在安装的一个系统的使用寿命期间哪一种应用将会得到普及。

既然有多种多样的系统和技术要求，那么我们便乐于去推测哪种宽带技术将成为赢家。但是技术上的差异对应用所产生的影响极小。不同的系统在技术上都是可行的。除了用于数据通信的LEO卫星系统以外，其它的所有系统都已经作了示范，并且正在投入不同程度的安装。真正阻碍宽带存取业务普及的是安装费用。可以预测，经济效益与经营结构是决定应用的关键因素。

行业人士估计，假如为一个社区重新安装供宽带业务使用的线路(这样安装费便平摊到每个用户头上)，则每个用户(以家庭为单位)大致需交纳1000美元。在美国大约有1亿个这样的家庭，因此这意味着要给全国每个家庭提供一条新连接线路，所投入的费用大概是1干亿美元。这的确是一笔庞大的开支，尤其在因特网(以及对因特网的宽带接入)尚未拿出有力的证明来说服人们投入这笔费用之时。一次一户地安装线路所需的费用要高得多，所以给单独的用户进行任何零散的线路安装都是更不切实际的。

因此，电话和有线电视公司正在以比替换全部线路便宜得多的方式向宽带服务的目标迈进，并逐渐取得了进展。现在诸如有线电视公司对外出售基于其混合同轴光纤网络和有线调制解调器的宽带因特网服务之类的事已不让人感到惊奇。同时电话公司也正在提供基于ADSL和其普及的双股铜线的宽带因特网服务。这样一来，电缆和DSL技术在美国的最终结合将与它们的相对技术优势毫无关系；相反，与这种结合密切相关的是这两股市场力量的相对的投资与市场开发水平。

几乎没有投资者愿意支持安装全新线路设备(比如“接入住宅”系统)。然而，当需要重新安装时——例如为一小块新住宅区提供服务时——他们就会很乐意安装尽量先进的系统。这样的话，地方电话公司或者有线电视公司最有可能安装新的“接入街道”系统。值得注意的是，由于现在许多电力公司发现它们昔日在发电上的垄断地位受到有力的挑战，“接入街道”或“接入住宅”系统也可能使电力公司进入数据化商业领域。许多电力公司仍具有一个极有价值的资源优势，即“优先通行权”——这主要包括社区街道和主干道侧的电杆以及上上下下分布着的电线。在旧电力线旁边架上新的数据通信线是一件很简单的事。上述这种可能性突出了一种观点：每种线路技术都应该在商业中占据一席之地，而不是在技术优势上彼此竞争。

那些想要进入宽带商业领域但却既没有一条通往用户的线路也没有“优先权”的公司就只有在无线系统或卫星系统方面寻求发展了。创建这些系统——特别是在人口高度密集的市区——比搭建新线路要便宜一些，但成本仍然很高，看看美国电报电话公司(AT＆T)吧。作为一个长途电话公司，它并不是直接把线路架设到住宅中，而是花了1千亿美元收购有线电视公司(例如庞大的电信公司TCI)为它提供到部分美国家庭的宽带路径(具讽刺意味的是，这仍然通过TCI的分布广泛的有线电视网络来达到目的)。为了给美国其它地区(即有线电视公司没有为AT&T提供有线通道的地区)的用户服务，AT&T正在开发无线系统。

巨人之争：电缆对电话

宽带技术并未像某些观察家所希望的那样迅速地在市场中出现，相反，它的缓慢进度使人们甚感失望，由此导致一种猜测，即对宽带技术的真正需求可能还不足以使投资者注入大笔资金。但是，因特网的快速增长将使各个产业都加快发展。有人曾预计，国家减少对电信行业的干预这一措施可促使电话公司提供电视服务，有线电视公司则提供电话业务，从而让各个行业间竞争加剧。但事实上几乎什么都没有发生。然而，由于两类公司都很容易开展因特网业务，所以因特网上巨大的业务量正促使它们发生第一次冲突。

无论哪个公司，只要它在基础设施中投入的资金最多，它就很可能成为宽带市场中的执牛耳者。目前有线电视公司已携其混合同轴光纤技术在宽带市场中分得了最大的一杯羹。而电话公司也有它的资本(现在是DSL技术)，它正着手利用其优势以在市场中争得一席之地。市场变化是如此之快，以至于无法断定无线系统和卫星系统是否会向有线系统和DSL发起大规模的挑战。而看来至少在近期内“接入住宅”系统会注定保持其异常昂贵的价位。

从更长远来看，如果所有技术都取得成功，从而促进更激烈的竞争并使选择面更加广泛的话，消费者将是最大的受益者。其实因特网的最大长处之一就是它能在所有这些技术上运行。幸好，不管因特网的下一个发展阶段将会变成什么样子，我们不需要只面对一个获胜者(最终取得胜利的一种技术)。