納米科技在通信技術的影響范文

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引言

通信技術是現代信息社會的重要技術支撐，在人們的社會生活中發揮著重要和不可替代的作用。隨著人類對天空的開發和利用，空間信息技術和空間通信技術越來越顯示其重要性。2009年在北京召開的第三屆空間信息技術國際學術會議（ICSIT2009）指出,當前空間信息技術日新月異，已迅速崛起成為與納米技術、生物技術并列的三大科學前沿領域之一。空間信息技術科學是20世紀80年展起來的，以3S+C空間信息技術，3S：地理信息系統(GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(GPS)；衛星通信技術(C)為主要內容、研究與地球和空間分布有關的數據采集、量測、分析、存儲、管理、顯示、傳輸、應用的一門綜合集成的科學技術。空間信息技術已在全球與區域通信、導航定位、資源調查、災害和環境的動態監測、區域和城市規劃等領域得到了廣泛應用，并取得了顯著的經濟效益和社會影響。要實現高性能、大容量、高速度、高可靠的空間信息技術，空間通信成為重要技術支撐之一。通信技術是空間通信技術的重要基礎和技術支撐。中國正在實施北斗衛星導航系統建設工作，將相繼發射5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。衛星導航系統是重要的空間基礎設施，廣泛用于經濟社會發展各個領域。新興科學技術的發展，特別是納米科學技術的的發展，為通信技術采用新的材料、器件和系統開辟了嶄新的途徑，對通信技術的突破，特別是新興微納衛星技術對空間通信技術的突破,起到了十分重要的作用。

早在60年代，著名的物理學家費曼就預言了納米科學技術的前景。隨著納米科學技術的飛速發展，其在材料、器件、信息傳輸、信息處理、信息顯示、終端通信產品等多個方面為未來通信科學技術的發展展示了全新的技術，正引領未來通信科學技術向更大容量、更加快速、更加節能、更加可靠的方向發展。貝爾實驗室總裁JeffJaffe在2005年近舉行的“納米行業”會議上作主題演講時預測，納米技術應用于通信之中，會以一種其它任何技術不曾有過的方式來變革其它產業。Motorola,Inc.就納米技術在納米材料、納米發射顯示器（NED）、外殼和表面、能源、納米傳感器、主動和活躍電子器件等方面對終端通信產品產生的影響作了深入的研發。

隨著人們的科學技術探索不斷向空間（太空）和深度空間發展，空間通信技術在人們利用空間和開發的活動中發揮了越來越重要的作用。

盡管空間技術還處于不斷的進步中，但是人們已經看到納米科技正引領未來通信技術進入一個新的發展階段，特別是微納衛星技術的發展。這些新興技術的發展，將極大的推動通信技術在空間通信中應用，使技術向更大容量、更加快速、更加節能、更加可靠的方向發展。任何一個通信領域，都主動和被動地受到納米科技給通信技術帶來的越來越大影響和推進作用。2008年著名的Springer出版社，出版了“納米科技社會年鑒”，其中“納米時代的通信”對納米科技對通信技術的影響作了深入的分析。

納米科技正影響著通信技術、空間通信的各個方面，納米技術通信和空間通信技術帶來的新興技術。

1納米科技的信息傳輸容量、速度和可靠性

納米科技在提高通信技術的信息傳輸容量、速度和可靠性。納米電子材料從根本上改變了電子材料的結構，為克服材料科學研究領域中長期未能解決的問題開辟了新途徑。納米電子材料科學的發展，首先對光纖光纜和通信電纜技術的發展帶來了重大影響。通信事業迅猛發展將導致信息傳輸技術發生深刻變革，未來高速骨干傳輸的發展對光纖提出了新的要求，包括：①擴大單一波長的傳輸容量，單一波長的傳輸容量已達到40Gb/s，并已開始進行160Gb/s的研發；②實現超長距離傳輸，目前有的公司已能夠采用色散齊理技術，實現2000～5000km的無電中繼傳輸；③適應DWDM技術的運用，DWDM系統的大量使用，對光纖的非線性指標提出了更高的要求。納米材料為光纜提供了新的技術。近來，一些廠商已開發出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護套用聚乙烯（PE）及光纖護套管用納米PBT等材料[1]。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命，提高了網絡的可靠性[2]。采用納米科技制造技術制備的量子點激光器能夠用來量子加密技術。目前，許多金融機構、政府部門和一些國防項目承包商都采用了量子加密技術。量子保密通信通過了信息傳輸過程中的安全性，在未來10年會有比較大的發展。利用納米制造技術制造的光子晶體光纖能用于未來全新光孤子光通信系統[3]。

2新型納米電子/光電子-未來通信技術的核心

對新型材料和器件的研究一直主導著通信技術的發展方向。過去，在射頻和高速處理領域，砷化鎵是主要的推動力量。而鈮酸鋰則改善了光調制器和放大器的性能。光通信技術真正的發展得益于一整套新的加工技術[4-5]，這些技術包括原子力顯微鏡[6]、浸筆納米光刻[7]和納米壓印光刻[8]等。這些納米制造技術使得制造納米電子器件變得更加容易，開發者因此能夠研制出體積更小、價格更低、性能更高的納米科技器件。通過采用納米工藝，可以將納米光子制成一系列的偏振器、分路器和波片等。

處理器速度一直是阻礙計算技術和通信技術發展的主要因素。但是，當處理器速度提高到一定程度時，互聯就成了制約發展的因素。納米激光器的第一個重要應用很可能是芯片光互聯，光互聯能夠提供足夠的帶寬，并能向最快的處理器提供數據，片片內光通信技術已經成為未來通信器件與系統高速、高容量的重要技術，而這一技術主要依靠納米光電子器件和納米加工技術的發展。基于納米技術的光互連能夠為高集成度納米級芯片提供高帶寬、低延遲，小功耗的片內通信服務[9-10]。硅微納加工方面的深厚技術積累對推動光互技術將起到非常重要的作用。由于納米科技，使得硅基能夠突破發光效率低、調制特性差的局限，使得硅基光電子器件能夠與電子器件在同一硅片上實現微納集成，這對于未來通信終端產品更小、更可靠、更節能、更便宜具有重要意義，對于通信終端產品將產生革命性的影響[11]。而更小、更可靠、更節能是實現高性能、高可靠空間通信的重要技術要求。納米技術開發的高性能激光器，為光空間通信提供了新的通信手段[12]。

3納米科技對空間通信技術領域的重要作用

空間通信泛指通信一方或雙方利用人造衛星,天然衛星,航天飛機,空間站等進行無線傳輸的一種方式，是通信方式中比較前沿的領域，如圖1所示。在國民經濟、國防建設、社會生活的各個領域，地球空間信息技術的重要作用日益凸現。納米科技在以衛星遙感技術、地理信息系統技術、全球衛星導航系統技術以及衛星通信技術為核心的空間信息技術領域發揮越來越重要的重要。新一代寬帶多媒體通信衛星系統，為用戶提供視頻、話音、數據及寬帶因特網接入等各類服務[12]。納米技術制造的各類高性能傳感器在微納衛星、遙感技術、地理信息系統中發揮重要作用。空間通信具有傳播距離遠、差錯率高、計算資源和功率有限、緩存空間及處理能力受限等特點[13]，對系統的各方面性能和信息處理能力要求更高。納米科技制造技術能夠使得通信用的電子器件更小、更快、更節能，納米材料能夠使得通信用的終端器件更小、更輕、更可靠。

建立在微米/納米技術基礎上的微電子機械系統（MEMS）技術目前正在得到普遍重視，在無線終端領域，對微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能將各種功能單元集成在一個單一芯片上，即實現片上系系(SOC,SystemonaChip)，而通信工程中大量射頻技術的采用使諸如諧振器，濾波器、耦合器等片外分離單元大量存在，MEMS技術不僅可以克服這些障礙，而且表現出比傳統的通信元件具有更優越的內在性能。日前，IBM公司采用MEMS技術已經開發出了能夠用在手機等無線裝置上的微型嵌入式頻率調諧器和其他設備。在空間通信技術中小衛星扮演著十分重要的角色，小衛星實時系統即低軌道衛星空間通信系統將成為今后世界上具有市場效益的通信產業[14-15]，而小衛星的發展涉及很多新興納米材料和器件的應用。

美國宇航局2008年4月24日宣布，其下屬的艾姆斯研究中心將與一家企業聯手研制被稱作“納米衛星”的超小型衛星，如圖2所示[17]，以打造下一代太空通信和網絡系統。“納米衛星”不僅僅是重量和尺寸上的分類，也采用了更多的納米科技[16]。納米科技催生的新型感覺傳感器[18]、新的發射和接收技術、新的能源供應和低消耗技術，將使未來的空間通信技術產生重大突破，催生新的社會需求和新興通信產業。

4納米科技在空間技術及空間通信技術中的應用與展望

根據國內外對納米科技發展的預期，納米科技對空間技術及空間通信技術將產生重大的技術推進作用。2003年德國航空和宇航中心發表的長達200頁的研究報告“納米科技在空間開發和系統中的應用”，反映了納米科技對空間技術及空間通信技術產生的重大的影響。圖3[19]是1990年至2001年國際上發表的空間技術與納米技術相關的論文。

中國的空間通信技術，無疑必須充分關注、利用和開發納米科技對通信技術起重要促進作用的研究成果，提高中國通信技術未來的發展水平和競爭力。由于新的納米科技導致通信終端產品新的功能，進一步產生新的需求，從而導致通信技術新一輪的發展。納米科技對于空間通信中的主角-“衛星”的發展產生了巨大推動作用，圖4是1990年至2001年國際上發表包含“納米衛星”主題的論文[19]。納米科技是學科交叉融合與產生新增長點的關鍵基礎。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》指出：“納米科技已成為許多國家提升核心競爭力的戰略選擇，也是中國有望實現跨越式發展的領域之一。”

空間通信技術的發展對于空間技術和信息技術的發展和應用具有重要意義。例如，因特網業務在全球的迅速發展以及衛星通信所具有的獨特技術和應用優勢,利用衛星進行傳輸控制協議/互聯網絡協議（TCP/IP）數據傳輸已經成為衛星通信發展的一個新方向[20-21]。利用空間通信技術，在以網絡為中心的環境，利用轉型通信衛星，每個用戶能夠在無線網絡上實現全球范圍內使用高性能、大容量、高速度、高可靠的信息服務[22]。空間通信技術在未來軍事對抗中具有重要的戰略地位,美軍為滿足未來戰爭需要不斷地規劃研發新的通信衛星系統,構建中國空間信息網絡,具有重要的戰略意義[23]。

5結語

未來一段時間，中國空間通信技術的重要發展方向主要包括自由空間光通信技術、超導器件在空間通信中的應用、星載智能天線技術、納米通信器件技術等。納米通信器件將成為未來空間通信技術的重要核心器件之一。

納米科技涵蓋的領域非常廣泛，而且未來通信和空間通信技術會涉及到納米科技的方方面面，在這種納米科技日新月異發展的情況下，通過一篇綜述文章把納米科技在通信和空間通信技術領域的應用闡述得有一定的廣度和深度實屬不易，旨在促進對納米科技在未來通信技術中的應用的關注,關注空間通信的巨大應用前景和納米科技的對空間通信的促進作用。可以相信,中國納米科技的發展，必將對中國通信和空間通信技術產生巨大的技術推進作用。