8.0 通信系统 complete #

8.1 舰内通信 Intraship Communications #

在进取号舰上，会采用两种基本通信形式——语音和数据传输。二者都由舰载计算机系统和专用外围硬件节点进行处理。虽然计算机中分配给通信任务的部分被称为通信系统，但实际上将这一系统比喻为人类的中枢神经系统更加贴切。从主计算机向外辐射出的大量自适应链路，切实保证了飞船内的所有信息都能迅速传输到正确的目的地，且接收时的可探测损失很小或几乎没有。虽然许多通信功能都使用相同的硬件设备，但它们所基于的操作模式和协议却截然不同，这点需要注意。

系统配置 System Configuration #

专用的舰内通信的硬件配置包括至少 12,000 组分配的数据行集和分布在整艘星舰上的终端节点设备，与光学数据网络（ODN）的纯硬件遥测链路并行。这是语音和数据信号的主要传输途径。相同数量的基于射频的终端节点设备作为第一层备份分布于全舰，提供无线通讯；第二层备份与等离子电力系统并行运作，由 7,550 千米长的铜-钇-钡超导电缆组成。该层备份使用的终端节点设备与前者相同。

终端节点设备是一个直径 11.5 厘米、厚 2 厘米的圆盘。外壳由模塑的聚乙氧胺构成，内部划分为语音段和数据中继段。语音段包括模数语音拾音/扬声片、预处理放大器、光纤调制输入/输出子电路和数模回馈处理器。数据中继段包含有两个嵌套电路，由标准子空间收发器组件——与星际舰队标准通讯徽章和个人设备中的相同——和短程射频拾音器/发射极组成。手持设备和未硬连接到光学数据网络的可移动设备也通过终端节点上的数据中继段进行数据发送和接收。后备系统中也有射频拾音器，它们同时在主系统中起到调制信号供光纤传输的作用。

操作 Operation #

在语音操作过程中，常规程序通常为一名船员说出其名字，并以计算机可理解的形式说出被呼叫方或舰上区域，以便进行正确路由。例如：『萨勒医生，这里是舰长』或者『纳尔逊少尉呼叫轮机室』。主计算机中的人工智能例程将持续监听舰内呼叫，分析消息开放内容，尝试定位消息接收方，然后在接收方的位置激活扬声器。

在初始消息路由期间，可能会有一个轻微的处理延迟，直至计算机听到了接收方的完整名称并定位至指定位置。在这之后的传输都是实时的。当双方结束对话时，如果计算机在语境中检测到『完毕』(Out) 一词，频道可能会主动关闭。如果双方在没有正式关闭频道的情况下结束对话，并且没有提供其他语境线索来保持线路畅通，计算机将会继续监听 10 秒钟，然后关闭线路。在舰上使用通信徽章发起呼叫时，计算机会将轻拍徽章视为执行操作习惯，或者仅仅是一个确认信号。如果接收方无法进行常规语音通话，计算机将会设置一个系统标识，并提醒接收方有暂存的等待接收信息。紧急语音传输由计算机内的指挥权限指令集进行优先级排序和控制，并可由指挥人员根据情况重新定义。

在大多数警戒情况下，通信系统会被自动切换至高速运行状态，以使舰桥能够不受干扰地联络舰内其他部分，以便与其他部门联系并评估可能的损失。此时，常规频道操作会被禁用（详见 条目 8.2 ）。可在任何装备射频或子空间收发设备的标准星际舰队硬件单元之间建立数据传输，并通过手动按键或口头命令计算机来处理传输。在大多数情况下，计算机将自动执行所需的功能。有时计算机可能要求对特定硬件进行按键输入认证，通常用于认证硬件类型、数据传输协议，或是对多个传输设备进行排列。在语音和数据传输期间，可以通过人工输入或语音请求来保护信道，具体取决于相关方或设备的各自位置。

8.2 个人通信器 Personal Communicator #

现在星际舰队下发的通信徽章是小型子空间无线电设备的最新改进型。其主要作用是在船员在舰上或执行外勤任务时保持彼此之间的语音联系，并提供锁定信号供传送机使用。此外，与其他设备如星舰主计算机的语音通讯也在通讯器的能力范围以内。

通讯器的外壳由微铣削硬铀合金制造，表面用扩散键合工艺镀上一层金和银合金。由于通讯器被制成星际舰队徽章的外形，因此镀层用于增加其的美观程度。

子空间收发器组件 Subspace Transceiver Assembly #

通信徽章内部电子元件的核心是子空间收发器组件（Subspace Transceiver Assembly, STA），该系统电路采用了模数语音转换编码器和低功耗子空间场发射器。该电路与 PADD 和三录仪中的同类设计相同，并共享高效数据传输协议。

语音输入由扩散粘连到内壳上的单分子膜拾音器完成，并路由至子空间收发器。标准的子空间收发器组件还具有其他类型数据的输入通道，但在通讯器上它们显然并不适用。所有星际舰队的通信通常都是加密的，故通讯器的语音信号脉冲也通过一系列加密算法转换进行加密。这些算法根据星际舰队司令部通过银河系范围内子空间广播所下发的随机时间表进行改变，在执行外勤任务的时候，个别星舰的代码还可能被替换。

通信徽章的能源供应使用 sarium krellide 晶体电池，估计在正常情况下能使用两个星期。当电力即将耗尽时晶体将会产生一个依稀能听见的振荡，并可以通过感应方式无线充电回到满功率。

8.2.1 个人通信器组件

通信器控制 Communicator Control #

在星际舰队飞船上对个人通讯器的控制取决于偏好和习惯。只需轻拍徽章正面，就能向子空间收发器发出确认消息即将发送的信号。这在平时似乎显得多余，因为舰内通信系统一直在监测和路由语音传输，但这是一个很好的学习实践。在外勤任务中，在必要时才使用拍击动作激活通讯器，对延长其电池续航至关重要。轻拍动作将激活皮肤传感器，并向子空间收发器发出加电命令。

8.2.2 个人通信器示意图

通信徽章的通讯范围受到严重的限制，这主要是因为 STA 的发射极和电源都太小。在两个独立的通讯器之间传输时，清晰语音信号的传播范围只有 500 千米。这对于通常位于 40,000 千米轨道上的飞船而言显得微不足道，因而飞船必须主动成为合作伙伴，才能接收到通讯器的低功率信号，并将高功率信号转发至对应的通讯器。

在执行外勤任务时，通讯器仅能作为视距内设备使用。当当地磁场值低于 0.9 高斯和/或平均地质密度低于 5.56 克/立方厘米时，其的地表工作范围可能稍有提升。

各种电磁因素将会影响语音通信和传送锁定，对这些干扰的补偿修正措施主要由飞船方面来执行，因为通信器上用户可以调整的控制选项很少。在通信器失去传送锁定时，星舰上的其他传感器也能用于定位星际舰队船员，只不过其可能需要花费较长的时间。

用户 ID 安全 User ID Security #

作为一种个人设备，出于安全目的，通讯器可以被设置为只对特定船员的生物电场和体温场特征做出响应，使用其内建的皮肤传感器来实现。如果另一名船员在没有安全超控权限的情况下试图操作已被如此设置的设备，通讯器将无法激活。在正常情况下，安全代码每隔五天更换一次。在紧急情况下，或船员在行星地表出外勤任务时，代码至少每 24 小时随机变换一次。

8.3 舰对地通信 Ship-to-Ground Communications #

通信系统的下一层更高组织层次涉及星舰与地表人员和遥控设备的通讯与信息交换。

来自飞船外部的通信会由主计算机路由至射频（RF）和子空间无线电系统节点。虽然「无线电」一词显得有些过时，但由于星际舰队的通信通常不仅是可视通讯那么简单，因此这一词汇仍然能够用于描述系统的基本功能。常规无线电波段通常作为主要子空间波段的备份，但也有许多与联邦有外交关系的文明仍然在使用无线电通讯作为主要通讯手段。此外，当子空间通讯由于恒星或行星地理现象干扰而不可用，亦或是收发端的子空间通讯设备出现故障时，星际舰队可能也不得不回到使用无线电通讯作为后备手段。当然，常规无线电通讯将受到光速限制，并造成显著的时间与空间影响。

8.3.1 舰对地通信

安装硬件 Installed Hardware #

通讯系统的射频（无线电）天线部分由 15 个三重冗余收发器组件组成的网络组成，由光学数据网络和铜钇 2153 硬线交叉连接，并连接至主计算机通信处理器。所有的组件均围绕着星舰以一定角度和间隔布置，部分嵌入在舰体结构材料中，以获得最大天线覆盖率和最大可控天线分时负载。

射频收发器天线是一个六边形固态器件，阵面直径 3 米，厚 1.5 米。每块天线包括有独立的语音和数据子处理器、8 个六级可变放大器、实时信号分析分流器和与天线齐平的输入/输出信号调节器。射频天线的供能由等离子电力系统的 III 级阀门提供。射频天线的基本性能受到光速限制，在稳定功率下的正常有效范围为 5.2 天文单位。使用主偏导仪变流碟的指向天线核心组件进行发射可能能够将可用通讯范围大幅提升到 1,000 天文单位的量级，但尚无实际运用验证这一想法。

因子空间通讯的特点，子空间收发器在性质上可以说大体类似于曲速和脉冲推进系统的同类硬件。为了将语音信号和数据流推过曲速屏障送入子空间频段，将需要百倍于常规无线电的发射功率，即便在近距离也是如此。当然，通讯的可靠性也因巨大的发射功率而同样得到成倍提升。同时，若星舰拥有大功率且高灵敏度的船载天线，则个人设备上的较小通讯系统就不需要使用较大的发射功率即可确保双向通讯，这一点无论对于常规还是子空间无线电通讯都是适用的。

一组共 21 个中等功率子空间收发器天线以共型阵方式安装在星舰船体表面的不同方位，以确保提供与无线电系统相似的通讯覆盖。每组天线都是三重冗余的，天线阵面为梯形固态阵面，长 2 米，宽 1.5 米，厚 1 米。系统使用等离子电力系统的 II 级阀门供电，总发射功率为 143 兆瓦。每组收发器包含有语音和数据处理器，等离子电能量调制转换器，子空间场线圈组和指向聚焦天线阵列，及相关控制组件。由于子空间通讯的超光速本质，因此在收发时都需要通过某种方式将其与光学数据网络能够识别的常规光信号进行转换。这通过结合实时和序列预测 AI 程序来实现，以确保最大限度的可读性。

应用 Applications #

当星舰与目的地之间的最大距离在 3.8 到 6 万千米之间时，上述无线电系统可以进行直接通讯。这些通讯的类型通常包括以下最值得注意的典型情景，尽管可能不限于此：与行星地表政府的交流讨论；与地表外勤队的通讯；行星当地或行星系区域危机管控；从自动或有人驻守研究站远程收发数据；穿梭机起降管制；以及搜救任务。但无论任何距离，子空间通讯系统都会保持开机状态，并与传送机系统相连接，以提供（通常是人员）传送定位和锁定。要完成足够可靠的传送机锁定，至少要求星舰的一面有不少于三个子空间天线可用。常规传送操作的最大安全距离为 4 万千米，这受到最大 0.005 角秒的许用物质流发散程度限制，而当仅用于通讯时最大距离将可达到如上所述的 6 万千米。

来自外部发起的与星舰进行的常规通讯通常被分为两大基本类型：星际舰队成员（尤其是本舰船员）和非星际舰队人员。外勤队人员的呼叫会直接接到舰桥或其他正监控他们工作的部门。来自非星际舰队人员的外部呼叫将会首先由安全官检查，然后再转给舰长或其他高级军官。只有紧急通讯会在不经计算机审查或人为确认的情况下直接接入。

标准通讯加密/解密和其他出于安全目的的强化加密协议都将由主计算机内的超光速处理器处理。星际舰队加密算法是轮换变更的，且按照一张随机时间表进行更新。多重私人密钥（即只有高级军官可以知晓）设置在星舰主计算机中，而公用密钥则会传输给其他所有星际舰队相关硬件，如手持仪器、通讯器、PADD 和其他移动设备，这些设备可能是可消耗，且很容易被敌方获取的。建立加密频道的呼叫，无论从飞船还是从地端发起，都会被主计算机检测并设置更高级的加密算法，然后挂起并等待来自指挥人员的确认。

当某些特定模式的非星际舰队子空间通讯协议，尤其是数据爆传送被接收时，主计算机可能会强制延迟挂起通讯，直到翻译矩阵能够完成匹配计算并给出实时转译。而星际舰队的数据爆模式，譬如在标准和医用三录仪上使用的，则可以允许通过子空间通讯完成快速的紧急数据传输。在这种紧急情况下，即便只有一组天线阵面处于建立视线通讯的角度也能完成传输，而舰上子空间天线阵面的布局则确保了任何姿态下每一角度都至少有两个天线阵面处于可视范围内。

8.4 舰对舰通信 Ship-to-Ship Communications #

进取号上可用的功率最大、距离最远的通讯系统便是舰对舰/舰对站通讯设备。这套系统的作用范围短至数百天文单位，长至数十光年，远超上述中低功率全向无线电或子空间通讯系统的覆盖范围。

这套通讯系统的星舰端部分包括十个超高功率子空间收发器天线阵列，天线阵面同样是一个梯形固态器件，长 6 米，宽 4 米，厚 3 米，以共型阵方式安装在船壳蒙皮之下，也是舰上众多天线中唯一需要安装在船体 11.34 厘米厚的最外层蒙皮中的设备。天线阵列通过一套场能波导管系统直接连接到收发器组件的其余部分上。

由于远距离通讯可能在亚光速和曲速下都进行，因此收发器组件的内部结构也囊括了更多其他附件，包括分别适用于亚光速下和曲速航行下的信号预处理器，自适应天线单元指向作动器，多普勒与海森堡效应补偿器，组合式噪声/杂波选择过滤放大器，以及被动测距装置。远程通讯同样适用加密算法，并与近程通讯一样由主计算机来处理。

所有联邦星舰的远程子空间数据链最大数据率都是相同的 18.5 千夸/秒。低级别的舰对舰呼叫通常由一个呼叫信号包发起，其中包含了与呼叫舰船相关的所有必要信息。舰对舰呼叫通常都是建立在两舰的高级军官之间，由安全官或运作官进行管理和转接。当舰对舰通讯链路建立之后，除了高级军官以外，两舰上包括科学、战术在内的各部门都可以经安全官或运作官的转接进行常规数据交换。

在危机运作状态，尤其是红色警戒下，常规的呼叫信号可能会视局势而被忽略。与其他通讯模式一样，舰对舰远程通讯同样可以通过控制输入、语音直接命令或是由计算机的监听程序自动关闭。

8.4.1 舰对舰通信

星站联络 Starbase Contacts #

舰对站通讯也以相似的方式处理。在不同的行动等级和星舰与星站之间的距离之下，与星站的语音通讯可能跨越数个指挥层级。在面对面的视频通讯进行的同时，其他高速子空间频道也在持续交换信息。星舰日志和其他大量航行中采集的信息，包括飞船硬件和乘员组的表现、传感器扫描数据、战略和战术分析结果、实验数据和许多其他方面的资料都会被一起下传到星站。而星站向星舰上行的数据包则可能包括对银河系导航数据库的更新、星际舰队时钟校准值、来自其他星舰的数据集、适航指令与通告、任务简报和其他星舰运作所需的信息。这些数据与星舰靠港的时候通过光学网络数据线传输的数据类型相同。

非星际舰队联络 Non-Starfleet Contacts #

银河系中的许多发展到恒星际阶段的主要文明同样也已经开始使用子空间技术进行快速通讯，毕竟正应了那句老话，这是城里唯一的规矩。在这种情况下，即便是虽然与联邦有外交关系但并非联邦成员国的文明，通常也会为了和星际舰队飞船通讯而使用某些类似于通用公共协议的方式。对于那些并不使用标准语音数据翻译程序的联络对象，尤其是首次接触的新种族，若进取号的主计算机能够对信号进行足够的分析，并产生通用翻译器可用的翻译算法，那么同样可以处理通讯信号。

尽管在大多数情况下，往往会有专职的测量船或联络舰在银河级这样的大型旗舰到来前先行执行探路任务，进行文化接触和交流，并收集足够用于建立通讯的信息，但对于进取号这样的星舰来说，第一次接触任务的可能性始终存在。这将触发一系列设计用于确保最高指导原则被准确履行的安全机制，并覆盖到各个部门。譬如，若发现一个新文明开始使用子空间通讯，那么在联邦政策对此作出具体决定之前，出于星际舰队传统上对最高指导原则的保守考虑，星舰可能需要暂时关闭或加密所有的子空间通讯频道。

8.5 子空间通信网络 Subspace Communications Network #

即便是子空间通讯，其信号的传播速度仍然会成为远程通讯中最大的限制因素。哪怕是在高度聚焦和径向极化处理之后，子空间信号也会不可避免地随时间而衰减，因为穿过子空间屏障的信号，当其在传播过程中损失能量时，将会倾向于「浮出」到常规空间并变成普通的无线电信号。并且，在这种衰减过程中，由于调制信号的衰减过程通常不均匀，将造成大量的信息丢失。

在理想银河气象条件下，子空间信号的传播速度等效于曲速 9.9997，这比当前最快的星舰——无论是已有的还是在设计中的——还要更快几十倍。棘手的是，上述衰减现象的程度与信号的峰值发射功率成正比，这就意味着无论采用多高的发射功率，其传输距离上限都会被限制在 22.65 光年左右。因此平均每隔 20 光年，就需要布置一个中继信标乃至有少量人员驻守的通讯基站，从而沿着主要贸易航线和探索中的星区形成了不规则的细胞状通讯网络。在联邦内部，星际舰队有自己的子空间通讯网络，并由联邦的民用通讯系统与各星系的本地通讯网作为补充。

在已经完成星图绘制的星区，将会布设新的中继信标。此外，在像进取号这样的星舰上还会搭载大量的一次性信标作为临时子空间通讯手段，直到永久性信标敷设为止。星际舰队飞船正在不断扩展的巡逻和探索区域如此之大，以至于现在平均每年都会有超过 500个新的子空间中继站投入使用。

8.5.1 星际舰队子空间通信网络

星际舰队仍在继续进行子空间通讯实验，包括试图提高发射能级以此将信号发送到更「深」的子空间层中。目前理论认为，在深层子空间内，信号可以在衰减前传输得更远。如果这一理论可被证实，那么最终目前已安装的 80%子空间中继放大器都将不再必要。

8.5.2 自动化子空间无线电中继平台

远程子空间通讯对于联邦星舰及其所部署的行星地表或自航研究站的持续高效运作至关重要。联邦政策能够得到有效的制定和执行，是建立在能对指令、分析、观点和科学技术信息进行快速且准确传达的基础上的。

尽管在上文中已对通讯系统的具体硬件和流程进行了详细的介绍，但通讯的基本概念可能比上文给人的感觉来得更为重要。从实际角度而言，全银河系的生命能够生机勃勃发展，完全离不开沟通与交流。银河系中的组织结构多种多样，其尺度从 10-33cm 到 1011km 不等，前者如夸克和其他亚原子粒子，由它们组成更大的结构，原子、分子，有机化合物，直到生命。在更大的尺度上，基本物质组成了行星、恒星系、星团，以及星系中的密度波。每一个新的层次都有自己系统的交互模式，也即信息和能量的交换。

随着智慧生命向太空发展和进步，信息的交换提供了必要的持续的刺激，以了解周围的宇宙和追求对星系的探索。不同文化之间的接触形成了真正的交流，这其中一部分也是由子空间通讯所促成的。

虽然早期接触有小部分因为误解了意图或实际的侵略行动导致了双方的敌对，但一旦双方找到了共同利益的基础所在，大多数文化兼容问题最终都能通过充满决心的谈判得以解决。

在许多学者看来，随着银河系智慧生物之间持续不断的沟通交流，整个银河系正处于一个逐渐加速发展的阶段之中。尽管联邦有着最高指导原则，但一些技术文明仍在以不同的发展速度「迎头赶上」这一标准，一部分人认为这些文明将会不可避免地成为联邦进行广泛探索和科学发现的前沿。这一探索浪潮的确切方向仍然未知，一如向来未知的未来。然而，这些未知就像诱人的光芒，仍会被我们发现和分享，帮助我们应对危机，保持着我们的兴奋感和成就感。

8.6 通用翻译器 Universal Translator #

交换数据的技术能力本身并不足以允许交流。在交流之前，一套共同的符号和概念——也即，一门语言——同样重要。哪怕是在同一颗行星上，这颗行星上的同一种族可能都说着不同的语言，在它们之间建立沟通已经足够麻烦了；但当需要在来自不同星球的两个物种——彼此之间可能毫无生物学、文化乃至概念上的相通之处——建立联系时，「麻烦」就会迅速变成「令人生畏」。

通用翻译器是一组高度复杂的计算机程序，设计用于对任何首次接触的未知形式通讯进行模式分析，然后导出可供实时语音或数据交流使用的翻译矩阵。尽管其主要设计用于翻译语言，但也已成功用于多种范围的通讯媒介。

推导翻译矩阵 Deriving A Translation Matrix #

推导翻译矩阵的第一步是获得尽可能大量未知通信的语料样本。如果可能的情况下，这个语料库最好能够包括至少两个使用此语言的母语者进行交流的案例。通用翻译器会对相关的符号象征、语法、使用模式、词汇和文化因素进行广泛的模式分析评估。大多数情况下，这可以在数分钟内得到高度简化的一组语言词汇子集，尽管联邦政策通常要求进行更多更缜密的进一步分析，然后才允许在外交交流中使用通用翻译器得到的翻译数据。

如果所交流的物种也使用相似的翻译技术进行通讯，那么将信息翻译成所谓的「语言代码」（Linguacode）形式通常会有效。语言代码是一种专门设计的、「反加密」的文化中立语言媒介形式。

8.6.1 通用翻译器

局限性 Limitations #

翻译矩阵的准确性和应用范围通常仅限于其基于的语料样本范围。小范围的语料样本可能能够允许基本的概念交换，但在所讨论的概念，语法或是用词离语料样本所覆盖的范围太远时，可能反而导致高度错误乃至扭曲的翻译结果。由于通用翻译器的翻译矩阵会在使用过程中持续更新，通常推荐在进行更为复杂或敏感的交流之前，先让系统收集更大范围的语料样本。