聊聊通信的過去、現(xiàn)在和未來

引言：這幾年，我一直在寫通信發(fā)展史。寫著寫著，漸漸對通信技術(shù)的演進(jìn)規(guī)律有了一點(diǎn)自己的理解，也對通信行業(yè)的沉浮有所感悟。今天，就和大家瞎聊幾句，權(quán)當(dāng)拋磚引玉。

自人類誕生以來，通信就是一種剛性需求。

沒有通信，人與人之間就是信息孤島，無法交流協(xié)作，無法表達(dá)情感，也無法形成任何形式的組織。

(資料圖片僅供參考)

所以，我們經(jīng)常說，通信是人類社會的粘合劑，也是人類進(jìn)步的基石。

在人類漫長的通信技術(shù)發(fā)展歷程中，1837 年是一個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

這個(gè)節(jié)點(diǎn)，將通信發(fā)展史分為古代史和近現(xiàn)代史兩部分。也就是說，從這一年開始，人類通信進(jìn)入了近現(xiàn)代時(shí)代。

這一年發(fā)生了什么？沒錯(cuò)，美國人薩繆爾?摩爾斯，正式發(fā)明了電報(bào)技術(shù)。

電報(bào)是人類“電科學(xué)”研究的產(chǎn)物，也可以算是第二次工業(yè)革命（電氣革命）的早期成果。

用“電”來通信，是第一個(gè)劃時(shí)代的壯舉。在此之前，人們搗鼓了幾千年，發(fā)明了無數(shù)的通信手段（烽火、狼煙、信鴿、驛站），都無法解決通信信息量、通信時(shí)延、通信距離的矛盾。

1830 年代，人類社會發(fā)展到了一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通信技術(shù)的落后，已經(jīng)對生產(chǎn)力造成束縛，也影響了人類組織規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至影響了世界經(jīng)濟(jì)和國家和平。

“電通信”的出現(xiàn)，既是水到渠成，也是雪中送炭?！半姟钡膫鬏斔俾蕵O快，是非常理想的通信手段。

其實(shí)，小棗君個(gè)人認(rèn)為，相比于“電報(bào)”，摩斯碼的發(fā)明意義更為重大。因?yàn)?，它?shí)現(xiàn)了對文字的先進(jìn)編碼。

文字是人類最牛逼的發(fā)明。我們其實(shí)可以把它理解為早期的信息編碼。所有的信息，都可以通過文字進(jìn)行記錄和傳遞，形成了人類的歷史和文化。

但是，文字過于復(fù)雜，別說我們復(fù)雜的中文漢字，即便是 26 個(gè)字母構(gòu)成的英文字母體系，也很難實(shí)現(xiàn)簡化傳遞。

高效通信的秘訣在于什么？在于將信息變成更簡單的編碼，然后，找到最簡單、高效的信息符號表達(dá)方式，承載這些編碼。

當(dāng)時(shí)（19 世紀(jì)初）的歷史經(jīng)驗(yàn)表明，“是”與“否”，“對”與“錯(cuò)”，“陰”與“陽”，這種二進(jìn)制的符號表示，是最容易通過技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。例如，燈亮和燈滅，有旗和無旗，有煙和無煙。

摩斯碼將文字變成了“點(diǎn)”和“橫”，實(shí)現(xiàn)了極簡的“準(zhǔn)二進(jìn)制”編碼。然后，基于電流的“通”和“斷”，進(jìn)行編碼表達(dá)。這實(shí)現(xiàn)了文字（信息）的超遠(yuǎn)距離和超快速度傳遞。唯一的瓶頸，是電流脈沖的產(chǎn)生速度 —— 一個(gè)電報(bào)員再熟練，敲完一個(gè)單詞也需要好幾秒的時(shí)間。

在人類解決脈沖頻率問題之前，出現(xiàn)了一個(gè)“取巧”的辦法，那就是 —— 干脆不編碼解碼了，直接通過信源（話筒）中薄膜和磁鐵，采集聲波信息，再將電流（模擬聲音波形），傳輸?shù)叫潘蓿犕玻?qū)動薄膜和磁鐵振動，復(fù)現(xiàn)聲波。

沒錯(cuò)，這就是 1876 年亞歷山大?貝爾發(fā)明的電話機(jī)。

從功能上來看，電話機(jī)已經(jīng)是人類通信的極致實(shí)現(xiàn)了。兩個(gè)人，身處不同的地方，通過電話就可以直接交談，這難道不是通信的最高境界嗎？

當(dāng)時(shí)的人們，應(yīng)該是這么想的。在他們眼里，電話只有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是需要拉線。這意味著需要施工，會產(chǎn)生巨大的成本。

有線電話出現(xiàn)之后，帶來了一個(gè)新概念 —— 網(wǎng)絡(luò)，或者說，交換網(wǎng)絡(luò)。這么多的節(jié)點(diǎn)，要連接起來，就需要形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，需要引入交換處理。

交換處理的方式，一開始，是人工交換。后來，有了步進(jìn)制交換、縱橫制交換，形成了電話交換的一套發(fā)展路線。這是后話。

電話通信很強(qiáng)大，但是，依賴于硬件建設(shè)。以當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件，普及速度慢，也容易造成通信鴻溝（富人享受通信權(quán)）。

在漫長的 19 世紀(jì)，還有一條隱藏線，在默默發(fā)展。那就是無線電磁波的研究。

無線電磁波的真正大佬，是偉大的麥克斯韋。

麥克斯韋被稱為麥神，是當(dāng)之無愧的。當(dāng)時(shí)，所有人都不相信存在無線電磁波，只有麥神堅(jiān)定不移，完成了理論奠基。

后來，德國人赫茲通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了無線電磁波的存在，徹底打開了新世界的大門。

無線電磁波不再依賴于有線介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)長距離的即時(shí)通信。在當(dāng)時(shí)來看，也是一個(gè)壯舉。

1901 年，意大利人馬可尼首次實(shí)現(xiàn)了跨大西洋的無線電報(bào)通信，震驚了全世界。

無線電通信誕生后，以當(dāng)時(shí)的技術(shù)手段，人類根本沒有辦法駕馭高頻電磁波，所以，還是以電報(bào)這種脈沖表達(dá)信號的通信方式為主。后來，無線電技術(shù)不斷進(jìn)步，有了無線電廣播（1920 年），無線電也開始傳輸聲音。

除了駕馭高頻電磁波之外，當(dāng)時(shí)無線電通信的難點(diǎn)，有這么幾個(gè)方面：

一、獲得更大的發(fā)射功率；二，獲得更靈敏的接收能力；三，無線電頻譜的協(xié)調(diào)管理；四，無線通信設(shè)備的成本控制以及體積縮減。

除了第三條之外，剩下幾條說白了都是受制于電子技術(shù)。

巧合的是，1910-1950 期間發(fā)生的兩次世界大戰(zhàn)，極大地推動了科技的發(fā)展，其中就包括電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

電子管（1904 年）和晶體管（1947 年，貝爾實(shí)驗(yàn)室）的發(fā)明，電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。這從硬件上，給通信的發(fā)展掃除了障礙。

摩托羅拉的步話機(jī)，就是那一時(shí)期通信技術(shù)的典型產(chǎn)品。通信終端已經(jīng)變得小型化，一個(gè)人就可以進(jìn)行背負(fù)。

與此同時(shí)，貝爾實(shí)驗(yàn)室的克勞德?香農(nóng)，及時(shí)發(fā)表了信息論的相關(guān)論文（1948 年）。

他首次從理論的角度，構(gòu)建了通信的基本模型，提出了信息熵，對信息進(jìn)行了度量化，定義了比特。他還推出了香農(nóng)公式，明確指出了決定通信能力的所有要素。

他的貢獻(xiàn)太重要了，奠定了信息和通信技術(shù)的理論根基。（所以說，他當(dāng)之無愧是現(xiàn)代通信技術(shù)的祖師爺。）

1940 年代，正值第三次工業(yè)革命的萌芽。這次工業(yè)革命，以原子能技術(shù)、航天技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表。

從本質(zhì)上來說，那一時(shí)期的通信技術(shù)躍進(jìn)，是信息技術(shù)大爆發(fā)的體現(xiàn)。

我們把時(shí)間指針往前撥動 100 年，回到 1840 年代。1846 年，也就是摩斯碼和電報(bào)發(fā)明的 9 年后，就有科學(xué)家將穿孔紙帶技術(shù)與電報(bào)技術(shù)相結(jié)合。將文字信息，通過一個(gè)個(gè)的孔，進(jìn)行記錄。

后來，1890 年，德裔美國人赫爾曼?何樂禮（IBM 公司前身的創(chuàng)始人）將這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步完善，發(fā)明了打孔制表機(jī)。

大家不要小看這種打孔紙。這其實(shí)是早期的存儲技術(shù)。它在文字編碼的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了更高效的文字和數(shù)字存儲，也就是早期的信息化。

進(jìn)入 21 世紀(jì)，磁介質(zhì)存儲的發(fā)明，使得數(shù)據(jù)存儲真正步入了現(xiàn)代存儲時(shí)代。

這一點(diǎn)非常重要。你想啊，如果沒有數(shù)據(jù)存儲，哪來數(shù)據(jù)計(jì)算？沒有數(shù)據(jù)計(jì)算，哪來數(shù)據(jù)通信？

真正催生信息技術(shù)萌芽的，還是戰(zhàn)爭。

當(dāng)年，搞打孔制表機(jī)，只是為了算人口數(shù)據(jù)，算財(cái)務(wù)報(bào)表。這些計(jì)算其實(shí)并不復(fù)雜。

人類之所以想到要搞計(jì)算機(jī)，是兩個(gè)主要驅(qū)動力。一是為了破解戰(zhàn)爭對手的密碼（參考圖靈大佬的事跡），二是為了計(jì)算火箭彈道。（話說，“奧本海默”馬上就要上映了，原子彈的誕生，當(dāng)然也有計(jì)算機(jī)的功勞。）

超復(fù)雜的計(jì)算需求，推動了計(jì)算機(jī)的誕生。數(shù)據(jù)數(shù)字化了，計(jì)算數(shù)字化了，通信當(dāng)然也要數(shù)字化。

進(jìn)入 1950 年后，整個(gè)通信技術(shù)，分為若干個(gè)跑道。

一，電話交換網(wǎng)絡(luò)，還在步進(jìn)制、縱橫制的路線上，慢慢跑。

二，無線通信，隨著晶體管的出現(xiàn)，電子技術(shù)的進(jìn)步，開始逐漸走向更高性能，更小體積，開始出現(xiàn)越來越多的車載移動通信，也就是 0G（Pre-1G）。1946 年，摩托羅拉和 AT&T 合作，推出了第一套面向公眾的車載移動通信系統(tǒng)（MTS）。

三，信息技術(shù)（計(jì)算機(jī)）需要的數(shù)據(jù)通信，開始萌芽。

推動數(shù)據(jù)通信躍進(jìn)的，還是戰(zhàn)爭。

1958 年 2 月，為了在冷戰(zhàn)中獲得科技競爭優(yōu)勢，美國國防部組建了一個(gè)神秘的科研部門 ——APRA（Advanced Research Projects Agency，高級研究計(jì)劃局）。

后來，為了保證自己能在蘇聯(lián)的第一輪核打擊下具備一定的生存和反擊能力，美國國防部決定研究一種分散的指揮系統(tǒng)。它由無數(shù)的節(jié)點(diǎn)組成，當(dāng)若干節(jié)點(diǎn)被摧毀后，其它節(jié)點(diǎn)仍能相互通信。

于是，ARPA 就聯(lián)合美國的幾個(gè)大學(xué)，一起搞出了 ARPANET（阿帕網(wǎng)）。

大家應(yīng)該對這個(gè)名字不會陌生。沒錯(cuò)，它就是 Internet（互聯(lián)網(wǎng)）的前身。

60-70 年代，ARPANET 不斷壯大，由此孵化了 TCP / IP 協(xié)議，也構(gòu)建了早期的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

70 年代，晶體管開創(chuàng)的集成電路時(shí)代進(jìn)入第一輪爆發(fā)期，半導(dǎo)體黃金時(shí)代正式到來。存儲技術(shù)的升級，芯片能力的飛躍，催生了信息技術(shù)大爆發(fā)，不僅大型機(jī)到處開花，PC 個(gè)人電腦也誕生了。

所有這些節(jié)點(diǎn)，都需要網(wǎng)絡(luò)連接起來。除了 ARPANET 相關(guān)的技術(shù)線之外，施樂公司（Xerox）帕洛阿爾托研究中心（Palo Alto Research Center）發(fā)明了以太網(wǎng)，為數(shù)據(jù)通信的發(fā)展打下了重要的基礎(chǔ)。

固定電話網(wǎng)絡(luò)那邊，受電子技術(shù)的影響（50-60 年代），網(wǎng)絡(luò)交換從機(jī)械到電子，再從半電子到全電子。受計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響（70 年代），開始進(jìn)入程控交換（程序控制交換），交換能力大幅增加，變成萬門級甚至更高。

無線通信那邊，集成電路的飛速發(fā)展，對高頻無線電磁波的駕馭能力成熟，最終讓無線電通信設(shè)備變得足夠小型化，催生了手機(jī)的誕生（1973 年，摩托羅拉）。

1960-1970 年代，大家不要忘記一個(gè)重要角色的出現(xiàn)，那就是光纖通信。

1966 年，華裔科學(xué)家高錕發(fā)表論文，預(yù)言了光纖通信的出現(xiàn)。1970 年，康寧公司拉出了世界上第一根衰減值達(dá)到實(shí)用水平（17dB / km）的光纖。

光纖的出現(xiàn)，簡直就是神跡。

誰會想到，玻璃竟然會成為人類最厲害的傳輸介質(zhì)？它不僅可以實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)的傳輸速率和帶寬，還特別便宜！如果沒有光纖，試想一下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)連接，我們需要多少貴重金屬？會造成多大的環(huán)境污染？成本均攤到我們用戶身上，我們哪能享受普惠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)？

光纖通信表面上是有線通信，實(shí)際上還是無線電磁波通信。它把在空間中“亂跑”的無線電磁波約束在細(xì)細(xì)的玻璃纖維中，避免了無線通信的復(fù)雜信道和干擾，實(shí)現(xiàn)了超高速率、超前穩(wěn)定性以及超低時(shí)延。它是現(xiàn)代人類通信網(wǎng)絡(luò)真正的“基石”。

進(jìn)入 80 年代，互聯(lián)網(wǎng)的雛形已經(jīng)形成，剩下就是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)張。

固定電話網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)基本走到了生命的終點(diǎn)。手機(jī)移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，革了固定電話網(wǎng)絡(luò)的命。從 1G 到 2G，手機(jī)移動通信實(shí)現(xiàn)從模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)變，在通信能力上（頻譜利用率、抗干擾性、保密性、穩(wěn)定性等），有了質(zhì)的飛躍。

手機(jī)通信的普及，實(shí)現(xiàn)了無處不在的語音通話。但這不是重點(diǎn)。因?yàn)椋?0 年代，數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)通信，才是真正的主流。

到了 90 年代，光纖通信越來越成熟，開始擔(dān)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)骨干傳輸?shù)闹髁ΑＪ芟抻诔杀?，在用戶?cè)，主要的上網(wǎng)連接介質(zhì)還是電話線和網(wǎng)線（ADSL）。歐美發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)率先步入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

值得一提的是，80-90 年代，民用衛(wèi)星通信作為一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，也開始自己的發(fā)展之路。率先吃螃蟹的，是大名鼎鼎的摩托羅拉銥星計(jì)劃。

互聯(lián)網(wǎng)的大爆發(fā)，對移動通信造成了重要影響。3G 的重要特征，就是對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，進(jìn)行了一系列的網(wǎng)元重構(gòu)，從電路交換，全面向分組交換進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

手機(jī)通信，開始 IP 化，服務(wù)于多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這種轉(zhuǎn)化，也使得互聯(lián)網(wǎng)走向了移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

移動互聯(lián)網(wǎng)讓人類的衣食住行發(fā)生了根本性的變化。它創(chuàng)造了無數(shù)的新型商業(yè)模式，構(gòu)建了線上數(shù)字世界。圖像、音視頻業(yè)務(wù)、O2O 業(yè)務(wù)，仍然在不斷產(chǎn)生流量。流量，刺激網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步擴(kuò)建。

針對海量的業(yè)務(wù)需求，計(jì)算技術(shù)開始從集中式走向分布式，催生了云計(jì)算技術(shù)。海量的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步催生了大數(shù)據(jù)技術(shù)。算力的增長，又為人工智能的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

通信技術(shù)一貫是服務(wù)于信息技術(shù)。過去是這樣，現(xiàn)在是這樣，未來也是這樣。信息技術(shù)將自己的服務(wù)具象化，統(tǒng)一表征為算力。通信呢，則化身為聯(lián)接力，服務(wù)于算力的搬運(yùn)，為了實(shí)現(xiàn)算力的泛在服務(wù)。

21 世紀(jì)，通信最大的轉(zhuǎn)變，不是技術(shù)原理的顛覆（我們甚至看不到一絲希望），而是服務(wù)對象的變化。通信不再像 20 世紀(jì)一樣服務(wù)于人類，而是服務(wù)于整個(gè)物理世界，服務(wù)于“萬物智聯(lián)”。

將所有的物體都連接起來，變成數(shù)字世界的映射，變成神經(jīng)末梢，變成控制節(jié)點(diǎn)，讓數(shù)據(jù)隨意流動，讓 AI 人工智能獲得一切數(shù)據(jù)，管理一切事物，或者是一種理想的狀態(tài)。那么，這背后是否蘊(yùn)藏著巨大的危機(jī)呢？

通信技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，進(jìn)入了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。以前，是用戶需求驅(qū)動技術(shù)進(jìn)步?，F(xiàn)在，是技術(shù)超前發(fā)展，孵化用戶需求。

回首通信的發(fā)展歷程，每一次高速發(fā)展，都和信息技術(shù)的升級革新密切相關(guān)。要么是編碼和存儲技術(shù)的革命，要么是計(jì)算需求（計(jì)算機(jī)）的普及，再要么是線上數(shù)字世界的構(gòu)建。

展望未來，基于半導(dǎo)體的 0 和 1 到底要用到什么時(shí)候？無線電磁波的紅利，到底要吃多久？基于生物和量子技術(shù)的計(jì)算或存儲，真的會爆發(fā)嗎？

真的很想知道答案??！

本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君

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