移動通信簡史|環(huán)球快訊

移動通信從馬可尼的無線跨洋電報到如今火熱的 5G 時代，已經(jīng)經(jīng)歷了 5 代的演進發(fā)展。

(資料圖片)

No.1 烽火狼牙 —— 原始態(tài)的二進制通信

通信，通俗的說就是互相交流信息。人類為了信息的有效交流發(fā)明了語言。所以近距離的通信基本靠吼，遠距離的通信怎么辦呢？烽火狼煙成了傳遞信息的工具，當然傳遞的信號只有 0 和 1，0 代表沒有敵人來侵犯，1 代表邊境有戰(zhàn)爭發(fā)生。隨著狼煙的視距傳遞，戰(zhàn)爭的信號可以從邊境傳遞到京城。

但是烽火狼煙傳遞的信息受環(huán)境的影響比較大，同時無碼率也很高，周幽王時的烽火戲諸侯，就是傳遞了錯誤的信號，以至于身死國滅。

所以當雅典戰(zhàn)勝波斯之后，為了能夠準確快速的把勝利的信息傳遞到雅典城，菲迪皮茨硬生生的跑了個馬拉松，僅僅傳遞了“勝利”兩個字，然后累死了。用一條命的代價傳遞了兩個字的信息。

人們?yōu)榱擞行У慕涣餍畔?，也曾用過飛鴿傳書的方式來進行遠距離的通信，由于文字的發(fā)明，傳遞信息量有了極大的提升。但信息的安全準確依然是個挑戰(zhàn)。馬文才就截獲了梁山伯和祝英臺的鴿子，導致了祝英臺的身死化蝶。

No.2 電報和電話 —— 人類第一次利用電來傳遞信號

人們對于通信的追求一直沒有變，如何能夠快速，有效的傳遞信息，這成了無數(shù)學者追求的夢想。

1832 年，美國畫家莫爾斯 (1791-1872) 乘郵輪返回美國，旅途中他結(jié)識了一個叫杰克遜的電學博士。杰克遜向他介紹了電磁知識，莫爾斯完全被電迷住了。他想:“電能夠在一瞬間傳到千里之外，加上電磁鐵在有電和沒電時都能做出不同的反應，利用它的這種特性不就可以傳遞信息了嗎?”于是，莫爾斯決定放棄繪畫，發(fā)明一種用電傳信的方法 — 電報。他為每一個英文字母和阿拉伯數(shù)字設計出代表符號，這些代表符號由不同的 點、橫線和空白組成，這就是電信史上最早的編碼，后人稱它為“摩爾斯電碼”。有時候跨學科，跨專業(yè)發(fā)展史多么的重要。

1837 年，莫爾斯制造出一臺電報機，但它的有效工作距離僅為 500 米。后來他又對電報機進行了改進，為了在實踐中檢驗電報機的性能，莫爾斯請美國國會資助，在華盛頓與巴爾的摩之間架設了一條長約 64 千米的線路。1844 年 5 月 24 日，在華盛頓國會大廈聯(lián)邦最高法院會議廳里，開始進行電報收發(fā)試驗。莫爾斯在預先約定的時間向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上第一份電報。

電報的發(fā)明，把人們想要傳遞的信息以每秒 30 萬公里的速度傳向遠方。這是人類信息史上劃時代的創(chuàng)舉。但久而久之，人們又有點不滿足了。因為發(fā)一份電報，需要先擬好電報稿，然后再譯成電碼，交報務員發(fā)送出去；對方報務員收到報文后，得先把電碼譯成文字，然后投送給收報人。這不僅手續(xù)繁多，而且不能及時地進行雙向信息交流；要得到對方的回電，還需要等較長的時間。

人們對電報的不滿，促使科學家們開始新的探索。

最早提出遠距離傳送話筒接力傳送信息的建議。雖然這種方法不太切合實際，但休斯為這種通話方式所取的名字 ——“電話”，卻一直沿用至今。

19 世紀 30 年代之后，人們開始探索用電磁現(xiàn)象來傳送音樂和話音的方法，其中最有成就的要算是貝爾和格雷了。

亞歷山大?格雷厄姆?貝爾，1847 年生于英國蘇格蘭，他的祖父親畢生都從事聾啞人的教育事業(yè)，由于家庭的影響，他從小就對聲學和語言學有濃厚的興趣。開始，他的興趣是在研究電報上。有一次，當他在做電報實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)了一塊鐵片在磁鐵前振動會發(fā)出微弱聲音的現(xiàn)象，而且他還發(fā)現(xiàn)這種聲音能通過導線傳向遠方。這給貝爾以很大的啟發(fā)。他想，如果對著鐵片講話，不也可以引起鐵片的振動嗎? 這就是貝爾關(guān)于電話的最初構(gòu)想。

貝爾發(fā)明電話的努力得到了當時美國著名的物理學家約瑟夫?亨利的鼓勵。亨利對他說：“你有一個偉大發(fā)明的設想，干吧！”當貝爾說到自己缺乏電學知識時，亨利說：“學吧”。

在亨利的鼓舞下，貝爾開始了實驗，一次不小心把瓶內(nèi)的硫酸濺到了自己的腿上，他疼痛得喊叫起來：“沃森先生，快來幫我??！”

想不到，這一句極普通的話，竟成了人類通過電話傳送的第一句話音。正在另一個房間工作的貝爾先生的助手沃森，是第一個從電話里聽到電話聲音的人。貝爾在得知自己試驗的電話已經(jīng)能夠傳送聲音時，熱淚盈眶。當天晚上，他寫給母親的信中預言：“朋友們各自留在家里，不用出門也能互相交談的日子就要到來了！”

從此，人類進入了有線通信時代，有線電話也逐漸的走進了千家萬戶。知道現(xiàn)在，有線電話任然是很多人日常離不開的通信方式。

No.3 電磁波 —— 助力通信無線夢

在《重走電磁之路 —— 發(fā)現(xiàn)電磁波》中，我們重新學習了電磁波的發(fā)現(xiàn)歷程 —— 從奧斯特的線圈實驗，到法拉第的電磁感應，從麥克斯韋的偉大預測到赫茲的電火花通信 —— 電磁波，作為信息的最有效載體，逐漸被人們發(fā)現(xiàn)并利用。

1894 年年滿二十歲的馬可尼了解到海因利希?赫茲幾年前所做的實驗，這些實驗清楚地表明了不可見的電磁波是存在的，這種電磁波以光速在空中傳播。

馬可尼很快就想到可以利用這種波向遠距離發(fā)送信號而又不需要線路，這就使電報完成不了的許多通信有了可能。例如利用這種手段可以把信息傳送到海上航行的船只。

馬可尼經(jīng)過一年的努力，于 1895 年成功地發(fā)明了一種工作裝置，1896 年他在英國做了該裝置的演示試驗，首次獲得了這項發(fā)明的專利權(quán)。馬可尼立即成立了一個公司，1898 年第一次發(fā)射了無線電。翌年他發(fā)送的無線電信號穿過了英吉利海峽。雖然馬可尼最重要的專利權(quán)是在 1900 年授予的，但是他不斷地改進自己的發(fā)明，從中獲得了許多專利權(quán)。1901 年他發(fā)射的無線電信息成功地穿越大西洋，從英格蘭傳到加拿大的紐芬蘭省。

這項發(fā)明的重要性在一次事故中戲劇性地顯示出來了。那是 1909 年共和國號汽船由于碰撞遭到毀壞而沉入海底，這時無線電信息起了作用，除六個人外所有的人員全部得救。同年馬可尼因其發(fā)明而獲得諾貝爾獎。翌年他發(fā)射的無線電信息成功地穿越六千英里的距離，從愛爾蘭傳到阿根廷。

所有這些信息都是利用莫爾斯電碼的虛線系統(tǒng)發(fā)射的。當時就已經(jīng)知道聲音也可以用無線電傳播，但是這大約在 1915 年才得以實現(xiàn)，用于商業(yè)的無線電廣播在 20 世紀 30 年代初期才剛剛開始，但是它的普及和意義隨后則迅速地增長。

無線電技術(shù)就是利用無線電波傳輸信息的通信方式。能傳輸聲音、文字、數(shù)據(jù)和圖像等。與有線電通信相比，不需要架設傳輸線路，不受通信距離限制，機動性好，建立迅速；但傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，信號易受干擾或易被截獲，保密性差。

人類發(fā)明了電報和電話后，信息傳播的速度不知比以往快了多少倍。電報、電話的出現(xiàn)縮短了各大陸、各國家人民之間的距離感。但是，當初的電報、電話都是靠電流在導線內(nèi)傳輸信號的，這使通信受到很大的局限。譬如，要通信首先要有線路，而架設線路受到客觀條件的限制。高山、大河、海洋均給線路的建造和維護帶來很大的困難。況且，極需要通信聯(lián)絡的海上船舶，以及后來發(fā)明的飛機，因它們都是會移動的交通工具，所以是無法用有線方式與地面人們聯(lián)絡。19 世紀發(fā)明的無線電通訊技術(shù)，使通信擺脫了依賴導線的方式，是通信技術(shù)上的一次飛躍，也是人類科技史上的一個重要成就。

然后移動通信慢慢發(fā)展到真正的無線時代！

No.4  從 1G 到 6G

1G：模擬時代

1G 表示第一代移動通訊技術(shù)，以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的蜂窩無線電話系統(tǒng)，如現(xiàn)在已經(jīng)淘汰的模擬移動網(wǎng)。1G 無線系統(tǒng)在設計上只能傳輸語音流量，并受到網(wǎng)絡容量的限制。1G 時代的街上隨處可見公共電話亭以及等著打電話的人，大家腰帶上都別著 BB 機。當然有錢人的標配是腰里的大哥大。

2G：數(shù)字時代

2G，是第二代手機通信技術(shù)規(guī)格的簡稱，一般定義為無法直接傳送如電子郵件、軟件等資訊；只具有通話、和一些如時間日期等傳送的手機通信技術(shù)規(guī)格。不過手機短信 SMS （Short message service）在 2G 的某些規(guī)格中能夠被執(zhí)行。

2G 在美國通常被稱為 PCS（Personal Communications Service）。

2G 技術(shù)基本可被切為兩種，一種是基于 TDMA 所發(fā)展出來的以 GSM 為代表，另一種則是基于 CDMA 規(guī)格所發(fā)展出來的 CDMAOne，復用（Multiplexing）形式的一種。

主要的第二代手機通信技術(shù)規(guī)格標準有：

GSM：基于 TDMA 所發(fā)展、源于歐洲、目前已全球化。

IS-95（也叫做 CDMA One）：基于 CDMA 所發(fā)展、是美國最簡單的

CDMA 系統(tǒng)、用于美洲和亞洲一些國家。

IS-136（也叫做 D-AMPS）：基于 TDMA 所發(fā)展，是美國最簡單的

TDMA 系統(tǒng)，用于美洲。

IDEN：基于 TDMA 所發(fā)展、美國獨有的系統(tǒng)。被美國電信系統(tǒng)商 Nextell 使用。

PDC（Personal Digital Cellular）：基于 TDMA 所發(fā)展，僅在日本普及。

3G：寬帶時代

所謂第三代移動通信技術(shù)，即 3G 網(wǎng)絡技術(shù)，與第一代移動通信技術(shù)（即 1G）與第二代數(shù)字手機通信技術(shù)（即 2G）相比，3G 手機主要是將無線通信和國際互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)全面結(jié)合，以此形成一種全新的移動通信系統(tǒng)。這種移動技術(shù)可以處理圖像、音樂等媒體形式，除此之外，也包含了電話會議等一些商務功能。為了支持以上所述功能，無線網(wǎng)絡可以對不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣冗M行充分的支持，即無論是在室內(nèi)、外，還是在行車的環(huán)境下，都可以提供最少為 2Mbps、384kbps 與 144kbps 的數(shù)據(jù)傳輸速度。

第三代移動通信技術(shù) (3G)，3G 網(wǎng)絡技術(shù)是該領(lǐng)域發(fā)展的必然。3G 對移動通信技術(shù)標準做出了定義，使用較高的頻帶和 CDMA 技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)進行相關(guān)技術(shù)支持，工作頻段高，主要特征是速度快、效率高、信號穩(wěn)定、成本低廉和安全性能好等，和前兩代的通信技術(shù)相比最明顯的特征是 3G 網(wǎng)絡技術(shù)全面支持更加多樣化的多媒體技術(shù)。

4G：智能時代

4G 最大的數(shù)據(jù)傳輸速率超過 100Mbit / s，這個速率是移動電話數(shù)據(jù)傳輸速率的 1 萬倍，也是 3G 移動電話速率的 50 倍。4G 手機可以提供高性能的匯流媒體內(nèi)容，并通過 ID 應用程序成為個人身份鑒定設備。它也可以接受高分辨率的電影和電視節(jié)目，從而成為合并廣播和通信的新基礎(chǔ)設施中的一個紐帶。此外，4G 的無線即時連接等某些服務費用會比 3G 便宜。還有，4G 有望集成不同模式的無線通信 —— 從無線局域網(wǎng)和藍牙等室內(nèi)網(wǎng)絡、蜂窩信號、廣播電視到衛(wèi)星通信，移動用戶可以自由地從一個標準漫游到另一個標準。

4G 通信技術(shù)并沒有脫離以前的通信技術(shù)，而是以傳統(tǒng)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，并利用了一些新的通信技術(shù)，來不斷提高無線通信的網(wǎng)絡效率和功能的。如果說 3G 能為人們提供一個高速傳輸?shù)臒o線通信環(huán)境的話，那么 4G 通信會是一種超高速無線網(wǎng)絡，一種不需要電纜的信息超級高速公路，這種新網(wǎng)絡可使電話用戶以無線及三維空間虛擬實境連線。

5G：萬物互聯(lián)時代

第五代移動通信技術(shù)（英語：5th generation mobile networks 或 5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱 5G 或 5G 技術(shù)）是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，也是繼 4G（LTE-A、WiMax）、3G（UMTS、LTE）和 2G（GSM）系統(tǒng)之后的延伸。5G 的性能目標是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接。Release-15 中的 5G 規(guī)范的第一階段是為了適應早期的商業(yè)部署。Release-16 的第二階段將于 2020 年 4 月完成，作為 IMT-2020 技術(shù)的候選提交給國際電信聯(lián)盟（ITU）。ITU IMT-2020 規(guī)范要求速度高達 20 Gbit / s，可以實現(xiàn)寬信道帶寬和大容量 MIMO。

6G：星際時代

6G，即第六代移動通信標準，一個概念性無線網(wǎng)絡移動通信技術(shù)，也被稱為第六代移動通信技術(shù)。主要促進的就是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

6G 網(wǎng)絡將是一個地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界。通過將衛(wèi)星通信整合到 6G 移動通信，實現(xiàn)全球無縫覆蓋，網(wǎng)絡信號能夠抵達任何一個偏遠的鄉(xiāng)村，讓深處山區(qū)的病人能接受遠程醫(yī)療，讓孩子們能接受遠程教育。此外，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電信衛(wèi)星系統(tǒng)、地球圖像衛(wèi)星系統(tǒng)和 6G 地面網(wǎng)絡的聯(lián)動支持下，地空全覆蓋網(wǎng)絡還能幫助人類預測天氣、快速應對自然災害等。這就是 6G 未來。6G 通信技術(shù)不再是簡單的網(wǎng)絡容量和傳輸速率的突破，它更是為了縮小數(shù)字鴻溝，實現(xiàn)萬物互聯(lián)這個“終極目標”，這便是 6G 的意義。

6G 也不是移動通信的終點，真正的萬物互聯(lián)時代應該會慢慢到來。讓我們拭目以待。

本文來自微信公眾號：射頻學堂 （ID：RF_Center），作者：RF 小木匠