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，漸漸對通信技術的演進規(guī)律有了一點自己的理解，也對通信行業(yè)的沉浮有所感悟。今天，就和大家瞎聊幾句，權當拋磚引玉。

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，我們經常說，通信是人類社會的粘合劑，也是人類進步的基石。

在人類漫長的通信技術發(fā)展歷程中，1837 年是一個重要的時間節(jié)點。

這個節(jié)點，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，人類通信進入了近現(xiàn)代時代。

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

電報是人類“電科學”研究的產物，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，是第一個劃時代的壯舉。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、通信時延、通信距離的矛盾。

1830 年代，人類社會發(fā)展到了一個關鍵節(jié)點。通信技術的落后，已經對生產力造成束縛，也影響了人類組織規(guī)模的進一步擴大，甚至影響了世界經濟和國家和平。

“電通信”的出現(xiàn)，既是水到渠成，也是雪中送炭。“電”的傳輸速率極快，是非常理想的通信手段。

其實，小棗君個人認為，相比于“電報”，摩斯碼的發(fā)明意義更為重大。因為，它實現(xiàn)了對文字的先進編碼。

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

但是，文字過于復雜，別說我們復雜的中文漢字，即便是 26 個字母構成的英文字母體系，也很難實現(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方式，承載這些編碼。

當時（19 世紀初）的歷史經驗表明，“是”與“否”，“對”與“錯”，“陰”與“陽”，這種二進制的符號表示，是最容易通過技術實現(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”和“橫”，實現(xiàn)了極簡的“準二進制”編碼。然后，基于電流的“通”和“斷”，進行編碼表達。這實現(xiàn)了文字（信息）的超遠距離和超快速度傳遞。唯一的瓶頸，是電流脈沖的產生速度 —— 一個電報員再熟練，敲完一個單詞也需要好幾秒的時間。

在人類解決脈沖頻率問題之前，出現(xiàn)了一個“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?，驅動薄膜和磁鐵振動，復現(xiàn)聲波。

沒錯，這就是 1876 年亞歷山大?貝爾發(fā)明的電話機。

從功能上來看，電話機已經是人類通信的極致實現(xiàn)了。兩個人，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？

當時的人們，應該是這么想的。在他們眼里，電話只有一個缺點，那就是需要拉線。這意味著需要施工，會產生巨大的成本。

有線電話出現(xiàn)之后，帶來了一個新概念 —— 網絡，或者說，交換網絡。這么多的節(jié)點，要連接起來，就需要形成網絡拓撲，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。

電話通信很強大，但是，依賴于硬件建設。以當時的經濟條件，普及速度慢，也容易造成通信鴻溝（富人享受通信權）。

在漫長的 19 世紀，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，是當之無愧的。當時，所有人都不相信存在無線電磁波，只有麥神堅定不移，完成了理論奠基。

后來，德國人赫茲通過實驗驗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，可以實現(xiàn)長距離的即時通信。在當時來看，也是一個壯舉。

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

無線電通信誕生后，以當時的技術手段，人類根本沒有辦法駕馭高頻電磁波，所以，還是以電報這種脈沖表達信號的通信方式為主。后來，無線電技術不斷進步，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，當時無線電通信的難點，有這么幾個方面：

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)調管理；四，無線通信設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。

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，其中就包括電子產業(yè)的發(fā)展。

電子管（1904 年）和晶體管（1947 年，貝爾實驗室）的發(fā)明，電子技術進入了一個全新的時代。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，就是那一時期通信技術的典型產品。通信終端已經變得小型化，一個人就可以進行背負。

與此同時，貝爾實驗室的克勞德?香農，及時發(fā)表了信息論的相關論文（1948 年）。

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

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

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、航天技術、電子計算機技術為代表。

從本質上來說，那一時期的通信技術躍進，是信息技術大爆發(fā)的體現(xiàn)。

我們把時間指針往前撥動 100 年，回到 1840 年代。1846 年，也就是摩斯碼和電報發(fā)明的 9 年后，就有科學家將穿孔紙帶技術與電報技術相結合。將文字信息，通過一個個的孔，進行記錄。

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）將這項技術進一步完善，發(fā)明了打孔制表機。

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

進入 21 世紀，磁介質存儲的發(fā)明，使得數(shù)據存儲真正步入了現(xiàn)代存儲時代。

這一點非常重要。你想啊，如果沒有數(shù)據存儲，哪來數(shù)據計算？沒有數(shù)據計算，哪來數(shù)據通信？

真正催生信息技術萌芽的，還是戰(zhàn)爭。

當年，搞打孔制表機，只是為了算人口數(shù)據，算財務報表。這些計算其實并不復雜。

人類之所以想到要搞計算機，是兩個主要驅動力。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，當然也有計算機的功勞。）

超復雜的計算需求，推動了計算機的誕生。數(shù)據數(shù)字化了，計算數(shù)字化了，通信當然也要數(shù)字化。

進入 1950 年后，整個通信技術，分為若干個跑道。

一，電話交換網絡，還在步進制、縱橫制的路線上，慢慢跑。

二，無線通信，隨著晶體管的出現(xiàn)，電子技術的進步，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（計算機）需要的數(shù)據通信，開始萌芽。

推動數(shù)據通信躍進的，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神秘的科研部門 ——APRA（Advanced Research Projects Agency，高級研究計劃局）。

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)點組成，當若干節(jié)點被摧毀后，其它節(jié)點仍能相互通信。

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

大家應該對這個名字不會陌生。沒錯，它就是 Internet（互聯(lián)網）的前身。

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

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

所有這些節(jié)點，都需要網絡連接起來。除了 ARPANET 相關的技術線之外，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，為數(shù)據通信的發(fā)展打下了重要的基礎。

固定電話網絡那邊，受電子技術的影響（50-60 年代），網絡交換從機械到電子，再從半電子到全電子。受計算機技術的影響（70 年代），開始進入程控交換（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備變得足夠小型化，催生了手機的誕生（1973 年，摩托羅拉）。

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

1966 年，華裔科學家高錕發(fā)表論文，預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到實用水平（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？它不僅可以實現(xiàn)超強的傳輸速率和帶寬，還特別便宜！如果沒有光纖，試想一下，實現(xiàn)現(xiàn)在規(guī)模的網絡連接，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絡服務？

光纖通信表面上是有線通信，實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細的玻璃纖維中，避免了無線通信的復雜信道和干擾，實現(xiàn)了超高速率、超前穩(wěn)定性以及超低時延。它是現(xiàn)代人類通信網絡真正的“基石”。

進入 80 年代，互聯(lián)網的雛形已經形成，剩下就是網絡規(guī)模的不斷擴張。

固定電話網絡，已經基本走到了生命的終點。手機移動通信網絡的發(fā)展，革了固定電話網絡的命。從 1G 到 2G，手機移動通信實現(xiàn)從模擬向數(shù)字的轉變，在通信能力上（頻譜利用率、抗干擾性、保密性、穩(wěn)定性等），有了質的飛躍。

手機通信的普及，實現(xiàn)了無處不在的語音通話。但這不是重點。因為，90 年代，數(shù)據通信和互聯(lián)網通信，才是真正的主流。

到了 90 年代，光纖通信越來越成熟，開始擔當網絡骨干傳輸?shù)闹髁?。受限于成本，在用戶側，主要的上網連接介質還是電話線和網線（ADSL）。歐美發(fā)達國家，已經率先步入互聯(lián)網時代。

值得一提的是，80-90 年代，民用衛(wèi)星通信作為一個細分領域，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劃。

互聯(lián)網的大爆發(fā)，對移動通信造成了重要影響。3G 的重要特征，就是對數(shù)據業(yè)務的支持。在網絡側，進行了一系列的網元重構，從電路交換，全面向分組交換進行轉變。

手機通信，開始 IP 化，服務于多媒體數(shù)據業(yè)務。這種轉化，也使得互聯(lián)網走向了移動互聯(lián)網時代。

移動互聯(lián)網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，構建了線上數(shù)字世界。圖像、音視頻業(yè)務、O2O 業(yè)務，仍然在不斷產生流量。流量，刺激網絡進一步擴建。

針對海量的業(yè)務需求，計算技術開始從集中式走向分布式，催生了云計算技術。海量的數(shù)據，進一步催生了大數(shù)據技術。算力的增長，又為人工智能的發(fā)展奠定了基礎。

通信技術一貫是服務于信息技術。過去是這樣，現(xiàn)在是這樣，未來也是這樣。信息技術將自己的服務具象化，統(tǒng)一表征為算力。通信呢，則化身為聯(lián)接力，服務于算力的搬運，為了實現(xiàn)算力的泛在服務。

21 世紀，通信最大的轉變，不是技術原理的顛覆（我們甚至看不到一絲希望），而是服務對象的變化。通信不再像 20 世紀一樣服務于人類，而是服務于整個物理世界，服務于“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，變成神經末梢，變成控制節(jié)點，讓數(shù)據隨意流動，讓 AI 人工智能獲得一切數(shù)據，管理一切事物，或者是一種理想的狀態(tài)。那么，這背后是否蘊藏著巨大的危機呢？

通信技術發(fā)展到現(xiàn)在，進入了一個轉折點。以前，是用戶需求驅動技術進步。現(xiàn)在，是技術超前發(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，都和信息技術的升級革新密切相關。要么是編碼和存儲技術的革命，要么是計算需求（計算機）的普及，再要么是線上數(shù)字世界的構建。

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

真的很想知道答案啊！

本文來自微信公眾號：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君

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