蘇更林

曾記否，在人類漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，有關(guān)順風(fēng)耳和千里眼的千古傳說，在向我們?cè)V說著遠(yuǎn)古時(shí)代人們對(duì)于溝通和通信的期待。如今，我們拿起手機(jī)，點(diǎn)開4G網(wǎng)絡(luò)，便可隨時(shí)隨地進(jìn)行通話、視頻，乃至足不出戶便可購物、看電影。而更快的5G也即將到來......更令我們驚訝的是，5G才看到曙光，而多國卻已開始角逐6G網(wǎng)絡(luò)探索（2019年3月24日至26日，各國200多位頂尖無線通信專家齊聚芬蘭萊維，參加由芬蘭奧盧大學(xué)主辦的全球首個(gè)6G峰會(huì)，峰會(huì)主旨是“為6G到來鋪平道路”）......這通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度是不是超出了同學(xué)們的想象？

可同學(xué)們知道嗎？人類是經(jīng)過182年的探索和積淀，才成就了如今通信網(wǎng)絡(luò)的快速與輝煌！今天，就帶同學(xué)們一起回溯人類通信的發(fā)展之旅！

有線電報(bào)：一線牽世界

現(xiàn)代通信是從電報(bào)的發(fā)明開始的，正是電報(bào)的發(fā)明拉開了電信時(shí)代的序幕，并開創(chuàng)了人類利用電來傳遞信息的歷史。然而，發(fā)明電報(bào)的人既不是物理學(xué)家，也不是電學(xué)家，而是一位美國的畫家。

一次極其普通的旅行改變了畫家莫爾斯的人生，也改變了人類的通信史。1832年10月1日，一艘名叫“薩麗”號(hào)的郵輪從法國北部的勒阿弗爾港起航，駛向紐約。在游輪上，一位美國的電學(xué)博士杰克遜滔滔不絕地講著電磁學(xué)的傳奇。既然電流的傳播速度是30萬千米/秒，那能不能用電流來進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳遞呢？莫爾斯第一次聽說電磁感應(yīng)，就完全被電給迷住了。也就是在從法國返回美國的旅途中，莫爾斯萌發(fā)了發(fā)明電報(bào)的想法。

莫爾斯毅然決定放棄自己鐘愛的繪畫事業(yè)，并改行進(jìn)行電報(bào)裝置的研究。然而，莫爾斯的物理基礎(chǔ)很不扎實(shí)，要掌握電磁學(xué)知識(shí)談何容易！為了攻克電磁學(xué)這塊硬骨頭，莫爾斯只得向紐約大學(xué)物理學(xué)教授蓋爾請(qǐng)教，學(xué)會(huì)了電磁鐵制造和電池組裝的方法。

莫爾斯還拜著名物理學(xué)家約瑟夫·亨利為師，從而為其發(fā)明電報(bào)機(jī)鋪平了道路。1831年，約瑟夫·亨利提出了電報(bào)原理，并利用電磁鐵做成的電鈴把信號(hào)傳到了1.6千米之外的地方。其實(shí)，這就是電磁音響式電報(bào)機(jī)的最早模型。莫爾斯把約瑟夫·亨利的電報(bào)原理當(dāng)作心中的目標(biāo)，并不知疲倦地為之探索。

莫爾斯從導(dǎo)線中流動(dòng)的電流在突然截止時(shí)會(huì)迸出火花這一現(xiàn)象中得到啟發(fā)，大膽提出把電流接通而沒有火花作為一種信號(hào)，把電流截止瞬間發(fā)出火花作為另一種信號(hào)，把電流接通時(shí)間加長(zhǎng)再作為一種信號(hào)。把這三種信號(hào)組合起來就可以代表全部的字母和數(shù)字了，據(jù)此把文字信息通過電流的流動(dòng)而傳到遠(yuǎn)處去。

1837年，莫爾斯發(fā)明了著名的莫爾斯電碼。所謂莫爾斯電碼，就是利用“點(diǎn)”“劃”和“間隔”的不同組合來表示字母、數(shù)字以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的一套電碼系統(tǒng)。歷經(jīng)數(shù)年，莫爾斯終于研制成功了用以發(fā)送和接收電報(bào)的電報(bào)機(jī)。1844年5月24日，在美國國會(huì)大廳里舉行了一次隆重的電報(bào)機(jī)通信實(shí)驗(yàn)。莫爾斯用其顫抖的手向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報(bào)：“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”這一天成了國際公認(rèn)的電報(bào)發(fā)明日，莫爾斯的電報(bào)也因此風(fēng)靡全球。

電話：讓聲音流動(dòng)起來

要說電話發(fā)明，我們還得從“電話巨人”貝爾說起。最初，貝爾從事電氣試驗(yàn)的目的是為了研究發(fā)聲的規(guī)律。后來，貝爾隱約產(chǎn)生了一個(gè)想法，那就是用電流把聲音從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。在那個(gè)時(shí)代，搞電話發(fā)明的大有人在。而貝爾在電學(xué)方面的知識(shí)積累并不扎實(shí)，要攀登電話發(fā)明高峰存在許多困難。美國著名物理學(xué)家約瑟夫·亨利對(duì)貝爾說：“你有一個(gè)偉大的夢(mèng)想，那就扎扎實(shí)實(shí)地去干吧！”

貝爾一邊學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)，一邊進(jìn)行多工電報(bào)的實(shí)驗(yàn)。在1874年的一天，當(dāng)貝爾在做電報(bào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)當(dāng)一塊鐵片在磁鐵前振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出微弱的聲音，并且這種聲音還能通過導(dǎo)線傳向遠(yuǎn)方。他想，如果對(duì)著鐵片說話，不也可以引起鐵片的振動(dòng)嗎？這其實(shí)就是貝爾關(guān)于電話原理的最初構(gòu)想。

1875年6月2日，貝爾和他的助手沃森正在緊張地進(jìn)行電報(bào)機(jī)的試驗(yàn)研究。突然，貝爾大喊了一聲：“你什么都不要?jiǎng)樱屛胰タ纯?！”原來，在沃森撥?dòng)簧片的同時(shí)，貝爾在接收端的簧片上聽到了一種音色豐富的聲音。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，貝爾意識(shí)到這是一個(gè)不同尋常的發(fā)現(xiàn)。

1876年初，貝爾在圓筒的下口蒙上了一層膜片，并從膜片的中央向下伸出了一根楔形針，這個(gè)楔形針部分浸在含有電解質(zhì)的溶液中。楔形針與溶液的接觸面積會(huì)隨著膜片的振動(dòng)而不斷改變，從而包括楔形針和溶液在內(nèi)的電路的電阻也會(huì)隨之發(fā)生改變。電路電阻的改變又會(huì)引起與之串聯(lián)的聽筒線圈電流的變化，這樣不就可以達(dá)到傳聲的目的了嗎？

1876年3月10日，沃森突然從聽筒里聽到了一個(gè)非常清晰的呼叫聲——“沃森先生，快來幫我呀！”原來，貝爾不小心把蓄電池里的硫酸灑到了身上，因此才不禁叫了起來。這句求救的話語竟然成為了永恒，并與電話機(jī)的名字一同珍藏在歷史的記憶中。

無線通信：用電波征服地球

電報(bào)和電話的發(fā)明，開辟了電學(xué)通信技術(shù)的新紀(jì)元。然而，無論是電報(bào)還是電話通信，都離不開用導(dǎo)線鋪就的傳輸通道，這就使得電報(bào)和電話通信具有很大的局限性。

1896年，意大利人伽利爾摩·馬可尼實(shí)現(xiàn)了人類歷史上的首次無線電通信，使通信技術(shù)擺脫了傳輸導(dǎo)線的束縛。這是人類通信技術(shù)史上的一次飛躍，伽利爾摩·馬可尼也因此被譽(yù)為實(shí)用無線電通信技術(shù)的創(chuàng)始人。

之所以要在“無線電通信技術(shù)的創(chuàng)始人”之前加上“實(shí)用”二字，這還得從德國物理學(xué)家赫茲的一個(gè)著名實(shí)驗(yàn)說起。實(shí)際上，赫茲的實(shí)驗(yàn)裝置就是一臺(tái)無線電傳送裝置。火花在球形電極間跳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了無線電波，當(dāng)一個(gè)小的火花在接收器穿過時(shí)可以接收到該無線電波。但赫茲并沒有進(jìn)一步探索電磁波的實(shí)際應(yīng)用，并于1894年去世了。

從赫茲實(shí)驗(yàn)的小火花中，有兩位年輕人看到了電磁波通信的實(shí)用價(jià)值，他們就是意大利青年工程師伽利爾摩·馬可尼以及俄國發(fā)明家波波夫。1896年3月24日，波波夫發(fā)出了世界上第一份無線電報(bào)，傳播距離為250米。但是，波波夫并沒有為他的發(fā)明注冊(cè)，也沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

幾乎在同時(shí)，伽利爾摩·馬可尼也在探索無線電通信技術(shù)。他把自家的菜園子作為實(shí)驗(yàn)基地，經(jīng)過10年的努力探索，他終于完成了2000米距離的無線電通信實(shí)驗(yàn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，他采用了接地天線的方法，來加強(qiáng)電磁波的發(fā)射能力。

無線電通信實(shí)驗(yàn)成功了，走向商業(yè)化之路才剛剛開始。伽利爾摩·馬可尼請(qǐng)求意大利政府給予資助，但遭到了拒絕。于是，伽利爾摩·馬可尼轉(zhuǎn)而求助于英國。這一次他如愿以償了，英國海軍部決定資助伽利爾摩·馬可尼的無線電通信研究。1899年3月，伽利爾摩·馬可尼出色完成了英國和法國海岸間相隔45千米的無線電通信實(shí)驗(yàn)。

由于伽利爾摩·馬可尼在無線電通信技術(shù)實(shí)用化和商業(yè)化方面的杰出貢獻(xiàn)，他與布勞恩共享了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1937年，伽利爾摩·馬可尼逝世，英國所有無線電報(bào)、無線電話以及大不列顛廣播協(xié)會(huì)的廣播電臺(tái)停止工作2分鐘，向這位偉大的無線電通信創(chuàng)始人致哀。

手機(jī)：讓通話隨時(shí)隨地

1973年4月3日，位于紐約曼哈頓的摩托羅拉實(shí)驗(yàn)室爆出出一陣陣熱烈的掌聲——“我們成功了！”馬丁·庫帕拿著他們的“寶貝”——世界上第一部概念手機(jī)的模型，準(zhǔn)備測(cè)試一下它的通信功能。

1972年12月的一天，在摩托羅拉公司個(gè)人通信事業(yè)部門工作的馬丁·庫帕接受了一項(xiàng)任務(wù)，那就是開發(fā)一個(gè)關(guān)于移動(dòng)電話的概念模型。當(dāng)時(shí)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)正在考慮在美國市場(chǎng)建立移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的問題，摩托羅拉公司則很想抓住這樣一個(gè)大好商機(jī)。按照要求，包括馬丁·庫帕在內(nèi)的開發(fā)小組必須在6個(gè)星期內(nèi)做出移動(dòng)電話的模型。

3個(gè)月后，包括馬丁·庫帕在內(nèi)的開發(fā)小組克服了一切可能遇到的困難，終于完成了世界上第一臺(tái)手機(jī)的概念模型。據(jù)悉，馬丁·庫帕發(fā)明的世界上第一部手機(jī)笨重得很像一個(gè)大磚頭，通話時(shí)間只有35分鐘，而充電時(shí)間卻要10個(gè)小時(shí)，并且僅有撥打和接聽電話兩種功能。

對(duì)于這部手機(jī)，如果用今天的標(biāo)準(zhǔn)來衡量的話，那么簡(jiǎn)直算不上什么奇跡，但它的誕生意味著一個(gè)新的通信時(shí)代的開始。馬丁·庫帕也因此被《時(shí)代》雜志評(píng)為“年度最佳發(fā)明家”，還被譽(yù)為“手機(jī)之父”。

從1G到5G：智能生活無極限

手機(jī)的誕生極大地改變了人類的生活方式。從1G到5G，手機(jī)的體積越來越小，功能越來越豐富，也越來越富有人性化。

1986年，第一代移動(dòng)通信技術(shù)（1G）誕生，其典型產(chǎn)品為“大哥大”。也許極少有同學(xué)見過“大哥大”，其實(shí)它就是最早的移動(dòng)手提式電話?！按蟾绱蟆钡碾娏靠蛇M(jìn)行連續(xù)通話30分鐘，待機(jī)時(shí)間大約只有8個(gè)小時(shí)，可存儲(chǔ)30個(gè)電話號(hào)碼。

1995年，第二代移動(dòng)通信技術(shù)（2G）誕生，其標(biāo)志是完成了從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制的轉(zhuǎn)換。按照通俗的說法，就是聲音質(zhì)量更好了，傳輸速度更快了。諾基亞7110手機(jī)的出現(xiàn)，標(biāo)志著手機(jī)上網(wǎng)時(shí)代的開始，不過那個(gè)時(shí)候的網(wǎng)速還很慢。

2000年，第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）開始成熟并商用，從而開啟了移動(dòng)通信時(shí)代的新紀(jì)元。3G是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，它能夠處理圖像、語音、視頻流等多種媒體形式。3G時(shí)代的傳輸速度是2G時(shí)代的140倍。

2010年，第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）開始成熟并商用，正式使人類步入了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。從用戶體驗(yàn)來說，4G的傳輸速度更快，理論上網(wǎng)速度為3G的50倍，實(shí)際體驗(yàn)也在10倍左右。同時(shí)，手機(jī)的功能也變得更加豐富。

將在2021年前后實(shí)現(xiàn)商用的5G，為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，并將進(jìn)一步改變我們的生活。5G的特色在于低時(shí)延、高可靠、低功耗，并且不再是單一的無線接入技術(shù)，而是多種新型無線接入技術(shù)的集成。5G的理念為“聯(lián)通一切、控制一切”，不僅能支持智能手機(jī)，而且還能支持智能手表、健身腕帶以及智能家庭設(shè)備等。5G將開辟人類智能生活的新視野，并深刻影響人們的生活方式。

人類前進(jìn)的腳步不會(huì)停止，通信技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)也同樣不會(huì)停止。如今，我們即將迎來激動(dòng)人心的5G時(shí)代，6G也在探索之中。6G之后可能還會(huì)有7G、8G......可以說，我們的目標(biāo)是萬物互聯(lián)的星辰大海。未來，肯定會(huì)無限精彩！