通信发展史上的里程碑

一、通信发展史上的里程碑

（一）莫尔斯发明电报

人类历史上的第一份电报——“上帝创造了何等奇迹！”，是由电报的发明人莫尔斯从华盛顿向巴尔的摩发去的，电报线路长64.4千米。19世纪30年代，莫尔斯发明的电报迅速得到广泛应用，商人们为争夺商机用它传递重要的行情变化，军官用它来发布战斗命令。以后电报又成为邮电部门的热门业务，老百姓家里有急事用电报通知远方的亲人，非常方便快捷。

莫尔斯发明电码及电报机，开创了用“电”作为载体来快速地传送信息的新纪元，莫尔斯也因此成为信息“数字化”的先驱。他的发明引发了人类通信史上的一场伟大革命。至此，“马拉松式”传送信息，“快马加鞭驿站式”传送“鸡毛文书”以及用烽火台报警传递重要信息等古老落后的通信手段已成为历史。电报的发明是通信发展史上的第一个里程碑。

图1-1 莫尔斯

莫尔斯是个职业画家，他在观看了一次电磁铁演示后，对通电流的电磁铁线圈能吸引弹簧片，断电后弹簧片又能返回原位这一现象发生了兴趣。他联想用这样断断续续地接通或切断电流来表示信号该多好。经过三年多的钻研，他终于成功地使用长长的导线来控制远处线圈的电流的“通”、“断”，并用电流的“通”、“断”和“长通”、“长断”的不同组合对应人类的文字来进行信息传送。他用的代码被沿用了一百多年，并以他的名字命名为莫尔斯电码。

图1-2　莫尔斯电码

莫尔斯拉开了现代电信时代的序幕，他发明的电报已经具备了现代通信的两大要素：硬件与软件。其中电键、导线、耳机等是硬件的雏形，电报硬件系统实质是电磁铁的推广应用。电码是关键，它是软件及协议的雏形，以后电码“软件”又派生出很多组合编码的密码、纠错码、地址码及协议之类的东西，并且各种编码、解码和软件成为通信的重要组成。因此人们又称莫尔斯是“软件”的鼻祖。

（二）贝尔发明电话

图1-3

美籍苏格兰人亚历山大·贝尔在大学任教时，系统地学习了人的语音、发声机理和声波振动原理。在为聋哑人设计助听器的过程中，他被语言和声音的奥秘深深吸引住，梦想有朝一日“能把声音传送到更远的地方去”。在一次实验中，他发现当螺旋线圈接通电流时发出振动的声音，而截断电流时也发出声音。这个神奇的现象使贝尔对此产生了浓厚的兴趣。他反复印证这一奇妙的现象的可重复性。这一发现让贝尔突发奇想：用电流的强弱来模拟声音大小的变化，从而用电流传送声音。经过三年努力，贝尔终于研制成了发送语言信号的发送器。1876年3月10日清晨，贝尔和助手沃森特经过几天奋战将一套通话设备安装完。他们分别待在相隔很远的两间屋子里。突然沃森特听到有人惊叫：“沃森特，沃森特，快来呀！我需要你帮助！”但屋里没有其他人，那是受话器发出的贝尔的声音，于是他惊喜万分地回答：“贝尔，贝尔，我听见你的声音了！听见了！”原来沃森特听到的是贝尔牵动导线时弄倒硫酸溅到脚上疼得惊叫的声音。这竟成为人类用电话传送的第一句话。

图1-4　贝尔

1877年，也就是贝尔发明电话后的第二年，在波士顿和纽约架设的第一条电话线路开通了，两地相距300千米。一年之内，贝尔共安装了230部电话，以后电话在世界各国迅速得到推广。贝尔发明电话至今已有130多年了，电话使人类的各种交流活动变得更加频繁，信息更加灵通，促使商业及社会经济加速发展。今天，世界上大约有7.5亿电话用户，其中还有1070万因特网用户分享着电话网络。

贝尔的发明，改变了世界，开创了人类通信史上的又一个新时代。

（三）神奇的电磁波——无形的信使

物理学家法拉第明确指出：电能生磁。后来他又发现了导线在磁场中运动时会有电流产生的现象，他指出：磁能生电。他统称它们为电磁感应。

英国著名的物理学家麦克斯韦进一步用数学形式——“麦克斯韦方程组”表达了变化的电场和变化的磁场间的彼此相关，相互影响。他指出变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场；两者交相更迭，构成统一的电磁场；并以波动的形式一圈一圈地像水波一样向四周传播开去，因此可以把交替的电磁场传得很远，这就是电磁波。这个论断后来由德国物理学家赫兹用实验得到证实。物理学界的人们惊叹地说“这是神仙写出来的方程式和重要结论”，这是物理学史上最伟大的成就之一。麦克斯韦成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。

图1-5　麦克斯韦

麦克斯韦的理论和赫兹的发现具有划时代的意义，1887年成为了现代通信技术发展史的又一座里程碑，它宣告了无线电通信时代即将来临，标志着人类时代从“有线电通信”向“无线电通信”过渡，也是整个移动通信的发源点。应该说，从这时开始，人类开始进入了无线电通信的新领域。

（四）谁是无线电的最早发明人

是波波夫或者是马可尼？应该说他们是同时期，独立发明无线电的。

发现电磁波的消息传到了俄国，令一个从事电灯推广工作的青年人波波夫无比兴奋，他说：“用我一生的精力去装电灯，对广阔的俄罗斯来说，只不过照亮了很小一角，要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界！”

图1-6　波波夫

1894年，波波夫改进了赫兹的圆环接收器并创造性地加装了一条长长的天线，使接收灵敏度大大提高。1895年5月7日，年仅36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学协会物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。

1896年3月24日，波波夫和雷布金在俄国物理化学协会年会上，操纵他们新研制的无线电收发信机，在相隔250米的两处做了无线电传送莫尔斯电码的演示。当时拍发的报文是“海因里希·赫兹”，以此表示他对这位电磁波先驱者的崇敬。

与此同时，1895年，另一位研究无线电的年轻人——马可尼，他大胆提出能不能借助电磁波来传送电报、电话的问题。为此他开始潜心研究和实验。1895年20岁的马可尼终于在自己的花园里成功地进行了无线电传递声音的实验。后来他改进了无线电发送和接收设备，在布里斯托尔海峡进行无线电通信并获得成功，通信距离达12千米。

图1-7　马可尼

1901年，英国的无线电报能发送到大西洋彼岸，不过当时的天线是用风筝牵着的金属导线。1902年在英国与加拿大之间正式开通了越洋无线电报通信线路，这使国际间电报通信跃入到一个新阶段，无线电通信不需要昂贵的地面通信线路和海底电缆，因而很快便受到人们的重视。

关于谁是无线电通信的最早发明人仍有争议，但无可争议的是，19世纪末，马可尼、波波夫等科学家们相继进行了无线电通信试验，他们使电波载着声音飞翔，他们共同推动了伟大的无线电时代来临！

（五）无线电广播及电视的发明

1906年12月24日，美国物理学家费森登正式主持了人类历史上第一次无线电广播。从这时开始，收音机以及后来的电视机才开始进入千家万户。

在这之前，也有无数人在无线电研究上取得了成果，其中最有名的就是无线电广播之父——美国人巴纳特·史特波斐德。他于1886年便开始研究，1902年，他进行了第一次试验性无线电广播并取得了成功。

1884年，“电视之父”——德国工程师保罗·尼普科夫发明了圆盘机械电视，但真正具有实用意义的电视发明者是贝尔德（1888—1946）。贝尔德的一个朋友告诉他：“既然马可尼能够远距离发射和接收无线电波传送声音，那么发射图像也应该是可能的。”这使他受到很大启发。贝尔德决心要完成“用电符号传送图像”的任务。

贝尔德非常仔细地观察到印刷品的图像是由一些非常细小的疏密不同的小点点组成的，如果他一行一行的“读”这些点点和空白，有点的定为“1”，空白处定为“0”，一幅图画就变成非常长的“0”、“1”码的数据串，与电报的莫尔斯码不就是一样了吗？将这样的数据串按“行”恢复就能还原该印刷品的图像了。他高兴极了，大声叫到：“图像可以像电报一样传送到远方了。”

贝尔德受到启发，就开始自己大胆地设想，将创意努力地去实践，并始终坚持。

贝尔德在1928年用短波从伦敦向纽约传送了一幅人像，用一个“小木箱内的物件”实现了人类历史上第一次使图像越过大西洋的梦想。传送静止图像被称为传真技术。随后他又继续钻研电影是如何工作的，并在传真技术的基础上最终实现了活动图像的传送。当时谁也没想到他的发明会在人类社会产生如此深远的变革！

（六）天才设想，伟大预言

最早提出设想利用人造卫星作为微波中继站建立地面远距离通信线路的是英国人阿瑟·克拉克（Arthur C.Clarke）。每当人们说到卫星通信时，都不能不提及阿瑟·克拉克。正是由于他60多年前提出的天才设想，伟大预言，人类才进入了今天这样一个卫星通信的时代。

克拉克没有上过大学，他是英国皇家空军雷达部队的一名普通军官。克拉克的成功主要靠他对科学的酷爱和知识的丰资积累以及他的勤奋好学，善于思考，特别爱进行科学幻想。他的科幻作品受到世界各国青少年欢迎。

图1-8　阿瑟·克拉克

英国《无线电世界》杂志上曾发表了一篇具有历史意义的卫星通信科学设想论文，题为“地球外的中继”（Extra-terrestrial relays），副标题是“卫星能给出全球范围的无线电覆盖吗？”（Can rocket stations give world-wide radio coverage？），详细论证了卫星通信的可行性，论文作者署名阿瑟·克拉克。

在论文中，克拉克首先从当时的通信情况出发，分析了实现全球范围的全天候通信和电视广播的必要性。克拉克根据当时科技发展的状况，尤其是太空技术和无线电技术的进展，提出了实现卫星通信的可行性。克拉克称“如果在地球赤道平面离地面35860千米的高空，以120°的间隔放置三颗卫星，就可以让卫星通信覆盖全球绝大部分的表面积，这样就可以利用微波建立全球性的卫星通信网”。那时是1945年，二战刚结束，人类还没有发射人造卫星，如此大胆的设想和全面科学的分析不得不让人们佩服。

克拉克的设想为卫星通信奠定了理论基础，是世界通信史上的一个伟大创举，后来人们把他誉为“卫星通信之父”。

（七）揭开光纤通信序幕的人——高锟

光纤通信是20世纪的重大发明之一，自电报电话发明后百余年的时间内，人类通信需求成爆炸型增长。20世纪40年代使用同轴电缆，以后又不断改进，通话带宽可达60兆赫，最高通信容量每条线路可通1万模拟话路，但仍不能满足后来兴起的对因特网的需求，并且铜制的同轴电缆传输信号损耗大，每隔2千米就需要再生中继，要再增加容量和降低建设成本已很困难了。因此人们将目光转到光通信。

贝尔发明电话后，余兴未尽又从事光通信的研究。贝尔发明的光电话是想让光“背着”声音“跑”，贝尔的光电话与电话的基本思想很相符。光电话将发送方的声音转化为随时间强弱变化的光信号，传输之后，先由接受方将它还原为电信号，再将电信号还原为声音。光电信号的变换模式是声－光－电－声。直接由光信号得到声音信号有一定难度。贝尔的光电话，实用价值并不大，有效距离一般只有数百米。

图1-9　高锟

20世纪60年代激光和光纤的出现给人们点燃了一束灿烂的光纤通信之光。1966年英籍华人高锟提出玻璃丝可传光，可望用于光通信的新概念。1970年美国康宁公司第一根多模光纤问世，用做光通信，容量惊人地增大，但仍因对信号损耗大而不能进入实际应用。高锟经过深入研究指出损耗大是由初期制造的光纤不纯，含金属铜、锑杂质太多以及工艺水平不够高等原因造成的。按此理论改进后的光纤性能提高了两百多倍。有了这一“质”的飞跃，光纤通信在世界范围内得到迅速发展，人类从此由电子通信时代走向光通信时代。现在一条光纤的通信容量已接近4千万话路，可传输300千米才进行中继转发，价格低廉，贵重有色金属消耗少。

光纤通信从根本上给人类带来极其深远的影响。可以毫不夸张地说光纤通信将是人类信息社会的重要基石。

回顾通信发展史，主要的发展都在近几十年，而且发展的速度越来越快。