聊聊通信的过去、现在和未来

简介:这几年,我一直在书写通信发展史。 在写着写着的过程中,我逐渐对通信技术的演变规律有了一点了解,也感受到了通信行业的酸甜苦辣。 今天只是和大家聊了几句,有抛砖引玉的权利。

自人类诞生以来,沟通就是一种刚需。

没有沟通,人们就是信息孤岛,无法沟通协作,无法表达情感,无法形成任何形式的组织。

因此,我们常说沟通是人类社会的粘合剂,是人类进步的基石。

在人类通信技术发展的漫长历史中,1837年是一个重要的时间节点。

该节点将通信发展史分为古代史和近代史两部分。 也就是说,从这一年开始,人类的交流进入了现代时代。

今年发生了什么? 没错,美国人塞缪尔·莫尔斯正式发明了电报技术。

塞缪尔·莫尔斯

电报是人类“电学”研究的产物,也可以看作是第二次工业革命(电气革命)的早期成果。

用“电”进行通讯是第一个划时代的壮举。 在此之前,人们摆弄了几千年,发明了无数的通信手段(烽火、信标、鸽子、驿站),但都无法解决通信信息量、通信时延、通信距离的矛盾。 。

1830年代,人类社会发展到了关键时期。 通讯技术的落后限制了生产力,影响了人类组织的进一步扩张,甚至影响了世界经济和国家和平。

“电信”的出现,不仅是理所当然,更是雪中送炭。 “电”的传输速度极快,是一种理想的通讯手段。

事实上,小枣先生个人认为摩尔斯电码的发明比“电报”更有意义。 因为它实现了文本的高级编码。

文字是人类最伟大的发明。 我们其实可以把它理解为早期的信息编码。 一切信息都可以通过文字记录和传播,形成人类的历史和文化。

然而文字太复杂了,别说我们复杂的汉字,就算是26个字母组成的英文字母系统,也很难实现简化传输。

有效沟通的秘诀是什么? 就是把信息转换成更简单的代码,然后找到最简单、最有效的表达信息符号的方式来承载这些代码。

当时(19世纪初)的历史经验表明,“是”与“否”、“对”与“错”、“阴”与“阳”的二元符号表示最容易通过技术。 例如,灯亮和灭、有旗帜和没有旗帜、有yan和没有yan。

摩尔斯电码将文本变成“点”和“横”,实现了极简的“准二进制”编码。 然后根据电流的“开”和“关”,进行编码表达。 这就实现了文本(信息)的超远距离、超高速传输。 唯一的瓶颈是电流脉冲的生成速度——无论电报员多么熟练,输入一个单词都需要几秒钟的时间。

在人类解决脉冲频率问题之前,有一个“绝招”方法,那就是——干脆不编码解码,直接通过声源(麦克风)中的薄膜和磁铁采集声波信息,然后转换成电流(模拟声音波形),传输到接收器(听筒),带动振膜和磁铁振动,再现声波。

是的,这就是亚历山大·贝尔于1876年发明的电话。

亚历山大·贝尔

从功能上来看,电话已经是人类沟通的最终实现。 两个人,在不同的地方,可以通过电话直接通话。 这难道不是沟通的最高境界吗?

当时的人们一定也是这么想的。 在他们看来,电话只有一个缺点,那就是需要一根电线。 这意味着需要进行建设,这会产生巨大的成本。

有线电话出现后,带来了一个新的概念——网络,或者说交换网络。 要连接如此多的节点,需要形成网络拓扑,并需要引入交换处理。

交换的处理方式首先是手动交换。 后来又出现了阶梯式交换、纵横式交换,形成了一套电话交换的发展路线。 这是一些东西。

然而,电话通信的强大功能取决于硬件构造。 由于当时的经济条件,普及速度慢,很容易造成沟通鸿沟(有钱人享有沟通权)。

在漫长的19世纪里,还有另一条隐线正在悄然发展。 那就是研究无线电磁波。

真正的无线电磁波大师是伟大的麦克斯韦。

麦克斯韦

麦克斯韦被称为麦神,他是当之无愧的。 当时,没有人相信无线电磁波的存在。 只有麦神坚定不移,完成了理论的基础。

后来德国赫兹通过实验验证了无线电磁波的存在,彻底打开了新世界的大门。

无线电磁波不再依赖于有线介质,可以实现远距离即时通信。 在当时,这也是一项壮举。

1901年,意大利人马可尼发明了第一条跨大西洋无线电报通讯,震惊了世界。

无线电通信诞生后,以当时的技术手段,人类没有办法控制高频电磁波。 因此,以脉冲表达信号的电报通信方式仍然是主要方式。 后来,无线电技术不断改进,随着无线电广播(1920年)的出现,收音机开始传输声音。

除了控制高频电磁波之外,当时的无线电通信还存在几个困难:

1、获得更大的发射功率; 2、获得更灵敏的接收能力; 3、无线电频谱协调管理; 4、无线通信设备的成本控制和体积缩小。

除第三条外,其余几条均受电子技术的影响。

无独有偶,1910-1950年间发生的两次世界大战极大地促进了科技的发展,包括电子工业的发展。

随着电子管(1904年)和晶体管(1947年,贝尔实验室)的发明,电子技术进入了一个全新的时代。 这消除了硬件方面通信发展的障碍。

摩托罗拉的对讲机是那个时期通信技术的典型产品。 通信终端已经变得小型化并且可以由一个人携带。

与此同时,贝尔实验室的克劳德·香农及时发表了一篇关于信息论的论文(1948年)。

香农

他首次从理论角度构建了通信的基本模型,提出了信息熵、量化信息、定义比特。 他还介绍了香农公式,明确指出了决定沟通能力的所有要素。

他的贡献太重要了,奠定了信息通信技术的理论基础。 (所以,他不愧为现代通信技术的鼻祖。)

20 世纪 40 年代正值第三次工业革命的开端。 这次工业革命以原子能技术、航空航天技术、电子计算机技术为代表。

从本质上讲,这一时期通信技术的飞跃是信息技术爆发的体现。

我们将时钟拨快 100 年,回到 1840 年代。 1846 年,即摩尔斯电码和电报发明九年后,科学家将打孔纸带技术与电报技术结合起来。 文字信息是通过孔洞一一记录下来的。

后来,1890年,德裔美国人赫尔曼·霍勒里(IBM公司前身的创始人)进一步完善了这项技术,发明了冲床制表机。

不要小看这种打孔纸。 这其实是一种早期的存储技术。 在文本编码的基础上,实现更高效的文本和数字存储,即早期信息化。

进入21世纪,磁介质存储的发明,将数据存储带入了现代存储时代。

这一点非常重要。 你想,如果没有数据存储,数据计算从何而来? 没有数据计算,数据通信从何而来?

真正催生信息技术萌芽的是战争。

当时,打孔制表机仅用于计算人口数据和财务报表。 这些计算其实并不复杂。

人类之所以想到建造计算机有两个主要驱动力。 一是破解战争中对手的密码(参考图灵先生的事迹),二是计算火箭弹道。 (也就是说,《奥本海默》即将上映,原子弹的诞生当然也是计算机的功劳。)

超复杂的计算需求促进了计算机的诞生。 数据已经数字化,计算已经数字化,通信当然也必须数字化。

进入1950年之后,整个通信技术被分成了几条跑道。

一是电话交换网仍以阶梯式、纵横式路线缓慢运行。

第二,无线通信,随着晶体管的出现和电子技术的进步,开始逐渐走向更高的性能和更小的尺寸,越来越多的车载移动通信开始出现,即0G(Pre-1G) )。 1946年,摩托罗拉和AT&T合作推出了第一个面向公众的移动通信系统(MTS)。

三是信息技术(计算机)所需的数据通信开始萌芽。

推动数据通信飞跃的依然是战争。

1958年2月,为了在冷战时期获得科技竞争优势,美国国防部成立了一个神秘的科研部门——APRA(高级研究计划局)。

后来,为了保证自己在苏联第一轮核打击下有一定的生存和反击能力,美国国防部决定研究分散式指挥系统。 它由无数节点组成,当某些节点被破坏时,其他节点仍然可以相互通信。

因此,ARPA联合美国几所大学想出了()。

前四个节点的位置

这个名字大家应该都很熟悉。 是的,它就是(互联网)的前身。

在20世纪60年代和1970年代,它不断发展壮大,从而孵化了TCP/IP协议并构建了早期的互联网架构。

20世纪70年代,晶体管开创的集成电路时代进入第一轮爆发式增长,半导体的黄金时代正式到来。 存储技术的升级和芯片能力的飞跃,催生​​了信息技术的大爆炸。 不仅大型机遍地开花,个人电脑也随之诞生。

所有这些节点都需要通过网络连接起来。 除了相关技术线外,施乐帕洛阿尔托研究中心(Palo Alto)发明了以太网,为数据通信的发展奠定了重要基础。

在固定电话网络上,受电子技术(50年代-60年代)的影响,网络交换从机械式变为电子式,再从半电子式变为全电子式。 受计算机技术的影响(20世纪70年代),开始进入程控交换(-),交换容量大幅增加,成为10000门甚至更高。

在无线通信方面,集成电路的快速发展和控制高频无线电磁波的能力的成熟,终于使无线电通信设备充分小型化,催生了移动电话的诞生(1973年,摩托罗拉)。

在20世纪60年代和1970年代,不要忘记出现了一个重要角色,那就是光纤通信。

1966年,中国科学家高锟发表论文预言光纤通信的出现。 1970年,康宁公司拉出了世界上第一根具有实用衰减值(17dB/km)的光纤。

高坤

光纤的出现简直就是一个奇迹。

谁会想到玻璃会成为人类最强大的传输介质? 不仅可以实现超高的传输速率和带宽,而且还非常便宜! 如果没有光纤,想象一下我们需要多少贵金属才能实现如此规模的网络连接? 会造成多少环境污染? 当费用均摊给用户时,如何享受普惠的网络服务?

光纤通信表面上是有线通信,但实际上是无线电磁波通信。 它将空间中“到处乱跑”的无线电磁波限制在细玻璃纤维中,避免了无线通信的复杂通道和干扰,实现了超高速度、超强稳定性和超低延迟。 它是现代人类通信网络真正的“基石”。

20世纪80年代,互联网的雏形已经形成,剩下的就是网络规模的不断扩大。

固定电话网络已基本达到其使用寿命。 手机移动通信网络的发展彻底改变了固定电话网络的生活。 从1G到2G,手机的移动通信实现了从模拟到数字的转变,通信能力(频谱利用率、抗干扰、保密性、稳定性等)有了质的飞跃。

手机通讯的普及,实现了无处不在的语音通话。 但这不是重点。 因为,在20世纪90年代,数据通信和互联网通信才是真正的主流。

20世纪90年代,光纤通信日趋成熟,开始充当网络骨干传输的主力。 受成本限制,在用户侧,主要的互联网连接介质仍然是电话线和网线(ADSL)。 欧美发达国家已率先进入网络时代。

值得一提的是,在20世纪80年代和90年代,民用卫星通信作为一个细分领域,也开始了自己的发展道路。 第一个吃螃蟹的就是著名的摩托罗拉铱星项目。

互联网的爆炸式增长对移动通信产生了重要影响。 3G的一个重要特点就是对数据业务的支持。 网络侧,进行了一系列网元改造,从电路交换到分组交换。

移动电话通信已经开始IP化,服务于多媒体数据业务。 这种转变也让互联网进入了移动互联网时代。

移动互联网从根本上改变了人类的衣食住行。 它创造了无数新的商业模式,构建了一个在线数字世界。 图片、音视频服务、O2O服务持续产生流量。 流量,刺激网络进一步扩展。

为了应对海量的业务需求,计算技术开始从集中式转向分布式,从而催生了云计算技术。 海量数据进一步催生了大数据技术。 计算能力的增长为人工智能的发展奠定了基础。

通信技术始终是为信息技术服务的。 过去如此,现在如此,将来亦如此。 信息技术将自身的服务具体化,统一表现为计算能力。 对于通信来说,则转化为连接力,为算力的输送服务,实现算力的泛在服务。

21世纪,通信最大的变化不是技术原理的颠覆(我们甚至看不到一丝希望),而是服务对象的变化。 通信不再像20世纪那样为人类服务,而是为整个物理世界和“智能万物互联”服务。

连接所有物体,把它们变成数字世界的地图,把它们变成神经末梢,把它们变成控制节点,让数据自由流动,让AI人工智能获取所有数据,管理一切,或者一个理想状态。 那么,这背后是否隐藏着巨大的危机?

通信技术发展到现在已经进入了一个转折点。 过去,用户需求推动技术进步。 现在,是超前发展、孵化用户需求的技术。

回顾通信的发展,每一次的快速发展都与信息技术的升级和创新密切相关。 要么是编码和存储技术的革命,要么是无处不在的计算需求(计算机),要么是在线数字世界的构建。

展望未来,什么时候会使用基于半导体的0和1? 无线电磁波的红利还能持续多久? 基于生物和量子技术的计算或存储真的会爆炸吗?

我真的很想知道答案!

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