从摩斯码到5G，通信网络182年波澜壮阔的发展史
文章来源：鲜枣课堂（ID:xzclasscom)
萌芽期：现代通信的诞生
你是否想过，人类如何从无声世界跃入即时互联？想象一下，公元前600年，古希腊哲学家泰勒斯无意中用琥珀棒摩擦小猫，静电悄然显现——这一瞬间，竟为千年后的通信革命埋下伏笔。
当时，无人知晓这神秘力量就是“电”。泰勒斯将其与磁铁类比，命名为“电”。更早的古埃及记录中，“发电鱼”已被视作“尼罗河的雷使者”。
谁曾预料，这微弱火花终将重塑人类命运？
1600年，英国御医威廉·吉尔伯特用拉丁语定义“电”，并在《论磁》中坚称电与磁无关。这一观念持续多年，直至本杰明·富兰克林的风筝实验惊天动地。
风筝实验——富兰克林将系着钥匙的风筝用金属线放到云层中，闪电击中钥匙，顺着金属线被富兰克林的手感知到。
1820年，丹麦人汉斯·奥斯特发现电流磁效应，重联电与磁。次年，迈克尔·法拉第发明电动机；1831年，他揭示电磁感应定律，造出首台持续电流发电机。
法拉第
伟大时代催生伟大发明。1837年，美国人摩斯创造摩斯电码与有线电报。
摩斯和他的电报机
有线电报划时代崛起——人类首次以“无形”方式传递信息，彻底颠覆信件、旗语、烽火等传统手段。
1865年，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出麦克斯韦方程组，预言电磁波。1876年，亚历山大·贝尔抢注电话专利，虽争议不休，却推动声音远距离传播。
1888年，海因里希·赫兹实验证实电磁波存在，经典电磁理论大厦落成。1896年，伽利尔摩·马可尼实现人类首次无线电通信，距离30米（次年达2英里）。
无线电之父——伽利尔摩·马可尼
此刻起，无线通信时代大门轰然洞开。
蛰伏期：等待，耐心的等待
此后数十年，有线与无线通信并行发展，各有轨迹。
先看有线通信。电话发明后，声音借电线传播——声信号转电信号，经线路接续。核心挑战在于布设与接续电线。
早期采用人工交换机接续。
话务员和人工交换机
用户激增，电话网络膨胀。线路从几百条飙升至数千、数万条。
19世纪末的电话线杆，上面有几千条电话线
人工交换机难堪重负：工作量大、差错率高。1891年，殡仪馆老板史端乔因话务员转接失误，痛失生意，愤而发明步进制电话交换机。
A.B.史端乔，Almon Brown Strowger
他在车库造出首台自动交换机，后称“史端乔交换机”。
为了纪念他，这种交换机也被称为“史端乔交换机”
机械式交换机虽替代人工，却存缺点：滑动接点可靠性差、易损、慢速、复杂笨重。
1919年，瑞典工程师发明“纵横接线器”，改滑动为点触，延长寿命。1926年，首台大型纵横制自动电话交换机在瑞典投用；1938年，美国跟进，法日等国相继普及。
纵横制接线器
纵横制时代来临。至50年代，系统臻于成熟。
纵横制交换机
“纵横制”与“步进制”同属“机电制自动电话交换机”，依赖电磁机械动作。但机械效率低、容量小、故障多，难抵通信需求暴涨。全新交换方式呼之欲出。
1947年12月，贝尔实验室发明晶体管，掀起微电子革命，为集成电路铺路。
世界上第一个晶体管
半导体技术飞跃，催生电话交换机引入电子技术。先是“半电子交换机”，后随微电子与数字电路成熟，诞生“全电子交换机”。
1965年，美国贝尔推出首台商用存储程式控制交换机（即“程控交换机”），型号No.1 ESS。
No.1 ESS程控交换机
1970年，法国开通首个程控数字交换系统E10，标志数字交换新时期开启。
程控交换机本质是计算机控制的交换机。
NEC程控交换机
它以预编程序控制接续，优势突出：速度快、功能多、效率高、音质清、可靠大容量。
暂回80年代前，再看无线通信步伐。
马可尼后，无线通信长期处于单向（单工）状态。
单工通信，只能单向通信
发信方广播信息，收信方接收，一对多模式。任何人均可截获电波，唯持密码本者可解密。明文电波则内容公开。
广播即典型“一对多”单工，一度取代报纸，成富人获新闻快径。
世界上第一个广播电台
战争催化高新技术，通信亦然。二战时，摩托罗拉推出SCR-300军用步话机，实现12.9公里远距无线通信。
SCR-300采用FM调频技术，抗干扰稳信号，但重16公斤，需专兵背负或车载机载。
1946年，贝尔实验室造出首部“移动通讯电话”，体积庞大，暂搁实验室。
此后通信技术受电子元器件瓶颈所限，无线通信进展缓慢。直至半导体成熟，无线设备方获突破基础。
1958年，苏联工程师列昂尼德.库普里扬诺维奇发明ЛК-1型移动电话，需车载使用。
列昂尼德.库普里扬诺维奇正在测试ЛК-1型便携移动电话（来源：苏联《За рулем》杂志，1957年第12期）
60年代，摩托罗拉与AT&T重燃移动电话研发热情。70年代，无线通信大爆发。
1973年4月，纽约街头，马丁库帕手持砖块大设备通话，激动舞动，路人侧目。
马丁库帕和他的手机发明
这第一部真正手机，打给贝尔实验室对手，标志单人携带、移动通话时代降临。
手机发明敲开全民通信大门，无线通信开始反超有线。
爆发期：从1G到4G，日新月异的移动通信
移动通信开端即1G时代，摩托罗拉主宰，象征为砖块大哥大。
1980年后，大哥大渐入生活，远距通话成常态。
1G用模拟技术，保密差、容量低、音质不稳。
80年代末，大规模集成电路、微处理器与数字信号技术成熟，模拟向数字转型启动。
很快，2G时代来临。数字移动通信闪亮登场。
为摆脱美国垄断，欧洲1982年成立“移动专家组”，法文缩写GroupeSpécialMobile，后改为“全球移动通信系统”（GSM）。
1G核心技术为FDMA（频分多址），用户分频通信。2G GSM核心是TDMA（时分多址），信道八人分时，轮流使用。
高通另辟CDMA（码分多址），容量更大、抗干扰更强、安全性更高。但GSM已占全球主流，CDMA因专利费高昂，市场难敌。
位于高通公司总部的“专利墙”
2G崛起前，互联网爆发重塑格局。80年代计算机技术成熟，网络理论完善，互联网爆炸增长。
此前通信主传话音，现需处理计算机数据报文——图像、音频、视频载体。
数据报文传输称“分组交换业务”，电话属“电路交换业务”。
分组业务激增，冲击信道容量。70年代有线通信至程控交换，仍以语音为主，TDM电路承载，难满足分组需求。
以太网与网线引入，成IP分组报文理想介质。
左为E1线（铜芯电缆的一种），右为网线（双绞线）
传输介质变，设备随之革新：80-90年代，传输设备从PDH/SDH演进至MSTP和PTN；交换设备从程控交换升级为NGN（下一代网络）和软交换。
简言之，此阶段通信技术从模拟到数字、电路到IP、语音到多媒体，核心是扩容降本，让通信产品普及大众。
价格坚冰渐破，固话与拨号上网走入寻常家庭。
回归移动通信。2G时代，手机用户增，需求从通话扩展至上网。
为支持分组数据业务，演进出2.5G——GPRS（通用分组无线业务）。但速率仅115Kbps，难以满足。
于是，3G技术登场。三大标准：欧洲WCDMA、美国CDMA2000、中国TD-SCDMA，皆与CDMA紧密相关，让高通获利丰厚。
3G速率跃升，达14.4Mbps（WCDMA理论下行），支持基本多媒体业务。恰逢苹果乔布斯推出iPhone，智能手机彻底改变生活。
乔布斯和iPhone
随后，4G LTE登场，故事众人熟知。
从用户视角：1G启移动通话，2G普及通话，2.5G启移动上网，3G提速上网，4G极速上网，满足互联网全需求。
从网络视角：1G到4G，模拟转数字，频分、时分、码分融合，低频到高频，低速到高速。容量、安全、稳定全面提升，成本降，通信成全民福祉。
有线通信同理。另有一项发明巨幅扩容：光纤。
1966年，华裔科学家高锟首创光导纤维通信应用，开启光通信纪元。
高锟（1933.11.4－2018.09.23）
光纤以超高容量、超低成本，成通信系统核心，重塑生活。无光纤，则无高速网络与移动互联网时代。
展望未来：通信路在何方
人类步伐永不停歇，通信技术亦然。如今，我们正处时代转折点。
表面是4G向5G跃迁，实为人联网向物联网转折。目标指向万物互联的星辰大海。
未来会如想象精彩吗？物联网将启第二黄金时代？答案未知，唯埋头努力，耐心等待。
但对眼前通信网络，努力方向明确：无线主攻空中接口带宽，借5G Massive MIMO天线阵列、波束赋形、强编码榨干电磁波潜力；有线通信，光纤已近Pb/s级带宽，交换设备无技术瓶颈，重点在降本、提灵活性、扩安全性，寻性能、需求与成本平衡。
AI人工智能与云计算大数据成熟，或助力通信系统升级，实现上述目标。
总而言之，电磁学为通信理论根基逾130年，香农公式问世70余载。在无数先驱接力下，技术已近极限。相信不久，伟大科学家将冲破穹顶，带来新世界曙光。这段历程是否让你震撼？分享你的见解，点赞关注，一起探索通信的无限可能！
参考文献：
1、《大话移动通信》-张海君等
2、《通信之道，从微积分到5G》-杨学志
3、从1G到5G，回顾波澜壮阔的移动网络进化史-网优雇佣军
4、马丁库帕词条-百度百科
图片来自网络（已标注除外）。
本文原182年！我们的通信网络，到底经历了什么？
来源：鲜枣课堂（ID:xzclasscom）编辑：重光
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