通信發展簡史

1、近距離通信

肢體語言

人與人近距離通信,通過眼、耳、鼻、舌、身接收和處理信息,面對面交流,這一個技能從原始社會傳承至今。

 

2、古代遠距離通信技術

烽火臺

有文字可考的郵驛史,可以追溯到公元前14世紀,那是殷商時代。根據出土的甲骨文記載,殷商時代,邊境派將士防守,並且設置大鼓,一旦出現敵情,守將就命令守兵擊鼓傳信,鼓聲頻傳,一站接一站,把敵人入侵的緊急軍情向天子報告。甲骨文上的這些記述,證明我國早在距今3400年前,就已經出現了有組織的通信活動。在東周時期,我國就有了“烽火告警”的創舉。烽火臺呈方形,用磚砌成,大約高出地面七米左右。平時,烽火臺上堆滿了柴草和乾草糞。如果外敵入侵,就把當地烽火點燃起來,火光沖天,黑煙滾滾,目標十分明顯,遠遠就可以看到。這樣鄰近的烽火臺看到以後,相繼點燃烽火。軍隊看到烽火信息後,就立即出兵迎敵。這就是最古老的光通信方式。

信件(驛站)

古代最常用的通信方式是信件,“郵”爲步遞,“驛”爲馬遞,通過“郵驛”傳遞信件。中國從秦代直至清代,都設有全國範圍的驛站,滿足官方信息和軍事情報傳遞需要,“驛傳”成爲有組織的通信方式。清代末期驛站逐漸演變爲郵局,接收民間信件傳遞業務,成爲“官辦民享”的國家郵政系統。而現在的郵政已經發展爲各種實物和信息傳遞的龐大系統。

 

3、現代遠距離通信技術

現代遠距離通信技術都是以電磁理論作爲基礎的,無論是有線通信技術,還是無線通信技術,比如:智能手機、計算機、衛星等,都深深帶有電磁的痕跡。

電磁的發現

1600年,英國人吉爾伯特總結了多年來關於磁的實驗結果,出了一本取名爲《論磁學》的書。 書中指出地球本身就是一塊大磁石,並且闡述了羅盤的磁傾角問題,並闡述了摩擦起電的現象。

1746年,萊頓大學教授繆森布魯克發明了一種存貯靜電的瓶子, 這就是後來很有名的“萊頓瓶”。繆森布魯克本來想象往瓶子裏裝水那樣把電裝進瓶子裏, 他首先在瓶子裏灌上水,然後用一根金屬絲把摩擦玻璃棒連到水裏。就在他的手接觸到瓶子和棒的一瞬間,他被重重地“電擊”了一下。

1752年,富蘭克林聯想到萊頓瓶儲存電的事情,在一個風箏實驗中,將繫上鑰匙的風箏用金屬線放到雲層中,被雨淋溼的金屬線將空中的閃電引到手指與鑰匙之間,證明了空中的閃電與地面上的電是同一回事。富蘭克林做了多次實驗,並首次提出了電流的概念。

1767年蒲力斯特里(J.B.Priestley)與1785年庫侖(C.A.Coulomb 1736-1806)發現了靜態電荷間的作用力與距離成反平方的定律,奠定了靜電的基本定律。

1800年,伏特發明第一塊電池。

1820年,丹麥物理學家奧斯特在一篇論文中公佈了他的一個發現:在與伏打電池連接了的線旁邊放一個磁針,磁針馬上就發生偏轉,發現了電生磁,這是人類第一次發現電與磁之間有聯繫。

1822年,安培受奧斯特的啓發,發現了電流之間相互作用的規律——安培定律。同時,確定了判斷電流磁場方向的安培定則和判斷磁場對電流作用力方向的左手定則。

1831年,法拉第(M. Faraday)利用磁場效應的變化,展示電流的產生,發現電磁感應現象。1851年他又提出物理電力線的概念,這是首次強調從電荷轉移到電場的概念。

1839年          摩爾斯發明有線電報

1833年,在一艘由歐洲啓航到紐約的遊船上,一位乘客向大家介紹電磁鐵新奇的功能:導線中有電流通過時,鐵塊就產生磁性,把大頭釘、螺絲針、小鐵片,統統吸住了。電源一旦中斷,磁性吸力隨即消失。這一情景觸動了畫家莫爾斯的靈感,使他對電磁學產生了濃厚的興趣。當時他已40歲,莫爾斯決定改行去鑽研電磁學。

他經過半年苦學,初步掌握了電磁原理。從前的畫室,堆滿了各種電工器材和工具,到處是導線、線圈和磁鐵,他不得不節衣縮食,省下錢來購買實驗用品。他試驗一次接着一次,失敗也一次接着一次。經過三年的摸索,耗盡了他的全部積蓄,電報機還是沒有造出來。

1836年,莫爾斯窮困潦倒,不得不重操舊業,去一所大學擔任工藝美術教授,來維持生計。失敗,並沒有使他失去信心。恰恰更加堅定了他的信念。他認真反省自己的設計思想,仔細地檢查每個實驗電路,終於誕生了新的想法。他在《科學手記》中這樣寫道:

“如何利用神速電流?只要能讓它不停地跑十英里,我就能讓它跑遍全世界。突然切斷電流,就能夠產生電火花。電火花就是一種符號;沒有電火花則是另一種符號;沒有火花的時間長又是一種符號。這樣,就有三種符號可以組合起來,代表數字或字母。它們的適當組合,就可以代表全部字母。這樣,文字就能夠由電線傳送出去。其結果,我們就一定能夠創造出可以在相隔遙遠的兩地迅速地互通信息、可以記錄的新機器!”

莫斯的新設想,就是利用使電流交替地通電和切斷所產生的不同信號,編制代表數字和字母的電碼。這就是著名的莫爾斯電碼,是電信史上最早使用編碼。在這個電碼中,點、劃和空白是三種基本符號,點就是我們聽起來“滴”的聲音,劃是我們聽起來“達”的聲音,空白是沒有聲音。又經過一年艱苦的努力,他終於研製成功一臺傳遞電碼的裝置,他把這臺機器正式命名爲電報機。

利用電報機作長距離的通信試驗,需要大筆的經費。這是莫爾斯微薄的收入所不能辦成的事情。他帶着發明到華盛頓,說服了國會投資架設一條連接華盛頓與巴爾的摩城的電報線路。在1844年5月24日,偉大的時刻到來了!莫爾斯在華盛頓的國會大廈聯邦最高法院的會議廳裏,百感交集,激動萬分,用顫抖的手,向40英里外的巴爾的摩城,發出了人類歷史上第一份長途電報。內容是:“上帝創造了何等的奇蹟!”電報通信的時代就這樣開始了。

 

1864年          麥克斯韋提出電磁輻射方程

1864年,麥克斯韋提出了總結電磁現象的兩組方程,預言了電磁波的存在,定義了電磁波,並指出電磁波的傳播速度與光相等。

1865年,蘇格蘭的馬克斯威爾(J. C. Maxwell)提出電磁場理論的數學式,這理論提供了位移電流的觀念,磁場的變化能產生電場,而電場的變化能產生磁場。馬克斯威爾預測了電磁波輻射的傳播存在,而在1887年德國赫茲(H.Hertz)展示出這樣的電磁波。結果馬克斯威爾將電學與磁學統合成一種理論,同時亦證明光是電磁波的一種。

 

1876年          貝爾發明有線電話

1875年6月,美國發明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾設計出在環形膜片的中心,安裝了電磁舌簧的送話器。人的聲音,能使膜片發生振動,從而帶動舌簧作相應的振動。振動的舌簧,通過電磁感應轉換爲各種電振盪。開始的電話機不很靈敏,試驗很難成功。

1876年5月10日,貝爾在做試驗,不小心把硫酸濺到腳上,他痛得大聲呼叫:“沃特森快來幫幫忙!”這呼叫聲,竟通過他的電話機傳送出去了!他的助手沃特森正在走廊盡頭的一個房間裏工作,突然聽到電磁電話裏響起了貝爾的聲音,驚喜地歡呼:“聽到了!聽到了!”但當時的電話體積大,而且發話人必須大聲呼喊。現在由貝爾設計製造的第一臺電磁電話機仍然保存在華盛頓歷史和技術博物館裏。

1877年,愛迪生髮明瞭磁精電話,比貝爾的話筒更加靈敏、有效。

1878年,沃特森在電話機上增加了磁性電鈴,用戶可以呼叫交換臺,而交換臺也可以呼叫每個用戶。

1879年,盧賽薇爾特發明了掛鉤開關器,當拿起話筒時,電話機自動接通,掛上時,話機又自動切斷。

1891年,美國人史瑞喬發明了自動電話選擇器,這是一種磁鐵式的步進滑動接觸裝置,根據撥號盤發來的一個個電流脈衝信號,自動地上升、旋轉、選擇接線位置,自動接通所需的電話線路。

1960年,首次次試驗的按鍵號盤,使用晶體管發出的音頻,在啓動交換器的功能方面,比機械撥號盤發出的連續脈衝要好。

 

1896年          馬可尼發明無線電報

1894年,意大利工程師馬可尼和俄國科學家波波夫在麥克斯韋的電磁波理論和赫茲電磁波實驗的基礎上,採用電磁波作爲傳播媒介,在意大利波倫雅(地名),夜以繼日地進行系列試驗。終於利用多路火花放電器等做成一臺發射機,並且把金屬屑檢波器改裝成接收機。這就是早期的無線電發射機。

1898年,馬可尼製作了大功率的發射機,提高了接收機的靈敏度,使無線電波通信跨越英吉利海峽,爲正在舉行的遊艇競賽傳遞了比賽的消息。1901年,他終於使大西洋彼岸收到了無線電信號,實現了歐洲和美洲的直接通信。

從1838年莫爾斯用一對電線實現電報的傳送,到1896年馬可尼和俄國的波波夫同時完成無線電通信試驗,經歷了近60年的時間。20世紀以來,有線和無線通信各自沿着自己的道路不斷地完善和發展。一方面是有線通信從明線、對稱電纜、同軸電纜、波導發展到了光纜;另一方面是無線通信從長波、中波、短波、超短波、分米波、微波、毫微波發展到激光。

 

1906年          發明真空管

1883年,爲了尋找電燈炮的最佳燈絲材料,愛迪生做了一個實驗。他在真空燈泡內的碳絲附近放置了一塊金屬銅薄片,希望它能阻止碳絲的蒸發。實驗結果使愛迪生大失所望。但在實驗過程中,愛迪生無意中發現了一個奇特的現象:當電流通過碳絲時,沒有連接在電路里的金屬薄片中也有電流通過。可惜的是,愛迪生並沒有重視這個現象,只是把它記錄在案,申報了一個未找到任何用途的專利。後來,人們將這一發現命名爲“愛迪生效應。

1901年,歐文·理查森提出定律,說明電子的激發態引起箔片漂浮,以此拿到1928年的諾貝爾物理獎。

1904年,弗萊明對愛迪生效應發生了興趣,發明了一個他稱之爲“熱離子閥”的裝置。它其實是一個特殊的燈泡,燈泡中放置了一塊金屬片,如果給金屬片加上高頻的交變電壓,交流電在通過這個裝置後就會變成直流電。這個能夠充當交流電整流和無線電檢波的裝置,就是世界上第一個電子管——真空二極管。這個真空二極管比馬可尼的金屬屑檢波器穩定,可以取代無線電通信的金屬屑檢波器。

1906年,德福雷斯特發現,雖然弗萊明的二極管比金屬屑檢波器前進了一步,但它只能用於整波和檢波,還不能放大電信號。在對二極管的研究基礎上,德福雷斯把二極管裝在無線電接收機上代替老式的金屬屑檢波器,果然效果很好。爲了使信號具有放大作用,他把一根導線彎成“Z”型,然後小心翼翼地把它安裝到燈絲與金屬屏極之間的位置,形成電子管的第三個極,“Z”型導線裝入真空管內之後,只要把一個微小的變化電壓加到它的身上,就能在金屬屏極上接收到一個與輸入信號變化規律完全相同,但強度大大增強的電流。爲了提高靈敏度,德福雷斯把導線改成像柵欄一樣的金屬網,於是,他的電子管就有了三個“極”——絲極(陰極)、屏極(陽極)和柵極,其中柵極承擔着控制放大電信號的任務,它是一個非常靈敏的控制閘,就像百葉窗一樣,具有快速開、關和放大的作用,能接收微弱信號,最終發明了真空三極管(電子三極管)。

真空三極管(triode)擁有用電子訊號控制“開關”的性能,極適合用於高速執行數字型的邏輯及算數運算,我們可以用真空三極管來控制電路的導通與斷開,繼而形成邏輯電路。真空三極管開創了電子學的新時代。電磁波與電子學的結合,推動了通信的進步,發展了無線電廣播、電視、雷達及自動控制等一系列技術。電信的發展,加速了信息的流通,信息開始大量生產、傳遞和運用。

1918年          調幅無線電廣播、超外差收音機問世

1925年          開始採用三路明線載波電話、多路通信

1936年          調頻無線電廣播開播

1937年          發明脈衝編碼調製

1938年          電視廣播開播

1940-1945年     二次大戰刺激了雷達和微波通信系統的發展

1946年           發明世界第一臺大型電子計算機“埃尼亞克”

1946年,美國莫爾電子工程學校和賓西法尼亞大學的電子計算機設計組,研製成世界第一臺大型電子計算機“埃尼亞克”(ENIAC)。這個“埃尼亞克”,擁有1800萬隻電子管,70,000萬個電阻,10,000個電容器和6000個開關,佔地170平方米,要六個大房間才能裝得下這個龐然大物,整整佔去了一層樓,重達30噸,耗電140千瓦,需要安裝散熱通風設備,消耗的能量足以開動一列火車。這臺計算機,造價高達幾百萬美萬!每秒鐘能做5000次加法或400次乘法,現在看來,這個速度當然是很低的。

同年,馮·諾依曼對“埃尼亞克”作了一系列改進,提出計算機整體結構的組成,按他的規劃分成五個部分,這就是:計算器、控制器、存貯器、輸入和輸出部分。在他的方案中,採用二進制來代替十進制,同時引進了“存貯程序”的概念,就像貯存數據一樣,把程序也貯存在存貯器中,這些都是電子計算機發展史上的創舉。這樣,數據和指令都可以採用二進制表示,而且又可以一起貯存。

20世紀50年代末,美國軍方爲了自己的計算機網絡在受到襲擊時,即使部分網絡被摧毀,其餘部分仍能保持通信聯繫,便由美國國防部的高級研究計劃局(ARPA)建設了一個軍用網,叫做“阿帕網”(ARPAnet)。

1969年,加利福尼亞大學洛杉磯分校、斯坦福大學研究學院、加利福尼亞大學和猶他州大學的四臺主要計算機利用ARPAnet網絡相連,後續大量的計算機加入到該網絡中。

1983年,美國國防部將APA網絡劃分爲軍事網絡和民用網絡,同時,局域網和廣域網的產生和逢勃開展對Internet的進一步開展起了重要的作用。其中最引人矚目的是美國國度科學基金會ASF(National Science Foundation)樹立的NSFnet。NSF在全美國樹立了按地域劃分的計算機廣域網並將這些地域網絡和超級計算機中心互聯起來。TCP/IP協議成爲ARPANET上的標準協議,使得所有使用TCP/IP協議的計算機都能利用互聯網進行通信。

1990年ARPANET宣佈關閉,NFSnet於1990年6月徹底取代了ARPAnet而成爲Internet的主幹網,並逐漸擴展到今天的互聯網,計算機網絡通信面向全球展開。

1948年          發明晶體管;香農提出了信息論,通信統計理論開始展開

1948年6月30日,美國貝爾實驗室宣佈,發明了一種固態放大器件——晶體三極管,晶體三級管比電子三極管體積更小,但是信號放大性能卻更卓著。今天,超大規模集成電路在電子計算機和信息科學方面,給人類社會帶來了奇蹟!而晶體管的發明,在電子學發展史上是一個重要的里程碑。和電子管比起來,晶體管的體積,只有電子管的千分之一,而壽命卻比電子管高100倍。

1950年          時分多路通信應用於電話

1956年          敷設了越洋電纜

1957年          發射第一顆人造衛星

1958年          發射第一顆通信衛星

1960年          發明激光

 1961年          發明集成電路

晶體管問世以後,人們就在捉摸如何把它們集成起來。1952年,英國皇家雷達研究院的達墨首先提出了製造集成電路的設想。1957年,美國得克薩斯儀器公司的基爾比與仙童公司的諾伊斯,做出了世界上第一塊集成電路,雖然這塊集成電路僅僅包含了四個晶體管和六個阻容元件。

集成電路把晶體管、二極管、電阻、電容和電感等等這些原來分立存在的電子元件,連同連接這些元件的導線,經過外延、氧化、光刻、擴散、蒸發等一系列工藝過程,全部製作在一塊小的硅片上,構成了一個完整的、不可分離的微型電路。

集成電路的發展非常迅速,幾乎每隔幾年,集成度就提高十倍!1967年出現了包含上千個晶體管的集成電路;1971年,美國的英特爾(Intel)公司首先製成了微處理機,它在一塊 0.297×0.404(cm2)的硅片上,集成了 2250個晶體管;到1977年,就出現了包含十五萬六千多個晶體管的集成電路;1984年IBM公司做出的超大規模集成電路,在一塊小小的芯片上,竟然可以集成200萬個晶體管。

集成電路的迅速發展,使人類征服自然的能力發生了根本性的變化。集成電路已經滲入到各個領域,從人類登月和探測火星的宇宙飛船上的傳感器與控制元件,到小如火柴盒一般的彩色電視機;從放在口袋裏的微型計算器,到代替人類大量腦力勞動的智能機器人,集成電路到處大顯身手,給人類的生產活動、生活方式,以至於精神文化生活,都帶來了深刻的變革,它已經成爲發展現代科學技術的極其重要的物質基礎。

1962年                 發射第一顆同步通信衛星;脈衝編碼調製進入實用階段

1960-1970年        彩色電視問世;阿波羅宇宙飛船登月;數字傳輸的理論和技術得到了迅速發展;出現了高速數字電子計算機

1970-1980年        大規模集成電路、商用衛星通信、程控數字交換機、光纖通信系統、微處理機等迅速發展

1980年以後          超大規模集成電路、長波長光纖通信系統廣泛應用;綜合業務數字網崛起;1G,2G,3G,4G,5G移動長波通信技術相繼問世.

      

根據各種通信技術在通信發展史上的地位、作用以及對人類社會的影響,我們對過去的100多年通信技術的發展歷史進行了概括性的總結,認爲有10項重大通信技術值得人們紀念。

(1)摩爾斯發明有線電報。有線電報開創了人類信息交流的新紀元。

(2)馬克尼發明無線電報。無線電報爲人類通信技術開闢了一個嶄新的領域。

(3)載波通信。載波通信的出現,改變了一條線路只能傳送一路電話的局面,使一個物理介質上傳送多路音頻電話信號成爲可能。

(4)電視。電視極大地改變了人們的生活,使傳輸和交流信息從單一的聲音發展到實時圖像。

(5)電子計算機。計算機被公認爲是20世紀最偉大的發明,它加快了各類科學技術的發展進程。

(6)集成電路。集成電路爲各種電子設備提供了高速、微小、功能強大的“心”,使人類的信息傳輸能力和信息處理能力達到了一個新的高度。

(7)光纖通信。光導纖維的發明,使人們尋求到一種真正能夠承擔起構築未來信息化基礎設施傳輸平臺重任的通信介質。

(8)衛星通信。衛星通信將人類帶入了太空通信時代。

(9)蜂窩移動通信。蜂窩移動通信爲人們提供了一種前所未有、方便快捷的通信手段。

(10)因特網。因特網的出現意味着信息時代的到來,使地球變成了一個沒有距離的小村落-“地球村”。

 

 

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