认识通信第0章

认识通信博士教授中国通信学会会士四川省通信学会理事成都理工大学陈金鹰内容简介2第0章通信对人类文明进程的影响0.1人类通信的早期启蒙0.2通信进步的第一个突破0.3通信进步的第二个突破0.4通信进步的第三个突破0.5通信进步的第四个突破3考古发现，440万年前就出现南方古猿，被确定为是人类历史的起源。人类的远祖大约在9万年前的某个时候开始“说话”，大约在3.5万年前的某一时期开始使用语言。语言的使用，促进了人类对知识的掌握和传播，但语言只能口口相传，面对面传授，只能在部落内、相近年代人之间传播，不同地域间的原始人类之间还不能交流和共享人类知识。0.1人类通信的早期启蒙4为了实现知识的长时间记忆，公元前3500年左右人类开始使用图像符号，进而演化出文字。文字的产生和运用的意义：使人类摆脱了声音符号传播受时间和空间的局限有了文字就能记录知识和经验，它比其他符号更使人容易明白，更容易解释，更容易保存。异地传播长时间保存解决知识5文字的出现使人类获取知识和信息更便捷、更容易，知识积累更多，人类通向文明的步伐加快，原来依靠竹简、羊皮、丝布记录文字的方法逐渐不能满足需要，公元105年蔡伦发明了被称之为四大发明之一的造纸术。可以廉价跨地域传输(空间)可以跨时间保存纸产生和运用的意义跨空间传输促进了不同国家、不同民族之间的交流，促进了世界范围内全人类的知识共享。知识6跨时间的知识传承，使人类可以学习、继承、发扬前人思想，使人类的知识积累大大增加，可以做到秀才不出门，全知天下事。人们学习、了解、研究自然现象和自然规律可以只在家中完成，不必事事都要亲身体验，加速了人类前进的步伐。但人类很快发现这种交流通常是非实时性，现实世界所发生的事情，经过记录、传递后到达其他人手中时，往往已过去了很长时间，传递所能达到的范围只能是人的足力所能达到的范围。7为了尽可能快的传递信息，公元前490年希腊信使裴地比第斯从马拉松跑到雅典城中央广场，跑了42．195公里，结果活活累死。8公元前772年周幽王点燃了烽火台，利用狼烟和火光调动邻近的诸侯；我国古代有3000多年利用邮驿传递信息的历史，唐朝最盛时全国有1639个驿站，传递信息最快要求日驰500里。利用声、光可传输实时信息，但信息量少。如军队作战时利用鸣鼓则进、鸣金则退来指挥近距离军队，利用放炮为号来指挥远距离军队，利用旗语调度军队进攻方向，夜间利用火光调度军队。9电的发明使人类结束千年封建古代，走向了近代文明。尽管远在2500多年前，古希腊人就发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西，他们把这种现象称作“电”，但这并未给人类文明带来实质影响。电0.2通信进步的第一个突破10公元1600年，英国医生吉尔伯特发现了“电力”，“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。111752年美国大电学家富兰克林著名的风筝实验，“捕捉天电”，证明天空的闪电和地面上的电是一回事。一年后富兰克林制造出了世界上第一个避雷针。电流现象的研究，对于人们深入研究电学和电磁现象有着重要的意义。121800年春季，伏打发明了著名的“伏打电池”。使人们第一次获得了可以人为控制的持续电流，为今后电流现象的研究提供了物质基础，并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具。13发电机给人类生活带来了巨大的变化，使人类可以自己产生电并控制电，有力的促进了现代社会的到来。以电为基础诞生了电报、电话、计算机、通信网络使我们进入了通信时代。1820年，丹麦哥本哈根大学的奥斯特，偶然发现一根带电的导线，能使贴近它的磁针发生偏转，而不再指向南极或者北极。1821年9月3日，法拉第让通电的导线在磁场中发生旋转。1831年10月17日，他将磁转换为了电。随后制造了世界上第一台电磁感应发电机。1873年，格拉姆将发电机变成了电动机。141790年，法国工程师劳德·查佩兄弟成功地研制出了一个实用的通信系统，能将报文发送到全法国。据说两兄弟之一是第一个使用“电报”这个词的人。电报早年收发电报模拟

1747年，在英国，廉.华士爵士发现有可能在金属导体上传播电流。0.3通信进步的第二个突破151835年，莫尔斯研制出电磁电报机的样机。1836年，莫尔斯提出著名的“莫尔斯电码”，是电信史上最早的编码，是电报发明史上的重大突破。1844年5月24日，是世界电信史上光辉的一页。在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，莫尔斯亲手操纵着电报机，随着一连串的“点”、“划”信号的发出，远在64公里外的巴尔的摩城收到由“嘀”、“嗒”声组成的世界上第一份电报：“上帝创造了何等的奇迹！”。莫尔斯电报的成功轰动了美国、英国和世界其他各国，他的电报很快风靡全球。电报机房

早年票据

电报收发161858年，欧洲许多国家联合给莫尔斯一笔40万法郎的奖金。在莫尔斯垂暮之年，纽约市在中央公园为他塑造了雕像，用巨大的荣誉，来补偿曾使这位科学家陷于饥饿境地的过错。电传打字机

17电报的发明，开始了用电作为信息载体的历史。通过对电报、无线电通信的深入研究，开始了人类通信历史上的一次巨大的飞跃。电报的发明的意义在于：解决了人类出现已来一直没有解决的实时远程传输问题时间空间电报跨越电报传输

181796年，英国人休斯提出了用话筒接力传送语音的办法，并将之命名为Telephone。电话是日本人生造的汉语词，用来意译英文的telephone，中国人译为‘德律风’。电话美国发明家A.G.贝尔贝尔、梅乌奇、格雷、爱迪生安东尼奥·梅乌奇托马斯·阿尔瓦·爱迪生领头人0.4通信进步的第三个突破191875年6月2日，沃森特在紧闭了门窗的房间把耳朵贴在音箱上听到贝尔疼痛叫声:“沃森特先生，快来帮我啊！”这句话通过他实验中的电话传到了在另一个房间工作的沃森特先生的耳朵里。这句极普通的话，也就成为人类第一句通过电话传送的话音而记入史册。2002年6月15日，美国议会通过议案，认定安东尼奥·梅乌奇为电话的发明者。贝尔

20与贝尔名字有关的另一个重要事实是：1925年1月1日，成立了一个叫做“贝尔电话实验室公司”在过去的一个世纪中，贝尔实验室为全世界带来的创新技术与产品包括：第一台传真机、按键电话、数字调制解调器、蜂窝电话、通信卫星、高速无线数据系统、太阳能电池、电荷耦合器件、数字信号处理器、激光器、光纤、光放大器、密集波分复用系统、首次长途电视传输、高清晰度电视、语音合成、存储程序控制和电子交换、数据库及分组技术、UNIX操作系统、C和C＋＋语言，而由贝尔实验室推出的网络管理与操作系统每天支持着世界范围内数十亿的电话呼叫与数据连接。21可以说，人类迈向信息文明社会的每一步都与贝尔实验室息息相关。贝尔实验室是公认的当今通信界最具创造性的研发机构，在全球拥有10000多名科学家和工程师。共获得两万五千多项专利，六次获诺贝尔物理学奖。现在平均每个工作日获得三项多专利。实现了实时语音远距离传输通信简单便捷电话发明的意义在于：22贝尔实验室贝尔实验室美国总部

发现宇宙微波背景辐射

用激光冷却和捕获钠原子

贝尔实验室大楼人类历史上第一个晶体管问世

电子的分数量子霍尔效应菲利普·安德森打开了研制电子开关和电脑存储设备的大门莱斯特·格莫尔验证电子波动性231891年3月10日，美国的史端乔发明步进制自动电话接线器。1892年11月3日，在美国印第安纳州的拉波特城投入使用，这便是世界上第一个自动电话局。从此，电话通信跨入了一个新时代。1919年，瑞典的帕尔姆格伦和贝塔兰德发明了“纵横制接线器”。1929年，瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大型纵横制电话局。1965年5月，美国贝尔系统的世界上第一部程控电话交换机问世。电话交换的诞生241887年，赫兹通过实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。1887年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为“赫兹（Hz）”。1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。移动通信的诞生25证明了麦克斯韦理论的正确导致了无线电的诞生开辟了电子技术的新纪元应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。标志着从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点，是整个移动通信的发源点。赫兹的发现具有划时代的意义261895年，俄国青年教师波波夫和意大利青年大学生马可尼分别发明了无线电报机。波波夫与马可尼的贡献在于实现了有线通信到无线通信的进步使越洋通信和移动通信成为可能271903年，无线电话试验成功。1947年，美国贝尔实验室提出了蜂窝通信的概念，将移动电话的服务区划分成若干个小区，每个小区设立一个基站，构成蜂窝移动通信系统。1978年，贝尔实验室的科学家们在芝加哥试验成功了世界上第一个蜂窝移动通信系统，并于1983年正式投入商用。蜂窝移动的意义在于解决了频率复用的问题这是移动通信发展史上的重大突破281982年，欧洲成立了GSM，为以后GSM移动电话系统开辟了新的天地。2001年，ITU-D第7专题组提出以SCDMA无线技术作为接入手段的固定电话业务--“大灵通”。1980年前后，无绳电话首次出现。1996年～1997年，小灵通问世。可实现任何时间、任何地点、任何人的通信可上网读报纸、查信息、下载文件和图片、看视频人类实现移动通信的意义获取、处理、存贮信息的速度提高291887年，美国发明家柏林纳发明滚筒式留声机，第二年发明盘式留声机和唱片。1902年，美国人巴纳特．史特波斐德成功进行了广播与矿石收音机试验。媒体的革命1925年，贝尔德，发明机械扫描式电视摄像机和接收机、机动式电视。被后来的英国人尊称为电视之父。贝尔德实际上是机械电视之父。1913年，法国人E.贝兰研制出第一台传真机。传真与广播电视301923年，美籍人兹沃利金发明静电积贮式摄像管，1931年研究成功电视显像管。应当是电子电视之父。1936年11月2日，世界上第一个定期播放电视节目的电视台——英国BBC电视台开播，它把人类带进入了一个电视时代。传真与广播电视出现的意义实现新闻的快速传播可提供休闲、娱乐、了解世界动态推动社会民主、文明传播进程311842年，多普勒率先提出利用多普勒效应的多普勒式雷达。1925年，伯烈特与杜武合作，第一次成功使用雷达，把从电离层反射回来的无线电短脉冲显示在阴极射线管上。1935年英国科学家在R．W．瓦特领导下研制成功第一部能用来探测飞机的雷达。1945年，美国雷神公司(Raytheon)工程师珀西·斯宾塞把微波应用到厨房烹饪上，于是微波炉诞生了。雷达32

1850年8月28日，第一条海缆由约翰和雅各布.布雷特兄弟俩在法国的公海里铺设。1880年，美国纽约敷设了第一条电话电缆。1960年，美国物理学家梅曼用强大的普通光照到人造宝石上，制造出了比太阳光强1000万倍的激光。1966年，英籍华人高锟发表“光通信”基础理论,提出以玻璃纤维进行远距激光通信的设想。1977年，世界上第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间的两个电话局之间开通。长途通信33

1970年代，美国研制出空间卫星导航定位系统GPS。1946年，美国用雷达接收月球表面回波。50年代，创造出了微波接力通信。1954年7月，美国海军利用月球表面对无线电波的反射进行了地球上两地电话的传输试验。1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造卫星“卫星1号”。1960年8月，美国发射世界第一个“无源通信卫星”。1965年4月6日，美国成功发射了世界第一颗实用静止轨道通信卫星。卫星通信34雷达与卫星通信出现的意义延伸了人类的感知导致了射电天文学的出现将人类的触觉延伸到整个宇宙351948年7月1日，贝尔实验室的科学家发明了晶体管。计算机与网络1969年，美国国防部高级研究计划署(ARPA)建成ARPA网，标志著计算机通信的发展进入了一个崭新的纪元。1946年，美国人埃克特和莫奇利发明了世界上第一台电子计算机ENIAC。1959年，美国人基尔比和诺伊斯发明了集成电路。0.5通信进步的第四个突破361988年，美国伊利诺斯大学的学生(当时)史蒂夫.多那(SteveDorner)开始开发电子邮件软件“Eudora”。1960年代早期，由DonaldDavies和保罗·巴兰发明分组交换packetswitching。1973年，文顿·瑟夫做了因特网最初的设计工作，20年后，网景公司正式推出了万维网服务，普通人才能随意使用网络。文顿.瑟夫等被誉为“互联网之父”。37

计算机与网络出现的意义增加了人类获取、加工、存储信息的能力导致了信息爆炸时代的来临人类进入地球村计算机、互联网和移动通信网丰富了人与人之间的交流方式，提高了人与人之间的交流效率，缩短了时间和空间的距离，使得我们的日常生活发生了翻天覆地的变化。381980年代末，人们利用并行计算来解决大型问题，采用了一种称之为的网格计算的方法。1990年代末，又将计算资源作为可计量的服务，提供一种公用计算手段，这可看作为云计算的前身。云计算已成为2009年IT领域最火热的概念之一。Google云计算数据中心云计算39云计算是继传统的个人计算机、客户，服务器的计算模式之后，信息技术产生的一次新的进步。网格计算与云计算理念相似40

1993年，美国政府提出建设国家“信息高速公路”的建设计划。中间件感知网络接入网络传输网络应用网络物流安检农牧业医疗二维码二维码RFIDRFID温度物联湿度物联物联网络结构物联网41

2009年，美国提出的“智慧地球”概念并上升至美国的国家战略，被认为是确立全球竞争优势的关键战略。422009年8月7日，温家宝提出建立“感知中国”中心。4344

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47云计算和物联网出现的意义扩大了人类的感知范围和信息处理能力将地球上的所有目标同人类联系在一起人类进入感知和超能世界云计算扩大人类的智慧和能力，物联网进一步引入了人与物之间的交流，其发展目标是使人们可以在任何时间，任何地点都可以与任何物品相联系，这又将给人类日常生活带来革命性的变化。从这个观点讲，物联网将是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，同时也是信息产业发展的主要趋势。48移动IP是移动通信和IP的深层融合，也是对现有移动通信方式的深刻变革，它将真正实现话音和数据的业务融合，它的目标是将无线话音和无线数据综合到IP平台上传输。让人们能够随时、随地访问Internet，是下一代真正的个人通信技术的目标。移动IP49①手机廉价通话短信业务消失②手机电视广播广播电视消失③手机图书书店、网吧消失④手机娱乐影院消失⑤手机购物超市消失⑥手机银行各行业售票点消失⑦手机云电脑市场消失⑧手机物联网家庭办公盛行新技术的诞生旧技术的淡出50移动IP可以在外地便能随时通过物联网的传感器了解家里的情况，控制家里的门窗、电器开关，对工作现场进行远程监控，对灾情进行预警，对环境进行监视，对物流进行跟踪，对危险施工进行远程处理，对飞机、火车、汽车进行远程跟踪。最终实现一机在手便可感知世界、控制世界、享受世界。移动IP出现的意义人类不仅感知，而且控制和享受世界511957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”从拜科努尔发射场升空。虽然这颗卫星只会在太空噼啪作响，但它标志着人类的活动疆域已经从陆地、海洋、大气层扩大到了宇宙空间，人类从此打开天门，放眼宇宙。深空通信52进入21世纪以来，随着美国“机遇号”、“勇气号”火星探测器成功登陆火星，“卡西尼号”探测器飞抵土星并成功释放“惠更斯号”探测器着陆土卫六，深空探测越来越成为人类关注的焦点。深空通信网络53嫦娥二号卫星我国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。拉格朗日点是指卫星受太阳、地球两大天体引力作用，能保持相对静止的点，由法国数学家拉格朗日1772年推导证明出，共有5个，其中L2点位于日地连线上、地球外侧约150万公里处。在L2点上，卫星消耗很少的燃料即可长期驻留，是探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置54深空通信出现的意义将人类的感知范围延伸到了宇宙空间将太阳系中的其他星体同人类联系在一起人类进入探索与“外星人”通信的时代深空通信将人类的触角带出了地球，使人类进入了探索宇宙空间的“地球人”时代。从这个观点讲，深空通信是人类下一步奋斗的目标。552012年6月28日5时29分,“蛟龙”号在西太平洋的马里亚纳海沟进行了7062米下潜试验。所采用的高速数字化水声通信，可向母船传输文字、语音、图像，是“蛟龙”号的另一先进技术。即使水声通信出现故障，还有一套水声电话备用。这标志着我国深海通信取得新进展。人类的触角能力已经可上天入海深海通信的意义深海通信56571997年年底，位于奥地利的蔡林格研究小组首次在实验平台上几米的距离内成功地进行了量子通信实验。2004年，利用多瑙河底的光纤信道，将量子隐形传态距离提高到600米。1999年，蔡林格研究小组的论文与伦琴发现x射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起，被英国《自然》杂志选为“百年物理学21篇经典论文”。2010年，中科大－清华联合小组的研究人员从北京八达岭长城脚下一个旅馆向16公里外的河北省张家口市怀来县发出一段量子态信息。量子通信的意义：把人类带向魔幻时代!量子通信58量子通信（QuantumTeleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。59通信通讯电电报电话岩画文字纸印刷电、电话晶体管、计算机分组网互联网信息爆炸1831法拉弟

击鼓、烽火、旗语在2700多年前，中国周朝时的烽火告警系统就已经很完备了。

1843莫尔斯

1876贝尔模拟、数字、网络

1年产生的信息量比过去1万年还多!93%的信息以数字形式产生网络1969ARPA网现在每年产生100亿亿比特信息人类的进步源于通信技术的发展通信改变社会生活通信颠覆世界面貌通信铸造未来梦想通信成就壮阔人生让我们一起来认识通信！山再高往上攀总能登顶路再长走下去定能到达结束语61第0章通信对人类文明进程的影响0.1人类通信的早期启蒙0.2通信进步的第一个突破0.3通信进步的第二个突破0.4通信进步的第三个突破0.5通信进步的第四个突破本讲内容小结62在信息爆炸的时代，世界上增长最快的是信息而不是物质。信息的增长速度比所有的生物产能、人类的生产力都快。对于信息爆炸的形象描述，可以这样讲:现今人类每秒钟创造的网线长度已经超过了声速，信息膨胀的速度和原子弹爆炸的速度是一样，而且这