通信发展简史

1、近距离通信

肢体语言

人与人近距离通信，通过眼、耳、鼻、舌、身接收和处理信息，面对面交流，这一个技能从原始社会传承至今。

2、古代远距离通信技术

烽火台

有文字可考的邮驿史，可以追溯到公元前14世纪，那是殷商时代。根据出土的甲骨文记载，殷商时代，边境派将士防守，并且设置大鼓，一旦出现敌情，守将就命令守兵击鼓传信，鼓声频传，一站接一站，把敌人入侵的紧急军情向天子报告。甲骨文上的这些记述，证明我国早在距今3400年前，就已经出现了有组织的通信活动。在东周时期，我国就有了“烽火告警”的创举。烽火台呈方形，用砖砌成，大约高出地面七米左右。平时，烽火台上堆满了柴草和干草粪。如果外敌入侵，就把当地烽火点燃起来，火光冲天，黑烟滚滚，目标十分明显，远远就可以看到。这样邻近的烽火台看到以后，相继点燃烽火。军队看到烽火信息后，就立即出兵迎敌。这就是最古老的光通信方式。

信件（驿站）

古代最常用的通信方式是信件，“邮”为步递，“驿”为马递，通过“邮驿”传递信件。中国从秦代直至清代，都设有全国范围的驿站，满足官方信息和军事情报传递需要，“驿传”成为有组织的通信方式。清代末期驿站逐渐演变为邮局，接收民间信件传递业务，成为“官办民享”的国家邮政系统。而现在的邮政已经发展为各种实物和信息传递的庞大系统。

3、现代远距离通信技术

现代远距离通信技术都是以电磁理论作为基础的，无论是有线通信技术，还是无线通信技术，比如：智能手机、计算机、卫星等，都深深带有电磁的痕迹。

电磁的发现

1600年，英国人吉尔伯特总结了多年来关于磁的实验结果，出了一本取名为《论磁学》的书。 书中指出地球本身就是一块大磁石，并且阐述了罗盘的磁倾角问题和摩擦起电的现象。

1746年，莱顿大学教授缪森布鲁克发明了一种存贮静电的瓶子， 这就是后来很有名的“莱顿瓶”。缪森布鲁克本来想象往瓶子里装水那样把电装进瓶子里， 他首先在瓶子里灌上水，然后用一根金属丝把摩擦玻璃棒连到水里。就在他的手接触到瓶子和棒的一瞬间，他被重重地“电击”了一下。

1752年，富兰克林联想到莱顿瓶储存电的事情，在一个风筝实验中，将系上钥匙的风筝用金属线放到云层中，被雨淋湿的金属线将空中的闪电引到手指与钥匙之间，证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。富兰克林做了多次实验，并首次提出了电流的概念。

1767年蒲力斯特里（J.B.Priestley）与1785年库仑（C.A.Coulomb 1736-1806）发现了静态电荷间的作用力与距离成反平方的定律，奠定了静电的基本定律。

1800年，伏特发明第一块电池。

1820年，丹麦物理学家奥斯特在一篇论文中公布了他的一个发现：在与伏特电池连接了的线旁边放一个磁针，磁针马上就发生偏转，发现了电生磁，这是人类第一次发现电与磁之间有联系。

1822年，安培受奥斯特的启发，发现了电流之间相互作用的规律——安培定律。同时，确定了判断电流磁场方向的安培定则和判断磁场对电流作用力方向的左手定则。

1831年，法拉第（M. Faraday）利用磁场效应的变化，展示电流的产生，发现电磁感应现象。1851年他又提出物理电力线的概念，这是首次强调从电荷转移到电场的概念。

1839年 摩尔斯发明有线电报

1833年，在一艘由欧洲启航到纽约的游船上，一位乘客向大家介绍电磁铁新奇的功能：导线中有电流通过时，铁块就产生磁性，把大头钉、螺丝针、小铁片，统统吸住了。电源一旦中断，磁性吸力随即消失。这一情景触动了画家莫尔斯的灵感，使他对电磁学产生了浓厚的兴趣。当时他已40岁，莫尔斯决定改行去钻研电磁学。

他经过半年苦学，初步掌握了电磁原理。从前的画室，堆满了各种电工器材和工具，到处是导线、线圈和磁铁，他不得不节衣缩食，省下钱来购买实验用品。他试验一次接着一次，失败也一次接着一次。经过三年的摸索，耗尽了他的全部积蓄，电报机还是没有造出来。

1836年，莫尔斯穷困潦倒，不得不重操旧业，去一所大学担任工艺美术教授，来维持生计。失败，并没有使他失去信心。恰恰更加坚定了他的信念。他认真反省自己的设计思想，仔细地检查每个实验电路，终于诞生了新的想法。他在《科学手记》中这样写道：

“如何利用神速电流？只要能让它不停地跑十英里，我就能让它跑遍全世界。突然切断电流，就能够产生电火花。电火花就是一种符号；没有电火花则是另一种符号；没有火花的时间长又是一种符号。这样，就有三种符号可以组合起来，代表数字或字母。它们的适当组合，就可以代表全部字母。这样，文字就能够由电线传送出去。其结果，我们就一定能够创造出可以在相隔遥远的两地迅速地互通信息、可以记录的新机器！”

莫斯的新设想，就是利用使电流交替地通电和切断所产生的不同信号，编制代表数字和字母的电码。这就是著名的莫尔斯电码，是电信史上最早使用编码。在这个电码中，点、划和空白是三种基本符号，点就是我们听起来“滴”的声音，划是我们听起来“达”的声音，空白是没有声音。又经过一年艰苦的努力，他终于研制成功一台传递电码的装置，他把这台机器正式命名为电报机。

利用电报机作长距离的通信试验，需要大笔的经费。这是莫尔斯微薄的收入所不能办成的事情。他带着发明到华盛顿，说服了国会投资架设一条连接华盛顿与巴尔的摩城的电报线路。在1844年5月24日，伟大的时刻到来了！莫尔斯在华盛顿的国会大厦联邦最高法院的会议厅里，百感交集，激动万分，用颤抖的手，向40英里外的巴尔的摩城，发出了人类历史上第一份长途电报。内容是：“上帝创造了何等的奇迹！”电报通信的时代就这样开始了。

1864年 麦克斯韦提出电磁辐射方程

1864年，麦克斯韦提出了总结电磁现象的两组方程，预言了电磁波的存在，定义了电磁波，并指出电磁波的传播速度与光相等。

1865年，苏格兰的马克斯威尔（J. C. Maxwell）提出电磁场理论的数学式，这理论提供了位移电流的观念，磁场的变化能产生电场，而电场的变化能产生磁场。马克斯威尔预测了电磁波辐射的传播存在，而在1887年德国赫兹（H.Hertz）展示出这样的电磁波。结果马克斯威尔将电学与磁学统合成一种理论，同时亦证明光是电磁波的一种。

1876年 贝尔发明有线电话

1875年6月，美国发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔设计出在环形膜片的中心，安装了电磁舌簧的送话器。人的声音，能使膜片发生振动，从而带动舌簧作相应的振动。振动的舌簧，通过电磁感应转换为各种电振荡。开始的电话机不很灵敏，试验很难成功。

1876年5月10日，贝尔在做试验，不小心把硫酸溅到脚上，他痛得大声呼叫：“沃特森快来帮帮忙！”这呼叫声，竟通过他的电话机传送出去了！他的助手沃特森正在走廊尽头的一个房间里工作，突然听到电磁电话里响起了贝尔的声音，惊喜地欢呼：“听到了！听到了！”但当时的电话体积大，而且发话人必须大声呼喊。现在由贝尔设计制造的第一台电磁电话机仍然保存在华盛顿历史和技术博物馆里。

1877年，爱迪生发明了磁精电话，比贝尔的话筒更加灵敏、有效。

1878年，沃特森在电话机上增加了磁性电铃，用户可以呼叫交换台，而交换台也可以呼叫每个用户。

1879年，卢赛薇尔特发明了挂钩开关器，当拿起话筒时，电话机自动接通，挂上时，话机又自动切断。

1891年，美国人史瑞乔发明了自动电话选择器，这是一种磁铁式的步进滑动接触装置，根据拨号盘发来的一个个电流脉冲信号，自动地上升、旋转、选择接线位置，自动接通所需的电话线路。

1960年，首次次试验的按键号盘，使用晶体管发出的音频，在启动交换器的功能方面，比机械拨号盘发出的连续脉冲要好。

1896年 马可尼发明无线电报

1894年，意大利工程师马可尼和俄国科学家波波夫在麦克斯韦的电磁波理论和赫兹电磁波实验的基础上，采用电磁波作为传播媒介，在意大利波伦雅（地名），夜以继日地进行系列试验。终于利用多路火花放电器等做成一台发射机，并且把金属屑检波器改装成接收机。这就是早期的无线电发射机。

1898年，马可尼制作了大功率的发射机，提高了接收机的灵敏度，使无线电波通信跨越英吉利海峡，为正在举行的游艇竞赛传递了比赛的消息。1901年，他终于使大西洋彼岸收到了无线电信号，实现了欧洲和美洲的直接通信。

从1838年莫尔斯用一对电线实现电报的传送，到1896年马可尼和俄国的波波夫同时完成无线电通信试验，经历了近60年的时间。20世纪以来，有线和无线通信各自沿着自己的道路不断地完善和发展。一方面是有线通信从明线、对称电缆、同轴电缆、波导发展到了光缆；另一方面是无线通信从长波、中波、短波、超短波、分米波、微波、毫微波发展到激光。

1906年 发明真空管

1883年，为了寻找电灯炮的最佳灯丝材料，爱迪生做了一个实验。他在真空灯泡内的碳丝附近放置了一块金属铜薄片，希望它能阻止碳丝的蒸发。实验结果使爱迪生大失所望。但在实验过程中，爱迪生无意中发现了一个奇特的现象：当电流通过碳丝时，没有连接在电路里的金属薄片中也有电流通过。可惜的是，爱迪生并没有重视这个现象，只是把它记录在案，申报了一个未找到任何用途的专利。后来，人们将这一发现命名为“爱迪生效应。

1901年，欧文·理查森提出定律，说明电子的激发态引起箔片漂浮，以此拿到1928年的诺贝尔物理奖。

1904年，弗莱明对爱迪生效应发生了兴趣，发明了一个他称之为“热离子阀”的装置。它其实是一个特殊的灯泡，灯泡中放置了一块金属片，如果给金属片加上高频的交变电压，交流电在通过这个装置后就会变成直流电。这个能够充当交流电整流和无线电检波的装置，就是世界上第一个电子管——真空二极管。这个真空二极管比马可尼的金属屑检波器稳定，可以取代无线电通信的金属屑检波器。

1906年，德福雷斯特发现，虽然弗莱明的二极管比金属屑检波器前进了一步，但它只能用于整波和检波，还不能放大电信号。在对二极管的研究基础上，德福雷斯把二极管装在无线电接收机上代替老式的金属屑检波器，果然效果很好。为了使信号具有放大作用，他把一根导线弯成“Z”型，然后小心翼翼地把它安装到灯丝与金属屏极之间的位置，形成电子管的第三个极，“Z”型导线装入真空管内之后，只要把一个微小的变化电压加到它的身上，就能在金属屏极上接收到一个与输入信号变化规律完全相同，但强度大大增强的电流。为了提高灵敏度，德福雷斯把导线改成像栅栏一样的金属网，于是，他的电子管就有了三个“极”——丝极(阴极)、屏极(阳极)和栅极，其中栅极承担着控制放大电信号的任务，它是一个非常灵敏的控制闸，就像百叶窗一样，具有快速开、关和放大的作用，能接收微弱信号，最终发明了真空三极管（电子三极管）。

真空三极管（triode）拥有用电子讯号控制“开关”的性能，极适合用于高速执行数字型的逻辑及算数运算，我们可以用真空三极管来控制电路的导通与断开，继而形成逻辑电路。真空三极管开创了电子学的新时代。电磁波与电子学的结合，推动了通信的进步，发展了无线电广播、电视、雷达及自动控制等一系列技术。电信的发展，加速了信息的流通，信息开始大量生产、传递和运用。

1918年 调幅无线电广播、超外差收音机问世

1925年 开始采用三路明线载波电话、多路通信

1936年 调频无线电广播开播

1937年 发明脉冲编码调制

1938年 电视广播开播

1940-1945年 二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展

1946年 发明世界第一台大型电子计算机“埃尼亚克”

1946年，美国莫尔电子工程学校和宾西法尼亚大学的电子计算机设计组，研制成世界第一台大型电子计算机“埃尼亚克”（ENIAC）。这个“埃尼亚克”，拥有1800万只电子管，70，000万个电阻，10，000个电容器和6000个开关，占地170平方米，要六个大房间才能装得下这个庞然大物，整整占去了一层楼，重达30吨，耗电140千瓦，需要安装散热通风设备，消耗的能量足以开动一列火车。这台计算机，造价高达几百万美万！每秒钟能做5000次加法或400次乘法，现在看来，这个速度当然是很低的。

同年，冯·诺依曼对“埃尼亚克”作了一系列改进，提出计算机整体结构的组成，按他的规划分成五个部分，这就是：计算器、控制器、存贮器、输入和输出部分。在他的方案中，采用二进制来代替十进制，同时引进了“存贮程序”的概念，就像贮存数据一样，把程序也贮存在存贮器中，这些都是电子计算机发展史上的创举。这样，数据和指令都可以采用二进制表示，而且又可以一起贮存。

20世纪50年代末，美国军方为了自己的计算机网络在受到袭击时，即使部分网络被摧毁，其余部分仍能保持通信联系，便由美国国防部的高级研究计划局（ARPA）建设了一个军用网，叫做“阿帕网”（ARPAnet）。

1969年，加利福尼亚大学洛杉矶分校、斯坦福大学研究学院、加利福尼亚大学和犹他州大学的四台主要计算机利用ARPAnet网络相连，后续大量的计算机加入到该网络中。

1983年，美国国防部将APA网络划分为军事网络和民用网络，同时，局域网和广域网的产生和逢勃开展对Internet的进一步开展起了重要的作用。其中最引人瞩目的是美国国度科学基金会ASF(National Science Foundation)树立的NSFnet。NSF在全美国树立了按地域划分的计算机广域网并将这些地域网络和超级计算机中心互联起来。TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网进行通信。

1990年ARPANET宣布关闭，NFSnet于1990年6月彻底取代了ARPAnet而成为Internet的主干网，并逐渐扩展到今天的互联网，计算机网络通信面向全球展开。

1948年 发明晶体管；香农提出了信息论，通信统计理论开始展开

1948年6月30日，美国贝尔实验室宣布，发明了一种固态放大器件——晶体三极管，晶体三级管比电子三极管体积更小，但是信号放大性能却更卓著。今天，超大规模集成电路在电子计算机和信息科学方面，给人类社会带来了奇迹！而晶体管的发明，在电子学发展史上是一个重要的里程碑。和电子管比起来，晶体管的体积，只有电子管的千分之一，而寿命却比电子管高100倍。

1950年 时分多路通信应用于电话

1956年 敷设了越洋电缆

1957年 发射第一颗人造卫星

1958年 发射第一颗通信卫星

1960年 发明激光

1961年 发明集成电路

晶体管问世以后，人们就在捉摸如何把它们集成起来。1952年，英国皇家雷达研究院的达墨首先提出了制造集成电路的设想。1957年，美国得克萨斯仪器公司的基尔比与仙童公司的诺伊斯，做出了世界上第一块集成电路，虽然这块集成电路仅仅包含了四个晶体管和六个阻容元件。

集成电路把晶体管、二极管、电阻、电容和电感等等这些原来分立存在的电子元件，连同连接这些元件的导线，经过外延、氧化、光刻、扩散、蒸发等一系列工艺过程，全部制作在一块小的硅片上，构成了一个完整的、不可分离的微型电路。

集成电路的发展非常迅速，几乎每隔几年，集成度就提高十倍！1967年出现了包含上千个晶体管的集成电路；1971年，美国的英特尔（Intel）公司首先制成了微处理机，它在一块 0.297×0.404（cm2）的硅片上，集成了 2250个晶体管；到1977年，就出现了包含十五万六千多个晶体管的集成电路；1984年IBM公司做出的超大规模集成电路，在一块小小的芯片上，竟然可以集成200万个晶体管。

集成电路的迅速发展，使人类征服自然的能力发生了根本性的变化。集成电路已经渗入到各个领域，从人类登月和探测火星的宇宙飞船上的传感器与控制元件，到小如火柴盒一般的彩色电视机；从放在口袋里的微型计算器，到代替人类大量脑力劳动的智能机器人，集成电路到处大显身手，给人类的生产活动、生活方式，以至于精神文化生活，都带来了深刻的变革，它已经成为发展现代科学技术的极其重要的物质基础。

1962年 发射第一颗同步通信卫星；脉冲编码调制进入实用阶段

1960-1970年 彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输的理论和技术得到了迅速发展；出现了高速数字电子计算机

1970-1980年 大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理机等迅速发展

1980年以后 超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用；综合业务数字网崛起；1G,2G,3G,4G,5G移动微波通信技术相继问世.

根据各种通信技术在通信发展史上的地位、作用以及对人类社会的影响，我们对过去的100多年通信技术的发展历史进行了概括性的总结，认为有10项重大通信技术值得人们纪念。

(1)摩尔斯发明有线电报。有线电报开创了人类信息交流的新纪元。

(2)马克尼发明无线电报。无线电报为人类通信技术开辟了一个崭新的领域。

(3)载波通信。载波通信的出现，改变了一条线路只能传送一路电话的局面，使一个物理介质上传送多路音频电话信号成为可能。

(4)电视。电视极大地改变了人们的生活，使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图像。

(5)电子计算机。计算机被公认为是20世纪最伟大的发明，它加快了各类科学技术的发展进程。

(6)集成电路。集成电路为各种电子设备提供了高速、微小、功能强大的“心”，使人类的信息传输能力和信息处理能力达到了一个新的高度。

(7)光纤通信。光导纤维的发明，使人们寻求到一种真正能够承担起构筑未来信息化基础设施传输平台重任的通信介质。

(8)卫星通信。卫星通信将人类带入了太空通信时代。

(9)蜂窝移动通信。蜂窝移动通信为人们提供了一种前所未有、方便快捷的通信手段。

(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到来，使地球变成了一个没有距离的小村落-“地球村”。

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从微弱之光到光芒万丈！探秘光纤通信的前世今生

光纤通信历经数十年的发展，已迅速成长为现代通信体系中不可或缺的一环，并随着5G、云计算、物联网等新技术的发展展现出广阔的发展前景。

“光”的追溯

汉字中的“光”，是最为古老的汉字之一。在甲骨文中，其字形为人头顶有火，指火焰为人类带来了光明，这便是“光”最早被人们关注的形态了。

到了1841年，Daniel Colladon和Jacques Babinet两位科学家分别演示了光的全反射原理，他们做了一个简单的实验：在装满水的水桶上钻了一个孔，水流便慢慢从孔中流出，然后将光照入水流，发现光线沿着水流方向曲折传输。这一现象叫光的全内反射作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。

时间来到1880年，贝尔Alexander Graham Bell发明了“光话机”，一种在自然光线上传输语音的设备。值得一提的是光话机就是光纤通信系统的前身。

1887年，英国科学家Charles Vernon Boys在实验室里拉出了第一条光纤，为光纤通信的后续发展奠定了基础。

然而从实验到生产又经历了半个世纪。直到1938年，美国Owens Illinois Glass公司与日本日东纺绩公司才开始生产玻璃长纤维。但是，此时生产的光纤是裸纤，还没有包层。

1950年，光物理学家Brian O’Brian提出了包层的概念，这是光纤结构设计的重要一步。随后的几年里，玻璃薄层、塑料包层相继出现。

众所周知，光纤利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全内反射原理达成光传导。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

1960年代，电信工程师们正在寻找更多的传输带宽。无线电、微波的频率已不能满足增长中的电视、电话对带宽的要求，因此他们想找一种更高的频率来承载信号。

1960年，Theodore Maiman 向人们展示了第一台激光器。这燃起了人们对光通信的兴趣，激光被视为优质的通信方式，可以解决传输带宽问题，很多实验室开始了实验。这一时期，光纤通信的理论基础逐渐形成。

光纤通信时代的开启

光纤通信的发展是一段充满创新与技术突破的历程，它极大地推动了现代通信技术的发展。

光纤通信的真正诞生，可以追溯到20世纪60年代。当时，华裔科学家高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》的论文，开创性地提出光导纤维在通信上应用的基本原理 ，并描述了长程及高信息量光通信所需绝缘性纤维的结构和材料特性。他仔细地计算出如何通过光学玻璃纤维实现远距离光传输，这一理论为光纤通信的发展奠定了基础。 文中还分析了造成光纤传输损耗的主要原因，从理论上阐述了有可能把损耗降低到20dB/km的见解。

正在做实验的高锟

在理论指引下，四年之后的1970年，美国康宁公司研制出了损耗为20dB/km的光纤，证明了光纤作为通信介质的可能性。

与此同时，美国贝尔实验室发明了使用砷化镓（GaAs）作为材料的半导体激光，凭借体积小的优势，大量运用于光纤通信系统中。

1972年，光纤的传输损耗降低至4dB/km。 这根光纤，不仅衰减更低，而且实用性更强，制造过程更为简单。

至此，光纤通信时代正式开启。

也是在这一年，我国也初步提出要发展“光纤通信”；次年，我国邮电部武汉邮电学院正式开始研究光纤通信。

1988年，完成一定科研累积并认识到光纤通信重要性的中国，开始了“八横八纵”大容量光纤通信干线传输网的建设。1996年，首款SDH设备正式进入光传输网产业，意味着光纤通信在中国已不仅是一项政府主导的基础设施建设，而是一条生机盎然、可多元发展的市场赛道。

1996年，各种波长的激光器研制成功，可实现多波长多通道的光纤通信，即所谓“波分复用”(WDM)技术，也就是在1根光纤内，传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。

21世纪以来，随着通信系统设备的不断突破，互联网时代的蝶变，光纤通信技术也得到了进一步发展。

当前，随着5G移动通信、云计算、物联网以及人工智能等前沿技术的蓬勃发展，推动了光纤通信的传输速度、带宽和传输距离等性能指标不断提升，其重要性逐步凸显。同时，光纤的种类也在不断丰富，包括单模光纤、多模光纤、塑料光纤等，以满足不同应用场景的需求。

目前，我国正在加快构建高速光纤通信网络，实现全国光通信网和光地理信息系统的一体化。未来，光纤通信将持续演进，向着更高的传输速率、更广的覆盖范围和更强的网络灵活性发展，以适应不断变化的技术和时代需求。

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