随着社会的不断进步，人类在科学与技术领域取得一系列重大突破，人类通信技术的力如沉睡的巨龙，破壳而出，在近一百多年的时间里取得了前所未有的进步，对人类的生活式和生活质量产生了深远的影响。

1.3.1 早期通信方式

从有了人类就有了通信，通信是随人类社会的产生而产生的，同人类社会的发展而发展的。图1-37是早期人们表达和传播消息的几种形式。如原始社会，人们通常以聚猎为生，当一人发现猎物，就会以特有的叫喊方式向同伴发出信号，呼唤同伴的到来。到商周后期，人们已习惯了定居生活，为了防止敌人的入侵，就在边境筑起城墙和烽火台，当哨兵发现敌人来犯时，就燃起滚滚狼烟，以烽火狼烟的形式告诫境内的民众。历史上曾经还因此发生了“烽火戏诸侯”的趣闻。而信鸽和驿站则是在我国相当长的一段历史时期内起着传播消息作用的工具。

1.3.2 近代通信技术

自19世纪初电通信技术问世以来，短短的一百多年时间里，通信技术的发展可谓日新月异。通信的发展经历着由模拟到数字、由系统到网络、由窄带到宽带、由人工到智能、由单业务到多业务的过程。在过去的半个世纪里，电信领域发生了翻天覆地的变化，取得了前所未有的惊人成就。而电的介入是通信技术发生革命性突破的关键。下面简单介绍早期电通信的发展历史。

1．莫尔斯发明有线电报

1832年，莫尔斯（见图1-38）在旅欧学习途中，对电磁学产生了兴趣，由此萌发了把电磁学理论用于传输的念头。用什么符号代替26个英文字母呢？莫尔斯苦苦思索。他画了许多符号：点、横线、曲线、正方形、三角形。最后，他决定用点、横线和空白共同承担起发报机的信息传递任务。他为每一个英文字母和阿拉伯数字设计出代表符号，这些代表符号由不同的点、横线和空白组成。这是电信史上最早的编码，后人称它为“莫尔斯电码”。两年后，莫尔斯发明了用电流的“通”和“断”来编制代表数字和字母的电码——莫尔斯电码（见图1-39），并于1837年制作成了莫尔斯电报机（见图1-40）。当按下莫尔斯电键时，电路接通，有电流通过右边的电磁铁线圈，电磁铁的磁性吸下抄报装置的杠杆，杠杆的另一端连接一个笔尖。这时笔尖就压触在不断移动的抄报纸上。它就是用这种不同的或间接互异的电码组成要传递的信息。莫尔斯带领一批人在华盛顿和巴尔的摩两地之间，架设了人类有史以来第一条电报线路。

1844年5月24日，在华盛顿举行了一次有历史意义的试验。莫尔斯用一系列“嘀哒嘀”的电报符号发出信息，这信息只有简单的一句话：“上帝创造了何等奇迹！”在巴尔的摩守候在收报机旁的助手立即收译出“上帝创造了何等奇迹！”人们惊住了，科学创造了何奇迹！从此开创了人类通信的新纪元。我国最早的有线电报是在1879年大沽口炮台至天之间敷设的军用电报线路。1881年12月28日，我国第一个民用电报局开始营业，这是于881年4月至12月敷设成功的天津与上海之间全长3 075华里的电报线。为了庆祝我国第一电报局开幕，当时有一个有趣的规定：在开始营业的一个月内，所有民间电报一律免费。

2．贝尔的奇思遐想

1847年，贝尔出生在英国苏格兰。贝尔的祖父和父亲渊博的知识使得这位发明家在少年代就受到良好的家庭教育。贝尔最初研究的是如何使聋人听到（看到）声音的方法，他在验中发现一个有趣的现象：当开启或切断铜线圈中的电流时，线圈由于振动而发出了声音。

“电流可以使线圈振动而发出声音，那么能否利用电流来传输人说话的声音呢？”正是一奇思遐想引导贝尔去发明电话。贝尔要将声音转变成电流发明了如图1-41所示的话筒装：弹性振动膜片随着声波频率而上下振动，膜片的振动将小盒中的碳粒压紧，这时电阻减小；当弹性振动膜片向上振动时，金属小盒中的碳粒呈疏松状态，这时电阻增大。因此，电阻完全随声波的频率而发生起伏变化。根据欧姆定律，电压不变的情况下，电流随电阻的变化而变化。贝尔发明的电话声波由左方的话筒注入，振动内部的铁制振动膜片，导线将信号送到右方的收话机。电话的实验原理如图1-42所示。

图1-42中，右边是受话器，即现在的耳机或听筒，它内部也有一片铁制的振动膜片，安置在一块蹄形电磁铁上。当送话器中产生的振动电流流过受话器中的电磁铁线圈时，由于受到电磁铁的吸力，铁制振动膜片随着电流的振动频率而发生振动，并激起周围空气的振动，因而还原成送话器那边说话人的声音。

1876年3月10日，贝尔的实验成功了，他为人类实现了顺风耳的梦想。人们为了纪念这位伟大的发明家，就用贝尔的名字作为声学计量功率等级的单位。在实际测量中，“贝尔”这个单位显得过大，所以人们常用贝尔的1/10——分贝，作为声强等级单位，也作为声压等级单位。

图图1-43为电话的实验装置，1-44为1892年贝尔在纽约至芝加哥的电话线路开通仪式上。

3．电磁波的特性

电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释放电磁波。就像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，除光波外，人们也看不见无处不在的电磁波。变化的电场和变化的磁场相互联系，形成一个不可分割的统一体——电磁场。电场和磁场只是电磁场这个统一体的两种具体表现形式。根据麦克斯韦电磁场理论，电场和磁场将相互激发，由近及远向周围空间传播出去，形成电磁波（见图1-45）。

麦克斯韦推导出了电磁波在真空中的传播速度为式（1-1），并由此推断光就是电磁波。电磁波频率低时，主要借由有形的导电体才能传递。原因是在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部返回原电路而没有辐射出去；电磁波频率高时既可以在由空间内传递，也可以束缚在有形的导电体内传递。在自由空间内传递的原因是在高频率电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部返回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一辐射。按照波长或频率的顺序把这些电磁波排列起来，就是电磁波谱（见图1-45）。如果每个波段的频率由低至高依次排列的话，它们是工频电磁波、无线电波、红外线、可见光、外线、X射线及γ射线。以无线电的波长最长，宇宙射线的波长最短。

4．马可尼的幻想

少年的马可尼就喜欢奇思遐想。他经常随母亲漂洋过海去英国探亲。旅途中，当船只航在碧海蓝天、一望无际的海面上时，他常常幻想：如果不用敷设线路就能使遥隔千里的两互通音信，那该多好啊！久久的幻想在马可尼的脑海里逐渐形成了一种无形的“机构”，旦外界机遇来临时，这个“机构”就能立即运转起来，焕发人类智慧的灵光。

经马可尼的悉心研究，1895年夏天，他在实验室与1.7千米远的山丘之间成功地进行了报实验。马可尼第一个实验用的无线电报发报装置如图1-46所示，当按下发报机中的莫尔电键时，就会在两金属球之间产生连串放电火花。因为在按下电键的瞬间，线圈两端出现较高的感应电压，从而在两小球的间隙迸发出一连串电火花。这些电火花所产生的振荡通发射天线向外界发射出电磁波。这里马可尼将一根很长的导线挂在竹竿上，作为接收电磁的天线。天线的一端与一个称为粉末检波器的东西相连接，后者的另一端接地。

当电磁波传播到接收地点时（见图1-47），根据电磁感应原理，接收天线周围空间迅速变化的电磁场将在天线上激起感应电动势，这时粉末检波器将成为导电体，因而在与电池串接的电报机中将有电流流过，并开始工作——在自动移动的纸带上画出电码段。

无线电报为人类的通信技术开辟了一个崭新的领域。1895年，马可尼发明无线电报，开创了无线电通信发展的道路。器（图1-48）

5．广播与电视的发明

1906年12月24日圣诞节前夕，在美国新英格兰海岸附近穿梭往来的船只上，一些听惯了“嘀嘀嗒嗒”莫尔斯电码声的报务员们，忽然听到耳机中传来了人的说话声和乐曲声——朗读《圣经》故事、演奏小提琴和播放亨德尔的《舒缓曲》唱片，最后还听到了亲切的祝福声。报务员们听到的就是人类历史上第一次实验性的无线电广播，它是由加拿大出生的物理学家费森登（见图1-49）主持和组织，并从他的实验室里播出的。

费森登是最早研究无线电广播的先驱者之一。1900年，他为美国国家气象局进行无线电实验时，初次萌生了用无线电传达人声的设想。两年以后，在两位金融家的赞助下，他在美国马萨诸塞州布兰特岩城建立了专门的实验室，研究如何将人的声音加到无线电波中去。他想要播出的，不是莫尔斯电码的“嘀嗒”声，而是现实世界中的各种声音。费森登花了整整4年时间才完成他的第一套简易的广播发射装置，做成了特殊的高频交流发射机，并设计出了一种系统，用来调制电波的振幅，使它能携带各种声音信号，这样，这种“调幅波”就能载着声音开始展翅飞翔了。这就是将人的语音通过话筒转变成音频电流后，加到产生高频振荡电流的振荡电路中去。历史上第一座无线电广播站如图1-50所示，无线电广播的工作过程如图1-51所示。

20世纪初期，无线电技术广泛运用于通信和广播以后，人们希望有一种能够传播“现场实况”的电视机。世界上许多科学家都在着手研究。1906年，18岁的英国青年贝尔德（见图1-52）雄心勃勃，开始研究电视机。贝尔德家境贫寒，没有钱购置研究器材，只得就地取材，把一只盥洗盆与从旧货摊觅来的茶叶箱相连，作为实验的基础设备。箱子上安放着一台电动机，用它来转动“扫描圆盘”。这个扫描圆盘是用马粪纸做成的，四周戳着一个个小，可以把场景分成许多明暗程度不同的小光点发射出去。这样，一台最原始的、只值几英的电视机便问世了。1925年10月2日，贝尔德的实验有了突破，他将一个人的图像发射了屏幕上，而且十分逼真，眼睛、嘴巴甚至眉毛和头发都清晰可见。一架有实用意义的电机宣告诞生了（见图1-53）。

1927年，英国广播公司试播了30行机械式电视，从此便开始了电视广播的历史。1935，英国广播公司用电子扫描式电视取代了贝尔德发明的机械扫描式电视，这标志着一个新代由此开始。

电视图像信号的传输过程为：首先由摄像机将图像变成电信号，加到高频载波上，由天发射；然后由接收端电视机利用天线将调制信号接收下来，最后通过解调由显像管还原成像（见图1-55）。

1.3.3 现代通信技术

通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指传递信息所需要的一切技术设备和传输媒介，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。现代的主要通信技术有数字通信技术、程控交换技术、信息传输技术、通信网络技术、数据通信与数据网、ISDN与ATM技术、宽带IP技术、接入网与接入技术。

数字通信即传输数字信号的通信，已经成为现代通信网中最主要的通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统；程控交换技术是指人们用专门的电子计算机根据需要把预先编好的程序存入计算机后完成通信中的各种交换，随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向分组的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展；信息传输技术主要包括光纤通信、数字微波通信、卫星通信、移动通信及图像通信；通信网主要分为电话网、支撑网和智能网；数据通信是将数据信号在数据传输信道上传输，到达接收地点后再正确地恢复出原始发送的数据信息的一种通信方式。在通信领域，信息一般可分为语音、数据和图像三大类型。数据是具有某种含义的数字信号的组合，如字母、数字和符号等，传输时这些字母、数字和符号用离散的数字信号逐一表达出来。数据通信网是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路所构成的网络，在通信协议的支持下完成数据终端之间的数据传输与数据交换。

ISDN（Integrated Services Digital Network）综合业务数字网是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路交换网络系统；ATM是一项数据传输技术，它是一种为了多种业务设计的、通用的、面向连接的传输模式；宽带IP网络是分层的，物理承载可以是IP over DWDMIP over SDH、IP over ATM等多种方式；接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备，接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。

1.3.4 通信技术发展方向

通信技术在20世纪得到飞速发展，21世纪的通信技术将向着宽带化、智能化、个人化的综合业务数字网技术的方向发展。

1．全程数字化

全程数字化是指在通信网中任何一部分（交换、传输、终端）所有信号都是数字信号。所有信息，无论声音、文字还是图像，都全部变成数字化信息以后再入网通信，网络中不再在模拟信号。全程数字化是实现综合业务数字网的基础。

2．宽带化

为了区分现在的通信网与高速通信网，称通信速率小于或等于64kb/s（或2Mb/s）数据通信网为“窄带通信网”，而把那些不仅能传输低速的窄带信息，还能传输高速信息（如影等）的通信网称为“宽带通信网”。

3．智能化

通信网智能化，也称智能网。它不仅能传送和交换信息，还能存储、处理和灵活控制信息。能使通信网在各种条件下以最优化的方式处理和传递信息，如同一位精明能干的秘书，会根不同的情况，处理不同的文件。在智能网中，如果需要增加新业务，可不用改造交换机，只在大型数据库中增加一个或几个模块即可，并且不会对正在运营的业务产生任何影响。

4．个人化

通信个人化，就是指通信要真正实现到个人。它的目标被人们简称为5W，即个人通信基本概念是，无论任何人（Whoever），在任何时候（Whenever）和任何地方（Wherever），能自由地与世界上其他任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信。能提供这通信服务的通信网，就叫“个人通信网”（Personal Communication Network，PCN）。

5．综合化

通信网的综合化有两个含义：一是技术的综合，即全程数字化，实现网络技术一体化；是业务的综合，即把各项通信业务（如电话、传真、电子信箱、会议电视等）综合在同一信网中传送、交换和处理。 n4oIlLYsmFUGbE9NljTrg/jbHnES3gGNQrRqR5y8FL+QGaGMmc5eKLL/m6ZAHXyQ