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1.2.2 電話的興起

1796年,英國人休斯提出了用話筒接力傳送語音的辦法,并將其命名為Telephone。日本人將其意譯為“電話”,早期的中國人將其音譯為“德律風(fēng)”。

1854年,法國人鮑薩爾設(shè)想出電話原理,6年之后德國人賴伊斯又重復(fù)了這個(gè)設(shè)想。其原理是將兩塊薄金屬片用電線相連,一方發(fā)出聲音使金屬片振動(dòng),再轉(zhuǎn)換成電的形式傳給對方。

1.2.2.1 電話的發(fā)明及其影響

電話的發(fā)明涉及幾個(gè)重要人物的貢獻(xiàn),但他們的命運(yùn)和對人類進(jìn)步的影響卻是不同的。

1.格雷

1876年2月14日,格雷與貝爾在同一天申報(bào)了專利,但由于在具體時(shí)間上比貝爾晚了2小時(shí)左右,最終敗訴。格雷的設(shè)計(jì)原理與貝爾有所不同,格雷是利用送話器內(nèi)部液體的電阻隨聲音變化而變化來獲得話音電流,而受話器則與貝爾的完全相同。

2.愛迪生

1877年,愛迪生(見圖1-2)取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。1879年,愛迪生制成炭精送話器,使送話效果顯著提高。

圖1-2 托馬斯·阿爾瓦·愛迪生

貝爾、格雷、愛迪生三人的專利之爭直到1892年才算告一段落。當(dāng)時(shí)美國最大的西部聯(lián)合電報(bào)公司買下了格雷和愛迪生的專利權(quán),與貝爾的電話公司對抗。長時(shí)期專利之爭的結(jié)果是雙方達(dá)成一項(xiàng)協(xié)議,西部聯(lián)合電報(bào)公司完全承認(rèn)貝爾的專利權(quán),從此不再染指電話業(yè),交換條件是17年之內(nèi)分享貝爾電話公司收入的20%。

3.梅烏奇

1849年的一天,癡迷于電生理學(xué)研究的移居美國的意大利人安東尼奧·梅烏奇(見圖1-3),把一塊與線圈連接的金屬簧片插入了朋友的口中,線圈連接導(dǎo)線,通到另一個(gè)房間。在準(zhǔn)備好一套器械要給朋友治療時(shí),通過連接兩個(gè)房間的電線,他清楚地聽見了從另外一個(gè)房間里傳出的朋友的聲音。梅烏奇馬上意識到這一現(xiàn)象有著不尋常的意義,并立即著手研究被他稱之為“會說話的電報(bào)機(jī)”的裝置。其原理是,以線圈連接的金屬簧片為傳感器,將聲音的振動(dòng)轉(zhuǎn)變成電流,通過導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。

圖1-3 安東尼奧·梅烏奇

1850年至1862年,梅烏奇制作了幾種不同形式的聲音傳送儀器,稱作“遠(yuǎn)距離傳話筒”。1860年首次向公眾展示了他的發(fā)明,并在紐約的意大利語報(bào)紙上發(fā)表了關(guān)于這項(xiàng)發(fā)明的介紹??上У氖?,梅烏奇生活潦倒,無力保護(hù)他的發(fā)明。當(dāng)時(shí)申報(bào)專利需要交納250美元的申報(bào)費(fèi)用,而長時(shí)間的研究工作已經(jīng)耗盡了他所有的積蓄。梅烏奇的英語水平不高,這也使他無法了解該怎樣保護(hù)自己的發(fā)明。1870年,梅烏奇患上了重病,以僅6美元的低價(jià)賣掉了自己發(fā)明的通話設(shè)備。為了保護(hù)自己的發(fā)明,梅烏奇試圖獲取一份被稱作“保護(hù)發(fā)明特許權(quán)請求書”的文件。為此他每年需要交納10美元的費(fèi)用,并且每年需要更新一次。3年之后,梅烏奇淪落到靠領(lǐng)取社會救濟(jì)金度日,付不起手續(xù)費(fèi),請求書也隨之失效。1874年,梅烏奇寄了幾個(gè)“遠(yuǎn)距離傳話筒”給美國西聯(lián)電報(bào)公司,希望能將這項(xiàng)發(fā)明賣給他們。但是,他并沒有得到答復(fù)。當(dāng)請求歸還原件時(shí),他被告知這些機(jī)器已不翼而飛。當(dāng)兩年后貝爾也發(fā)明了電話機(jī)并與西聯(lián)電報(bào)公司簽訂了巨額合同時(shí),梅烏奇為此提起訴訟,最高法院也同意審理這個(gè)案件。但由于梅烏奇于1889年過世,使訴訟不了了之。直到2002年6月15日美國國會269號決議才確認(rèn)安東尼奧·梅烏奇為電話的發(fā)明人。如今在梅烏奇的出生地佛羅倫薩有一塊紀(jì)念碑,上面寫著“這里安息著電話的發(fā)明者——安東尼奧·梅烏奇”。

4.貝爾

亞歷山大·格拉漢姆·貝爾(1847-1922,見圖1-4),出生于英國蘇格蘭的愛丁堡,1871年遷居加拿大,后來移民美國。受祖父、父親畢生都從事聾啞人教育事業(yè)的家庭影響,他從小就對聲學(xué)和語言學(xué)有濃厚的興趣。21歲時(shí)在倫敦大學(xué)攻讀生理解剖學(xué)。1872年,美國波士頓大學(xué)專門從事聾啞人語言教育的語言心理學(xué)教授的貝爾,對用電來傳送聲音產(chǎn)生了濃厚的興趣。開始,他的興趣是在研究電報(bào)上,最初,貝爾在由于聲音而振動(dòng)的薄金屬片上安裝電磁開關(guān),用電磁開關(guān)把電路斷開,形成一開一閉的脈沖信號。之后,貝爾又萌生了發(fā)明一套能通過一根線路同時(shí)傳送幾條信息的機(jī)器的想法。他設(shè)想通過幾片銜鐵協(xié)調(diào)不同頻率,在發(fā)送端,這些銜鐵會在某一頻率截?cái)嚯娏?,并以特定頻率發(fā)送一系列脈沖;在接收端,只有與該脈沖頻率相匹配的銜鐵才能被激活。通過幾年的努力,貝爾發(fā)明了幾套電報(bào)系統(tǒng)。有一次,當(dāng)他在做電報(bào)實(shí)驗(yàn)時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)了一塊鐵片在磁鐵前振動(dòng)會發(fā)出微弱聲音的現(xiàn)象,而且他還發(fā)現(xiàn)這種聲音能通過導(dǎo)線傳向遠(yuǎn)方。這給貝爾以很大的啟發(fā),他想,如果對著鐵片講話,不也可以引起鐵片的振動(dòng)嗎?這就是貝爾關(guān)于電話的最初構(gòu)想。貝爾發(fā)明電話的努力得到了當(dāng)時(shí)美國著名的物理學(xué)家約瑟夫·亨利的鼓勵(lì)。亨利對他說:“你有一個(gè)偉大發(fā)明的設(shè)想,干吧!”當(dāng)貝爾說到自己缺乏電學(xué)知識時(shí),亨利說:“學(xué)吧?!痹诤嗬墓奈柘拢悹栠M(jìn)行了大量研究,探索語音的組成,并在精密儀器上分析聲音的振動(dòng)。設(shè)想如果振動(dòng)膜上的振動(dòng)被傳送到用炭涂黑的玻璃片上,振動(dòng)就可以被“看見”了。隨后貝爾開始思考有沒有可能將聲音振動(dòng)轉(zhuǎn)化成隨聲音變化的電流,這樣就可以通過線路傳遞聲音了。

圖1-4 A.G.貝爾

1875年6月2日,貝爾和沃森特正在進(jìn)行電話模型的最后設(shè)計(jì)和改進(jìn),沃森特在緊閉了門窗的另一房間把耳朵貼在音箱上準(zhǔn)備接聽,貝爾在最后操作時(shí)不小心把硫酸濺到自己的腿上,他疼痛地叫了起來:“沃森特先生,快來幫我啊!”沒有想到,這句話通過他實(shí)驗(yàn)中的電話傳到了在另一個(gè)房間工作的助手沃森特的耳朵里。這句極普通的話,也就成為人類第一句通過電話傳送的語音而記入史冊。貝爾在得知自己試驗(yàn)的電話已經(jīng)能夠傳送聲音時(shí),熱淚盈眶。當(dāng)天晚上,他在寫給母親的信中預(yù)言:“朋友們各自留在家里,不用出門也能互相交談的日子就要到來了!”圖1-5為早期的電話試驗(yàn)場景。

圖1-5 早期的電話試驗(yàn)

1876年2月14日,貝爾申請專利權(quán)。1876年3月7日,在貝爾30歲生日前夕,通過電線傳輸聲音的設(shè)想得到了專利認(rèn)證,專利證號碼NO:174655。至今美國波士頓法院路109號的門口,仍釘著塊鐫有“1875年6月2日電話誕生在這里”的銅牌。

1877年,在波士頓和紐約之間架設(shè)的300km的第一條電話線路開通。第一部私人電話安裝在查理斯·威廉姆斯于波士頓的辦公室與馬薩諸塞州的住宅之間。一年之內(nèi),貝爾共安裝了230部電話,建立了貝爾電話公司,這是美國電報(bào)電話公司(AT&T)的前身。在此后的發(fā)展過程中,電話被不斷改進(jìn)。從1878年貝爾電話公司正式成立到2010年,先后出現(xiàn)的電話有:手持半雙工電話、盒式磁力發(fā)電機(jī)電話、貝爾型磁力發(fā)電機(jī)壁式電話、木支架桌式電話、“咖啡壺式”電話、投幣電話、數(shù)字機(jī)械電話、直立桌式電話、直立錐形桌面電話、20線分離電話、磁力發(fā)電機(jī)臺式電話、角落臺式電話、樹式桌面電話、公用電池墻式電話、門廊對講機(jī)、數(shù)字撥號桌式電話、電臺波段電話、擴(kuò)音器電話、互聯(lián)電話、自動(dòng)收發(fā)電報(bào)壁式電話、電報(bào)傳真電話、抗噪聲桌面電話、交流發(fā)電振鈴電話、自動(dòng)撥號電話、按鈕電話、智能電話、電視會議電話、刷卡電話、VoIP網(wǎng)絡(luò)電話、USB電話、模擬移動(dòng)電話、數(shù)字移動(dòng)電話、移動(dòng)電視電話、可上網(wǎng)電話、網(wǎng)絡(luò)電話等。到20世紀(jì)后期,貝爾系統(tǒng)——AT&T的下屬公司曾擁有美國電話市場份額的80%。1984年,由于美國司法部的反壟斷訴訟,貝爾公司被迫分割成多個(gè)獨(dú)立的地方貝爾公司。

5.貝爾實(shí)驗(yàn)室

貝爾不僅善于科學(xué)發(fā)明與創(chuàng)新,也善于科技成果的轉(zhuǎn)化,而后者對社會進(jìn)步的影響更大。1925年1月1日,當(dāng)時(shí)AT&T總裁,華特·基佛德收購了西方電子公司的研究部門,成立了一個(gè)叫作“貝爾電話實(shí)驗(yàn)室公司”的獨(dú)立實(shí)體。AT&T和西方電子各擁有該公司的50%的份額。在過去的一個(gè)世紀(jì)中,貝爾實(shí)驗(yàn)室為全世界帶來的創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品包括:第一臺傳真機(jī)、按鍵電話、數(shù)字調(diào)制解調(diào)器、蜂窩電話、通信衛(wèi)星、高速無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)、太陽電池、電荷耦合器件、數(shù)字信號處理器、單芯片處理器、激光器、光纖、光放大器、密集波分復(fù)用系統(tǒng)、首次長途電視傳輸、高清晰度電視、語音合成、存儲程序控制電話交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫及分組技術(shù)、UNIX操作系統(tǒng)、C和C++語言,而由貝爾實(shí)驗(yàn)室推出的網(wǎng)絡(luò)管理與操作系統(tǒng)每天支持著世界范圍內(nèi)數(shù)十億的電話呼叫與數(shù)據(jù)連接??梢哉f,貝爾實(shí)驗(yàn)室為人類在邁向現(xiàn)代信息文明社會的過程中做出了巨大的貢獻(xiàn),共獲專利兩萬五千多項(xiàng),現(xiàn)在平均每個(gè)工作日獲得三項(xiàng)多專利。下面列舉幾個(gè)典型事例。

(1)對射電天文學(xué)的貢獻(xiàn)

1927年,卡爾·央斯基到貝爾電話實(shí)驗(yàn)室工作。當(dāng)時(shí),無線電電話剛剛開始運(yùn)營,從倫敦打電話到紐約3min時(shí)間要花費(fèi)75美元,不僅很貴,通話中還常常受電磁干擾。第一臺無線電話使用的頻率極低,只有60kHz,波長則長達(dá)5km。到1929年,頻率提高到10~20MHz,但電話仍然受到很強(qiáng)的來源不明的電磁干擾。央斯基被指派去研究短波無線電通信中來自空間的無線電波的天電干擾問題。這些干擾包括來自大氣中的雷電、太陽耀斑爆發(fā)引起的地球電離層的擾動(dòng)和來自宇宙天體的無線電輻射。

1931年,央斯基在美國新澤西州貝爾電話實(shí)驗(yàn)室研究和尋找干擾無線電波通信的噪聲源時(shí),發(fā)現(xiàn)除去兩種雷電造成的噪聲外,還存在著第三種噪聲,一種很低且很穩(wěn)定的“哨聲”。研究中,卡爾·央斯基接收到一種每隔23時(shí)56分04秒出現(xiàn)最大值的無線電干擾信號,這微弱的電波不像是來自于太陽。央斯基想到它很可能對應(yīng)于星空上某一固定的點(diǎn),因?yàn)橛^測站的天線陣無法確定噪聲源的準(zhǔn)確位置,只能大體認(rèn)為與銀河中心的方向相等,央斯基對這一噪聲進(jìn)行了一年多的精確測量和周密分析,終于確認(rèn)這種“哨聲”來自地球大氣之外,是銀河系中心人馬座方向發(fā)射的一種無線電波輻射。這個(gè)意外的發(fā)現(xiàn),引起了當(dāng)時(shí)天文學(xué)界的震驚,同時(shí)令當(dāng)時(shí)人們感到迷惑,誰也不認(rèn)為一顆恒星或一種星際物質(zhì)會發(fā)出如此強(qiáng)烈的無線電波。但是,美國的另一位無線電工程師雷伯卻堅(jiān)信央斯基的發(fā)現(xiàn)是真實(shí)的。他研制了一架直徑為9.6m的金屬拋物面天線,并把它對準(zhǔn)了央斯基曾經(jīng)收到宇宙射電波的天空。1939年4月,他們再次發(fā)現(xiàn)了來自銀河系中心人馬座方向的輻射電波,所不同的是,央斯基接收的是波長為14.6m的無線電波,而雷伯接收到的是1.9m的無線電波。這樣,雷伯不僅證實(shí)了央斯基的發(fā)現(xiàn),同時(shí)還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了人馬座射電源發(fā)射出許多不同波長的射電波。

1932年央斯基發(fā)表文章宣稱:這是來自銀河系中心方向的射電輻射。這是人類第一次捕捉到來自太空的無線電波,射電天文學(xué)從此誕生,這是天文學(xué)發(fā)展史上的又一次飛躍。為了紀(jì)念央斯基在1931至1932年所做出的這項(xiàng)貢獻(xiàn),在1973年8月舉行的國際天文學(xué)聯(lián)合會第十五次大會上,射電天文小組委員會通過決議,采用“央斯基”作為天體射電流量密度的單位,簡寫為“央”,并且納入國際物理單位系統(tǒng)。卡爾·央斯基的發(fā)現(xiàn)揭開了射電天文學(xué)的序幕,圖1-6為射電天文望遠(yuǎn)鏡。

圖1-6 射電天文望遠(yuǎn)鏡

(2)對晶體管發(fā)明的貢獻(xiàn)

1947年,貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管,參與這項(xiàng)研究的約翰·巴丁、威廉·蕭克利(William Shockley)、華特·豪舍·布拉頓(Walter Houser Brattain)于1956年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

(3)對信息科學(xué)的貢獻(xiàn)

1948年,香農(nóng)發(fā)表論文《通信的數(shù)學(xué)原理》,奠定了現(xiàn)代通信理論的基礎(chǔ)。他的成果是部分基于奈奎斯特和哈特利先前在貝爾實(shí)驗(yàn)室的成果。

(4)對宇宙大爆炸理論的貢獻(xiàn)

1964年,貝爾電訊實(shí)驗(yàn)室在新澤西州霍姆德城附近的克勞夫特山上,裝設(shè)了一架不尋常的、龐大的天線,如圖1-7所示。兩位科學(xué)家彭加斯(A. A. Penzias)和威爾遜(R. W. Wilson)用這架天線進(jìn)行射電天文學(xué)研究。他們操縱自動(dòng)控制裝置,把天線束指向天空的各個(gè)方向。結(jié)果發(fā)現(xiàn),收到的噪聲總是稍微高于原來預(yù)計(jì)的數(shù)值。為了證明這不是電子線路里產(chǎn)生的熱噪聲,他們將接收的功率與一個(gè)浸泡在溫度低至絕對溫度4K左右的液氦里的人工噪聲源輸出的功率相比較,證明噪聲并不來自電子線路。進(jìn)一步觀察還發(fā)現(xiàn),這種神秘的微波噪聲非常穩(wěn)定,無論是白天還是黑夜,也無論是春夏秋冬都同樣存在。在檢查原因時(shí)他們發(fā)現(xiàn),在天線的“喉部”涂蓋了一種“白色介電質(zhì)”,原來那是一對鴿子在天線的喉部筑巢時(shí)留下的鴿子糞。他們捉住了鴿子,把它們送到貝爾實(shí)驗(yàn)室的威潘尼基地放掉。幾天之后又有鴿子來了,只好再捉,并采取堅(jiān)決措施防止它們再來??墒区澴蛹S已經(jīng)在天線喉部形成了一層“白色介電質(zhì)”。天線上的鴿子糞當(dāng)然有可能成為電噪聲源。1965年初,工作人員拆卸開天線的喉部,清除了鴿子制造的“白色介電質(zhì)”,但那幽靈般的微波噪聲卻絲毫也沒有減弱。后來又想盡了各種辦法,都不能驅(qū)除這個(gè)噪聲幽靈。彭加斯和威爾遜最終認(rèn)為,這個(gè)噪聲幽靈應(yīng)當(dāng)來自宇宙,他們在天空的任何一個(gè)方向上都可以接收到這種穩(wěn)定不變的微波噪聲。這說明宇宙背景中普遍存在著一種均勻的或各向同性的微波輻射。

圖1-7 宇宙微波背景輻射天線

宇宙背景微波輻射的發(fā)現(xiàn),是科學(xué)上一項(xiàng)重大的成就??墒?,當(dāng)時(shí)彭加斯和威爾遜還并不明白他們這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重大意義。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上是宇宙“大爆炸”起源學(xué)說的一個(gè)有力證明:那各向同性的宇宙背景微波輻射,是宇宙大爆炸時(shí)所留下的“余燼”!

1948年,阿爾發(fā)和赫爾曼根據(jù)蓋莫夫發(fā)展的大爆炸理論預(yù)言了宇宙微波輻射背景的存在。20世紀(jì)60年代,美國普林斯頓研究院的迪克啟發(fā)了皮伯斯在這方面做進(jìn)一步研究。皮伯斯在一次學(xué)術(shù)報(bào)告中詳細(xì)講述了這項(xiàng)研究,報(bào)告的內(nèi)容又由特納轉(zhuǎn)告了另一位科學(xué)家伯克。在宇宙背景微波輻射發(fā)現(xiàn)后不久,彭加斯因?yàn)橐患e的事情給伯克打了個(gè)電話。伯克接著就問起彭加斯,他們的天空射電測量進(jìn)行得怎樣了。彭加斯回答說,測量進(jìn)行得很順利,只是測量結(jié)果中有些東西弄不明白。伯克立刻就告訴彭加斯,普林斯頓研究院的物理學(xué)家皮伯斯和迪克等的想法也許可以解釋他們從天線接收到的宇宙微波噪聲。于是彭加斯隨后就給迪克打電話。這樣彭加斯才認(rèn)識到自己和威爾遜發(fā)現(xiàn)的宇宙背景微波輻射的重大意義。經(jīng)過商定,他們決定在天體物理雜志上各自發(fā)表一篇通訊。彭加斯和威爾遜宣布他們的射電天文學(xué)觀測結(jié)果,而由迪克、皮伯斯和威金森共同署名的文章則從宇宙學(xué)上進(jìn)行理論解釋。這兩篇研究通訊發(fā)表后,在科學(xué)界引起了巨大的反響。由于給蓋莫夫發(fā)展的宇宙大爆炸起源學(xué)說提供了有力的證據(jù),彭加斯和威爾遜榮獲1978年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。彭加斯和威爾遜的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),在一定程度上帶有偶然性。他們的觀測并不是在宇宙起源研究的理論指導(dǎo)下進(jìn)行的,而是在發(fā)現(xiàn)了結(jié)果之后,才由宇宙學(xué)家們給出理論上的解釋。

(5)對激光冷卻和捕獲原子的貢獻(xiàn)

1985年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的朱棣文小組用三對方向相反的激光束分別沿xy、z三個(gè)方向照射鈉原子,在6束激光交匯處的鈉原子團(tuán)就被冷卻下來,溫度達(dá)到了240mK。朱棣文(S.Chu)、達(dá)諾基(C.C.Tannoudji)和菲利普斯(W.D.Phillips)因在激光冷卻和捕獲原子研究中的出色貢獻(xiàn)而獲得了1997年諾貝爾物理獎(jiǎng),其中朱棣文是第五位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的華人科學(xué)家。

貝爾實(shí)驗(yàn)室是公認(rèn)的當(dāng)今通信界最具創(chuàng)造力的研發(fā)機(jī)構(gòu),在全球擁有10000多名科學(xué)家和工程師。

1996年,貝爾實(shí)驗(yàn)室以及AT&T的設(shè)備制造部門脫離AT&T成為朗訊科技,貝爾實(shí)驗(yàn)室目前有28000人。

1.2.2.2 移動(dòng)通信的繁榮

1.無線電的誕生

1820年,丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn),當(dāng)金屬導(dǎo)線中有電流通過時(shí),放在它附近的磁針便會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。接著,學(xué)徒出身的英國物理學(xué)家法拉第明確指出,奧斯特的實(shí)驗(yàn)證明了“電能生磁”。他還通過艱苦的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)會有電流產(chǎn)生的現(xiàn)象,即所謂的“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象。著名的科學(xué)家麥克斯韋進(jìn)一步用數(shù)學(xué)公式表達(dá)了法拉第等人的研究成果,并把電磁感應(yīng)理論推廣到了空間。他認(rèn)為,在變化的磁場周圍會產(chǎn)生變化的電場,在變化的電場周圍又將產(chǎn)生變化的磁場,如此一層層地像水波一樣推開去,便可把交替的電磁場傳得很遠(yuǎn)。

1864年,蘇格蘭人麥克斯韋發(fā)表了電磁場理論,成為人類歷史上預(yù)言電磁波存在的第一人。1873年,麥克斯韋根據(jù)已知的光波特性,推斷無線電波的特性,發(fā)表了著名的“電磁論”。

1887年,赫茲在一間暗室里做實(shí)驗(yàn)。他在兩個(gè)相隔很近的金屬小球上加上高電壓,隨之便產(chǎn)生一陣陣噼噼啪啪的火花放電。這時(shí),在他身后放著一個(gè)沒有封口的圓環(huán)。當(dāng)赫茲把圓環(huán)的開口處調(diào)小到一定程度時(shí),便看到有火花越過縫隙。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn),他得出了電磁能量可以越過空間進(jìn)行傳播的結(jié)論。赫茲的發(fā)現(xiàn)公布之后,轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界,1887年成為近代科學(xué)技術(shù)史的一座里程碑,為了紀(jì)念這位杰出的科學(xué)家,電磁波的單位便命名為“赫茲”(Hz)。圖1-8為赫茲進(jìn)行火花實(shí)驗(yàn)。

圖1-8 赫茲火花實(shí)驗(yàn)

a)實(shí)驗(yàn)原理圖 b)實(shí)驗(yàn)場景

赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義,它不但證明了麥克斯韋理論的正確性,更重要的是導(dǎo)致了無線電的誕生,開辟了電子技術(shù)的新紀(jì)元,標(biāo)志著從“有線電通信”邁向“無線電通信”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。也是整個(gè)移動(dòng)通信的發(fā)源點(diǎn),應(yīng)該說,從這時(shí)開始,人類開始進(jìn)入了無線通信的新領(lǐng)域。

赫茲通過閃爍的火花,第一次證實(shí)了電磁波的存在,但他卻斷然否定利用電磁波進(jìn)行通信的可能性。他認(rèn)為,若要利用電磁波進(jìn)行通信,需要有一個(gè)面積相當(dāng)于歐洲大陸的巨型反射鏡,顯然這是不可能的。

2.無線電報(bào)的誕生

赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波的消息傳到了俄國一位正從事電燈推廣工作的青年波波夫那里,他興奮地說:“用我一生的精力去裝電燈,對廣闊的俄羅斯來說,只不過照亮了很小一角,要是我能指揮電磁波,就可飛越整個(gè)世界!”

1894年,波波夫改進(jìn)了無線電接收機(jī)并為之增加了天線,使其靈敏度大大提高。1896年,波波夫成功地用無線電進(jìn)行莫爾斯電碼的傳送,距離為250m,電文內(nèi)容為“海因里斯·赫茲”。

1895年,馬可尼在自家的花園里成功地把無線電信號發(fā)送了2.4km的距離,他成了世界上第一臺實(shí)用的無線電報(bào)系統(tǒng)的發(fā)明者。馬可尼在少年時(shí)期就對物理和電學(xué)有著很濃厚的興趣,讀過麥克斯韋、赫茲、里希、洛奇等人的著作。

1896年,馬可尼攜帶著自己的裝置到了英國,在那里他被介紹給郵政總局的總工程師威廉·普利斯,普利斯后來被封為爵士。這年年末,馬可尼取得了世界上第一個(gè)無線電報(bào)系統(tǒng)領(lǐng)域的專利。他在倫敦、薩里斯堡平原以及跨越布里斯托爾灣成功地演示了他的通信裝置。1897年7月成立了“無線電報(bào)及電信有限公司”,1900年改名為“馬可尼無線電報(bào)有限公司”。這年馬可尼改進(jìn)了無線電傳送和接收設(shè)備,在布里斯托爾海峽進(jìn)行無線電通信并取得成功,把信息傳播了12km。同年又在斯佩西亞向意大利政府演示了19km的無線電信號發(fā)送。1898年,英國舉行了一次游艇賽,終點(diǎn)設(shè)在離岸32km的海上?!抖及亓挚靾?bào)》特聘馬可尼為信息員。他在賽程的終點(diǎn)用自己發(fā)明的無線電報(bào)機(jī)向岸上的觀眾即時(shí)通報(bào)了比賽的結(jié)果,引起了很大的轟動(dòng)。這被認(rèn)為是無線電通信的第一次實(shí)際應(yīng)用。1898年在英吉利海峽兩岸進(jìn)行無線電報(bào)跨海試驗(yàn)成功,通信距離為45km。1899年他建立起了跨越英吉利海峽的法國和英國之間的無線電通信。他在尼德爾斯、懷特島、伯恩默斯,后來又在哈芬旅社、普爾和多塞特建立了永久性的無線電臺。1899年又建立了106km距離的通信聯(lián)系。1900年10月在英國建立了一座強(qiáng)大的發(fā)射臺,采用10kW的音響火花式電報(bào)發(fā)射機(jī)。1900年馬可尼為其“調(diào)諧式無線電報(bào)”取得了著名的第7777號專利。圖1-9為馬可尼和他的無線電傳送與接收設(shè)備。

圖1-9 馬可尼和他的無線電傳送與接收設(shè)備

1901年12月的具有歷史意義的一天,馬可尼決定用他的發(fā)報(bào)系統(tǒng)證明無線電波不受地球表面彎曲的影響。這次進(jìn)行的橫跨大西洋的無線電報(bào)試驗(yàn)具有很大風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)許多人認(rèn)為無線電波應(yīng)該和光一樣是直線傳播的,而大西洋跨越3700km,這樣彎曲的地球表面無論如何也不可能直接傳遞無線電波。可是馬可尼從遠(yuǎn)距離無線電波的成功實(shí)踐和發(fā)射臺一端接地的事實(shí)出發(fā),堅(jiān)信有可能使定向電波沿地球表面?zhèn)鞑ァK褂?00kHz中波信號,第一次使無線電波越過了康沃爾郡的波特休和紐芬蘭省的圣約翰斯之間的大西洋,距離為3381km。試驗(yàn)中,馬可尼在加拿大用風(fēng)箏牽引天線,成功地接收到了大西洋彼岸的無線電報(bào)。試驗(yàn)成功的消息轟動(dòng)全球。1902年和1912年間他還取得了數(shù)項(xiàng)新發(fā)明的專利權(quán)。1902年,他在美國“費(fèi)拉德爾菲亞”號郵輪的航程中試驗(yàn)了無線電報(bào)通信的“白晝效應(yīng)”,同年取得了“磁檢波器”的專利,以后的許多年中它成了標(biāo)準(zhǔn)的無線電收報(bào)機(jī)。1902年12月他第一次從新斯科舍州的格萊斯灣,后又從馬薩諸塞州的科德角向波特休發(fā)送了第一封完整的電文。這些早期的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了在1907年開通了格萊斯灣和愛爾蘭克利夫頓之間的第一次跨越大西洋的商業(yè)無線電報(bào)業(yè)務(wù),從而使無線電事業(yè)達(dá)到了高峰,在這以前,還建立了意大利的巴里和門特內(nèi)哥羅的阿維達(dá)里之間的短距離民用無線電報(bào)。

從1903年開始,從美國向英國《泰晤士報(bào)》用無線電傳遞新聞,當(dāng)天見報(bào)。

1905年,馬可尼又取得了水平定向天線的專利,1912年發(fā)明了產(chǎn)生連續(xù)電波的“間斷火花”系統(tǒng)。到了1909年無線電報(bào)已經(jīng)在通信事業(yè)上大顯身手。在這以后許多國家的軍事要塞、海港船艦大都裝備有無線電設(shè)備,無線電報(bào)成了全球性的事業(yè)。

1909年,諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國倫敦馬可尼無線電報(bào)公司的意大利物理學(xué)家馬可尼和德國阿爾薩斯州斯特拉斯堡大學(xué)的布勞恩,以承認(rèn)他們在發(fā)展無線電報(bào)上所做的貢獻(xiàn)。

1914年,馬可尼被任命為意大利軍隊(duì)的中尉,后提升為上尉。1916年調(diào)任為海軍司令部的中校。他曾是1917年意大利政府赴美使團(tuán)的成員之一,1919年擔(dān)任巴黎和會的意大利特命全權(quán)代表。同年馬可尼被授予意大利軍功勛章,以表彰他在軍隊(duì)中的服務(wù)。戰(zhàn)爭期間馬可尼在意大利服役時(shí),對他早先在實(shí)驗(yàn)中使用過的短波重新進(jìn)行了研究。在他和英國的合作者共同做了進(jìn)一步的試驗(yàn)之后,于1923年在波爾杜電臺和當(dāng)時(shí)巡航于大西洋和地中海的馬可尼快艇“艾列特拉”號之間做了一系列的試驗(yàn)。這些試驗(yàn)最后導(dǎo)致建立了遠(yuǎn)距離定向通信系統(tǒng)。英國政府采納了用這種系統(tǒng)作為英聯(lián)邦之間通信手段的方案。把英國和加拿大聯(lián)系起來的第一臺定向無線電臺于1926年建成,第二年又增設(shè)了其他電臺。

1931年,馬可尼開始研究更短波的傳遞特性,結(jié)果于1932年在梵蒂岡城和卡斯特爾—甘多爾福的波普夏宮之間創(chuàng)立了世界上第一次微波無線電話聯(lián)系。兩年之后馬可尼在塞斯特里—累旺特演示了導(dǎo)航用的微波無線電航標(biāo)。1935年又在意大利對雷達(dá)原理做了實(shí)際表演,這是他早在1922年在紐約向美國無線電工程學(xué)院作的一篇報(bào)告中首次預(yù)言過的。

馬可尼獲得過許多大學(xué)的榮譽(yù)博士學(xué)位,以及許多國際榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì),除了1909年和布勞恩一起獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),還有英國皇家藝術(shù)學(xué)會的阿爾伯特獎(jiǎng)?wù)?、約翰·弗利茲獎(jiǎng)?wù)?、開爾文獎(jiǎng)?wù)?、俄國沙皇授予的圣安娜勛章、意大利國王任命他為圣馬賴斯和圣拉扎路斯榮譽(yù)海軍中校、1902年被授予意大利國王大十字勛章。1903年馬可尼還獲得過羅馬城的榮譽(yù)市民稱號,1905年被封為薩瓦城的文官爵位。馬可尼還有許多其他榮譽(yù)稱號,如1914年被封為意大利元老院的議員,獲得過英國皇家維多利亞大十字勛章和爵位,1929年獲得了侯爵的世襲頭銜。馬可尼在1937年7月20日逝世于羅馬。

1898年,與馬可尼同獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)布的布勞恩開始從事無線電報(bào)的研究,試圖以高頻電流將莫爾斯信號經(jīng)過水的傳播發(fā)送。后來他又把閉合振蕩電路應(yīng)用于無線電電報(bào),而且是第一個(gè)使電波沿確定方向發(fā)射的試驗(yàn)者之一。1902年他成功地用定向天線系統(tǒng)接收到了定向發(fā)射的信號。布勞恩的關(guān)于無線電報(bào)的論文以小冊子的形式發(fā)表于1901年,題目是“通過水和空氣的無線電報(bào)”。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后,布勞恩曾被派往紐約。由于他離開了自己的實(shí)驗(yàn)室以及身體有病,沒有可能繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)研究工作。布勞恩1918年4月20日逝世于美國。

20世紀(jì)20年代初人們發(fā)現(xiàn)了短波通信,直到20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信的興起,它一直是國際遠(yuǎn)距離通信的主要手段,并且對目前的應(yīng)急和軍事通信仍然很重要。

20世紀(jì)40年代到50年代產(chǎn)生了傳輸頻帶較寬、性能較穩(wěn)定的微波通信,成為長距離、大容量地面干線無線傳輸?shù)闹饕侄?,模擬調(diào)頻傳輸容量高達(dá)2700路,也可同時(shí)傳輸高質(zhì)量的彩色電視,而后逐步進(jìn)入中容量乃至大容量數(shù)字微波傳輸。

20世紀(jì)80年代中期以來,隨著頻率選擇性色散衰落對數(shù)字微波傳輸中斷影響的發(fā)現(xiàn)以及一系列自適應(yīng)衰落對抗技術(shù)與高狀態(tài)調(diào)制及檢測技術(shù)的發(fā)展,使數(shù)字微波傳輸產(chǎn)生了一個(gè)革命性的變化。特別應(yīng)該指出的是,20世紀(jì)80年代至90年代發(fā)展起來的一整套高速、多狀態(tài)的自適應(yīng)編碼調(diào)制解調(diào)技術(shù)與信號處理及信號檢測技術(shù),對現(xiàn)今的衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、全數(shù)字HDTV傳輸、通用高速有線/無線的接入、高質(zhì)量的磁性記錄等諸多領(lǐng)域的信號設(shè)計(jì)和信號的處理應(yīng)用起到了重要的作用。

3.無線電話的誕生

1903年,無線電話試驗(yàn)成功,使電話通信從此擺脫對電話線的依賴,使移動(dòng)條件下的電話通信成為可能。

1904年,“蜘蛛式”民用波段電話試驗(yàn)成功。

20世紀(jì)20年代至40年代,在短波幾個(gè)頻段上,美國底特律市警察開始使用2MHz、30~40MHz頻段的車載無線電系統(tǒng)。

1941年,美國陸軍開始裝備和應(yīng)用軍用步話機(jī)進(jìn)行移動(dòng)狀態(tài)下的電話通信。

1946年,貝爾公司在圣路易斯城建立了采用單工方式通信的稱為“城市系統(tǒng)”的世界上第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)。1950年西德、1956年法國、1959年英國等國相繼研制了公用移動(dòng)電話系統(tǒng)。受無線電頻率資源限制,早期的無線電通信只能用于軍事和少數(shù)特殊行業(yè)的通信中。

4.移動(dòng)蜂窩通信的出現(xiàn)

1947年,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩通信的概念,將移動(dòng)電話的服務(wù)區(qū)劃分成若干個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站,構(gòu)成蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),此舉解決了移動(dòng)通信中的頻譜緊張問題,使人人可用手機(jī)通信成為可能。圖1-10為蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的原理圖。

圖1-10 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)原理圖

1973年4月,手機(jī)的發(fā)明者——美國摩托羅拉公司的工程技術(shù)人員馬丁·庫帕站在紐約街頭,用一個(gè)約有兩塊磚頭大的無線電話機(jī)實(shí)現(xiàn)了首次民用移動(dòng)通信。

1978年,貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們在芝加哥試驗(yàn)成功了世界上第一個(gè)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),并于1983年正式投入商用。這是移動(dòng)通信發(fā)展史上的重大發(fā)明。

1979年,日本推出800MHz汽車電話系統(tǒng)。

1980年,瑞典等北歐四國開發(fā)出頻段為450MHz的NMT 450移動(dòng)通信網(wǎng)。

1982年,歐洲成立了GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)),任務(wù)是制訂泛歐移動(dòng)通信漫游標(biāo)準(zhǔn)。隨后便攜式電報(bào)電話的出現(xiàn),為以后GSM移動(dòng)電話系統(tǒng)開辟了新的天地。

1983年,AMPS蜂窩系統(tǒng)在美國的芝加哥開通。

1984年,西德完成頻段為450MHz的移動(dòng)C網(wǎng)通信。1985年,英國開發(fā)出頻段為900MHz的全地址通信系統(tǒng)(TACS)。法國開發(fā)出450MHz移動(dòng)電話系統(tǒng)。加拿大也推出自己的450MHz移動(dòng)電話系統(tǒng)(MTS)。

1992年12月3日,全球第一條移動(dòng)文本短信在英國發(fā)出,若干年之后,預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)使移動(dòng)電話和短信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了快速增長。僅2011年,全球共發(fā)送近10萬億條文本短信。

1998年5月,愛立信、諾基亞、東芝、IBM和英特爾公司等五家著名廠商,在聯(lián)合開展短程無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)時(shí)提出了藍(lán)牙技術(shù),其宗旨是提供一種短距離、低成本的無線傳輸應(yīng)用技術(shù)。Intel公司負(fù)責(zé)半導(dǎo)體芯片和傳輸軟件的開發(fā),愛立信公司負(fù)責(zé)無線射頻和移動(dòng)電話軟件的開發(fā),IBM和東芝公司負(fù)責(zé)筆記本電腦接口規(guī)格的開發(fā)。

2001年,ITU-D第7專題組經(jīng)過一系列的技術(shù)比較以及方案論證,最終發(fā)現(xiàn)CDMA450方案是解決用戶分散地區(qū)通信的最佳選擇。“大靈通”是以SCDMA無線技術(shù)作為接入手段的固定電話業(yè)務(wù)。中國信威公司從2001年開始在大慶油田建第一個(gè)網(wǎng)。

2001年,日本第一大運(yùn)營商N(yùn)TT DoCoMo正式開通名為FOMA的第三代移動(dòng)電話服務(wù),這是3G在世界上首次大規(guī)模投入市場,代表著3G業(yè)務(wù)在全球的首次商用。

2001年8月,以法國阿爾卡特、瑞典愛立信、美國摩托羅拉、芬蘭諾基亞、德國西門子這歐美幾大通信設(shè)備制造商為中心,成立了無線世界研究論壇(WWRF),該論壇是一個(gè)在全球范圍內(nèi)探討、研究4G標(biāo)準(zhǔn)的非營利組織。

2006年,我國的863計(jì)劃已經(jīng)瞄準(zhǔn)世界高新技術(shù)的最前沿,著手開發(fā)世界上規(guī)模最大的第四代移動(dòng)通信(4G)網(wǎng)絡(luò)。

2009年初,國際電信聯(lián)盟(ITU)在全世界范圍內(nèi)征集第四代移動(dòng)通信(IMT-Advanced)候選技術(shù)。到2009年10月,ITU共計(jì)征集到了來自北美標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE的802.16m、日本3GPP的FDD-LTE-Advance、韓國(基于802.16m)和中國(TD-LTE-Advanced)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP(FDD-LTE-Advance)的6個(gè)候選技術(shù)。2012年1月18日下午5時(shí),國際電信聯(lián)盟在2012年無線電通信全會全體會議上,正式審議通過將LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技術(shù)規(guī)范確立為IMT-Advanced(俗稱“4G”)國際標(biāo)準(zhǔn),中國主導(dǎo)制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同時(shí)并列成為4G國際標(biāo)準(zhǔn),也標(biāo)志著中國在移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)域再次走到了世界前列,為TD-LTE產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展及國際化提供了重要基礎(chǔ)。

2013年12月4日,工信部正式向三大運(yùn)營商發(fā)布4G牌照,中國移動(dòng)、中國電信和中國聯(lián)通均獲得TD-LTE牌照。中國移動(dòng)于2014年1月17日、中國電信于2014年2月14日、中國聯(lián)通于2014年3月18日開始4G全國商用。

2009年,華為公司已經(jīng)展開始了5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的早期研究,2014年日本電信營運(yùn)商N(yùn)TT DoCoMo正式宣布開展5G網(wǎng)絡(luò)研究,2015年3月英國、歐盟開始了5G研究和測試,2015年9月美國移動(dòng)運(yùn)營商Verizon無線公司宣布將從2016年開始試用5G網(wǎng)絡(luò),2017年在美國部分城市全面商用。2016年諾基亞與加拿大運(yùn)營商Bell Canada合作,完成加拿大首次5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測試。2017年2月9日,國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP宣布了“5G”的官方Logo。2017年11月,工信部發(fā)布《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》,確定5G中頻頻譜,能夠兼顧系統(tǒng)覆蓋和大容量的基本需求,正式啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第三階段工作。2017年12月21日,在國際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP RAN第78次全體會議上,5G NR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。2018年2月23日,在世界移動(dòng)通信大會召開前夕,沃達(dá)豐和華為宣布,兩公司在西班牙合作采用非獨(dú)立的3GPP 5G新無線標(biāo)準(zhǔn)和Sub6GHz頻段完成了全球首個(gè)5G通話測試。2018年6月13日,3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)SA(Standalone,獨(dú)立組網(wǎng))方案在3GPP第80次TSG RAN全會正式完成并發(fā)布,這標(biāo)志著首個(gè)真正完整意義的國際5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐。14日,3GPP全會(TSG#80)批準(zhǔn)了第五代移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(5G NR)獨(dú)立組網(wǎng)功能凍結(jié)。

5.集群移動(dòng)通信的產(chǎn)生

20世紀(jì)70年代,集群移動(dòng)通信系統(tǒng)產(chǎn)生,這是一種較經(jīng)濟(jì)、較靈活的移動(dòng)通信系統(tǒng),它是傳統(tǒng)的專用無線電調(diào)度網(wǎng)的高級發(fā)展階段。傳統(tǒng)的專用無線電調(diào)度系統(tǒng),其特點(diǎn)是整體規(guī)劃性差、型號和制式混雜、網(wǎng)小臺多、覆蓋面窄、噪聲干擾嚴(yán)重、頻率資源浪費(fèi)。國內(nèi)外通信界普遍認(rèn)為,20世紀(jì)80~90年代是集群移動(dòng)通信在專用無線電通信中占據(jù)比重較大的10年,是與蜂窩移動(dòng)通信齊頭并進(jìn)的一種先進(jìn)通信系統(tǒng)。美、英、法、德、日、北歐四國、加拿大及澳大利亞等國家都廣泛開發(fā)和使用這一系統(tǒng)。圖1-11為集群移動(dòng)通信系統(tǒng)原理圖。

圖1-11 集群移動(dòng)通信系統(tǒng)原理圖

BS-基地臺 CP-調(diào)度直通電話

MX-無線交換機(jī) PABX-專用小交換機(jī)

O&M-網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) PSTN-市話交換機(jī)

6.無繩電話的產(chǎn)生

1980年前后,無繩電話出現(xiàn)了,最早的無繩電話的工作頻率為27MHz。這些無繩電話存在下列問題:范圍有限、聲音質(zhì)量差、噪聲大、靜電干擾大、安全性差,由于信道數(shù)量有限,人們很容易截獲來自其他無繩電話的信號。

1986年,美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)允許將47~49MHz的頻段提供給無繩電話使用,這不僅改善了它們的信號干擾問題,還降低了耗電量。但是,這些電話的工作距離仍然有限,聲音質(zhì)量依然很差。

1990年,由于43~50MHz的無繩電話頻段日漸擁擠,F(xiàn)CC提供了900MHz的頻段。通過此次提高頻率,無繩電話的聲音變得更加清晰,傳播距離更遠(yuǎn)了,可供選擇的信道也變得更多了。但是,無繩電話仍然十分昂貴,價(jià)格約為400美元。

1994年,市場上推出了頻段為900MHz的數(shù)字無繩電話。數(shù)字信號提高了電話的安全性,而對模擬無繩電話的竊聽則較為容易。

1995年,人們開始在無繩電話中應(yīng)用數(shù)字?jǐn)U頻(DSS)技術(shù)。此技術(shù)可讓數(shù)字信息在接收器和座機(jī)之間通過多個(gè)頻率分段傳播,從而使他人幾乎無法竊聽無繩電話的通話內(nèi)容。

1998年,F(xiàn)CC開放了2.4GHz頻段供無繩電話使用。此頻率不僅增加了無繩電話的工作距離,還使其脫離了大多數(shù)無線電掃描儀的頻段,從而進(jìn)一步提高了安全性。

7.小靈通的發(fā)展與消亡

1996~1997年,這一階段是小靈通技術(shù)準(zhǔn)備期。當(dāng)時(shí)為了拯救境況不佳的固定電話業(yè)務(wù),日本試驗(yàn)了一種被稱作PHS的無線本地環(huán)路(WLL)技術(shù),但未能在日本市場取得成功。20世紀(jì)90年代末,中國電信重組,移動(dòng)業(yè)務(wù)分離。由于中國電信不能經(jīng)營移動(dòng)業(yè)務(wù),美國UT斯達(dá)康公司將PHS技術(shù)引入國內(nèi),改名為“小靈通”。圖1-12為小靈通系統(tǒng)的原理圖。

圖1-12 小靈通系統(tǒng)原理圖

小靈通功耗小,電磁波輻射極小,對人體沒有任何輻射危害,小靈通與固定電話采用相同的費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn),并實(shí)行單向收費(fèi),這些優(yōu)勢致使小靈通也曾有過一段輝煌時(shí)期。但從2007年1月起,運(yùn)營商開始實(shí)施手機(jī)單向收費(fèi),小靈通賴以生存的價(jià)格空間被打破,用戶數(shù)開始逐年下滑。在投資方面,多年來,原中國網(wǎng)通共投資292億元購買小靈通設(shè)備,中國電信在小靈通上共投資約1000億元。

1998年1月,浙江余杭區(qū)正式開通小靈通,實(shí)行單向收費(fèi),月租費(fèi)20元,資費(fèi)每分鐘0.2元,標(biāo)志著小靈通正式進(jìn)入我國市場。

2000年6月,信息產(chǎn)業(yè)部下發(fā)通知,將小靈通定位為“固定電話的補(bǔ)充和延伸”,這標(biāo)志著限制小靈通發(fā)展的政策有所松動(dòng)。

2006年8月底,中國小靈通用戶達(dá)到9300萬。海外小靈通用戶超過700萬。全球范圍內(nèi)的小靈通用戶已經(jīng)突破一億。

2007年11月,小靈通用戶大量減少,10個(gè)月減少250萬戶。

2008年10月,工業(yè)和信息化部無線電管理局表示,小靈通所用1900~1920MHz頻段今后將用于TD-SCDMA。

2009年1月,中國聯(lián)通在公布2008年業(yè)績預(yù)告時(shí)披露,將小靈通列入貶值資產(chǎn)。

2009年2月,中國電信、中國聯(lián)通接到工信部相關(guān)文件,2011年前將妥善完成小靈通退市的相關(guān)工作,以確保不對1880~1900MHz頻段的TD-SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)生有害干擾。

8.大靈通的發(fā)展與消亡

1998年,大靈通走出實(shí)驗(yàn)室大門進(jìn)入市場。與小靈通PHS相比,CDMA450得名大靈通,后來SCDMA400也被稱為大靈通。CDMA450技術(shù)后來被政策明令禁止。CDMA450是工作在450MHz,以CDMA2000為核心的技術(shù)。SCDMA400工作在400MHz,為我國3G標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA的2G版本。中國網(wǎng)通向工信部申請了1800MHz的SCDMA頻段。我國大靈通的核心技術(shù)全部掌握在北京信威公司手中,能提供大靈通終端的廠商僅有大唐和普天兩家公司。

最初,CDMA450是為了將東歐和北歐廣泛使用的NMT450模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)升級至支持多媒體應(yīng)用的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)而開發(fā)的。而且CDMA450技術(shù)本身具有頻率低、覆蓋廣、室內(nèi)穿透覆蓋好、容量大、支持無線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等特點(diǎn),在覆蓋范圍很大、用戶密度很低的情況下它的投資成本仍可以保持較低。

2001年,ITU-D第7專題組經(jīng)過一系列的技術(shù)比較以及方案論證,最終發(fā)現(xiàn)CDMA450方案是解決用戶分散地區(qū)通信的最佳選擇。CDMA450相對CDMA800/1900僅僅更換了射頻模塊,在技術(shù)上與其沒有本質(zhì)的區(qū)別,價(jià)格也幾乎相當(dāng)。但不一樣的是,CDMA450每個(gè)基站的覆蓋面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過PHS和CDMA2000。

2003年下半年開始,大靈通抓住中國網(wǎng)通和中國電信南北分家之后,相互滲透對方固話市場的契機(jī),在大江南北實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。大靈通運(yùn)用了中國唯一擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G(TD-SCDMA)核心技術(shù),能不斷地自主改進(jìn)升級,具有信號覆蓋好、高速移動(dòng)時(shí)不掉線、環(huán)保輻射低等諸多優(yōu)點(diǎn),其通話質(zhì)量可與手機(jī)相媲美,資費(fèi)更實(shí)惠。

2008年10月15日,中國聯(lián)通和中國網(wǎng)通合并,合并后的新聯(lián)通繼續(xù)經(jīng)營大靈通業(yè)務(wù)。3G牌照發(fā)放后,各運(yùn)營商在3G上投入大量的資金,使得運(yùn)營商對現(xiàn)有大靈通市場的投資熱情受到影響,開發(fā)商對大靈通的后續(xù)支持和技術(shù)開發(fā)也受到一定程度影響,因此從2011年起大靈通慢慢退出市場。

9.BP機(jī)

1983年,上海開通國內(nèi)第一家尋呼臺,BP機(jī)進(jìn)入中國。當(dāng)時(shí)能夠有顯示中文的BP機(jī)能賣到8000~9000元。但隨著手機(jī)的發(fā)展,BP機(jī)未能使它本已老去的生命通過脫胎換骨來煥發(fā)新生,至2000年尋呼業(yè)發(fā)展到頂峰后便急轉(zhuǎn)直下,尋呼市場日漸萎縮,到2005年前后,各地陸續(xù)停止了BP機(jī)業(yè)務(wù),2007年3月,信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)展公示稱,中國聯(lián)通公司申請停止經(jīng)營該業(yè)務(wù)。使BP機(jī)最終結(jié)束歷史使命。隨著BP機(jī)的全面退出通信服務(wù),個(gè)人無線通信業(yè)務(wù)進(jìn)入了手機(jī)普及的黃金時(shí)代。

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