1.2.2 电话的兴起

1796年，英国人休斯提出了用话筒接力传送语音的办法，并将其命名为Telephone。日本人将其意译为“电话”，早期的中国人将其音译为“德律风”。

1854年，法国人鲍萨尔设想出电话原理，6年之后德国人赖伊斯又重复了这个设想。其原理是将两块薄金属片用电线相连，一方发出声音使金属片振动，再转换成电的形式传给对方。

1.2.2.1 电话的发明及其影响

电话的发明涉及几个重要人物的贡献，但他们的命运和对人类进步的影响却是不同的。

1.格雷

1876年2月14日，格雷与贝尔在同一天申报了专利，但由于在具体时间上比贝尔晚了2小时左右，最终败诉。格雷的设计原理与贝尔有所不同，格雷是利用送话器内部液体的电阻随声音变化而变化来获得话音电流，而受话器则与贝尔的完全相同。

2.爱迪生

1877年，爱迪生（见图1-2）取得了发明碳粒送话器的专利。1879年，爱迪生制成炭精送话器，使送话效果显著提高。

贝尔、格雷、爱迪生三人的专利之争直到1892年才算告一段落。当时美国最大的西部联合电报公司买下了格雷和爱迪生的专利权，与贝尔的电话公司对抗。长时期专利之争的结果是双方达成一项协议，西部联合电报公司完全承认贝尔的专利权，从此不再染指电话业，交换条件是17年之内分享贝尔电话公司收入的20%。

3.梅乌奇

1849年的一天，痴迷于电生理学研究的移居美国的意大利人安东尼奥·梅乌奇（见图1-3），把一块与线圈连接的金属簧片插入了朋友的口中，线圈连接导线，通到另一个房间。在准备好一套器械要给朋友治疗时，通过连接两个房间的电线，他清楚地听见了从另外一个房间里传出的朋友的声音。梅乌奇马上意识到这一现象有着不寻常的意义，并立即着手研究被他称之为“会说话的电报机”的装置。其原理是，以线圈连接的金属簧片为传感器，将声音的振动转变成电流，通过导线进行传输。

1850年至1862年，梅乌奇制作了几种不同形式的声音传送仪器，称作“远距离传话筒”。1860年首次向公众展示了他的发明，并在纽约的意大利语报纸上发表了关于这项发明的介绍。可惜的是，梅乌奇生活潦倒，无力保护他的发明。当时申报专利需要交纳250美元的申报费用，而长时间的研究工作已经耗尽了他所有的积蓄。梅乌奇的英语水平不高，这也使他无法了解该怎样保护自己的发明。1870年，梅乌奇患上了重病，以仅6美元的低价卖掉了自己发明的通话设备。为了保护自己的发明，梅乌奇试图获取一份被称作“保护发明特许权请求书”的文件。为此他每年需要交纳10美元的费用，并且每年需要更新一次。3年之后，梅乌奇沦落到靠领取社会救济金度日，付不起手续费，请求书也随之失效。1874年，梅乌奇寄了几个“远距离传话筒”给美国西联电报公司，希望能将这项发明卖给他们。但是，他并没有得到答复。当请求归还原件时，他被告知这些机器已不翼而飞。当两年后贝尔也发明了电话机并与西联电报公司签订了巨额合同时，梅乌奇为此提起诉讼，最高法院也同意审理这个案件。但由于梅乌奇于1889年过世，使诉讼不了了之。直到2002年6月15日美国国会269号决议才确认安东尼奥·梅乌奇为电话的发明人。如今在梅乌奇的出生地佛罗伦萨有一块纪念碑，上面写着“这里安息着电话的发明者——安东尼奥·梅乌奇”。

4.贝尔

亚历山大·格拉汉姆·贝尔（1847-1922，见图1-4），出生于英国苏格兰的爱丁堡，1871年迁居加拿大，后来移民美国。受祖父、父亲毕生都从事聋哑人教育事业的家庭影响，他从小就对声学和语言学有浓厚的兴趣。21岁时在伦敦大学攻读生理解剖学。1872年，美国波士顿大学专门从事聋哑人语言教育的语言心理学教授的贝尔，对用电来传送声音产生了浓厚的兴趣。开始，他的兴趣是在研究电报上，最初，贝尔在由于声音而振动的薄金属片上安装电磁开关，用电磁开关把电路断开，形成一开一闭的脉冲信号。之后，贝尔又萌生了发明一套能通过一根线路同时传送几条信息的机器的想法。他设想通过几片衔铁协调不同频率，在发送端，这些衔铁会在某一频率截断电流，并以特定频率发送一系列脉冲；在接收端，只有与该脉冲频率相匹配的衔铁才能被激活。通过几年的努力，贝尔发明了几套电报系统。有一次，当他在做电报实验时，偶然发现了一块铁片在磁铁前振动会发出微弱声音的现象，而且他还发现这种声音能通过导线传向远方。这给贝尔以很大的启发，他想，如果对着铁片讲话，不也可以引起铁片的振动吗？这就是贝尔关于电话的最初构想。贝尔发明电话的努力得到了当时美国著名的物理学家约瑟夫·亨利的鼓励。亨利对他说：“你有一个伟大发明的设想，干吧！”当贝尔说到自己缺乏电学知识时，亨利说：“学吧。”在亨利的鼓舞下，贝尔进行了大量研究，探索语音的组成，并在精密仪器上分析声音的振动。设想如果振动膜上的振动被传送到用炭涂黑的玻璃片上，振动就可以被“看见”了。随后贝尔开始思考有没有可能将声音振动转化成随声音变化的电流，这样就可以通过线路传递声音了。

1875年6月2日，贝尔和沃森特正在进行电话模型的最后设计和改进，沃森特在紧闭了门窗的另一房间把耳朵贴在音箱上准备接听，贝尔在最后操作时不小心把硫酸溅到自己的腿上，他疼痛地叫了起来:“沃森特先生，快来帮我啊！”没有想到，这句话通过他实验中的电话传到了在另一个房间工作的助手沃森特的耳朵里。这句极普通的话，也就成为人类第一句通过电话传送的语音而记入史册。贝尔在得知自己试验的电话已经能够传送声音时，热泪盈眶。当天晚上，他在写给母亲的信中预言：“朋友们各自留在家里，不用出门也能互相交谈的日子就要到来了！”图1-5为早期的电话试验场景。

1876年2月14日，贝尔申请专利权。1876年3月7日，在贝尔30岁生日前夕，通过电线传输声音的设想得到了专利认证，专利证号码NO：174655。至今美国波士顿法院路109号的门口，仍钉着块镌有“1875年6月2日电话诞生在这里”的铜牌。

1877年，在波士顿和纽约之间架设的300km的第一条电话线路开通。第一部私人电话安装在查理斯·威廉姆斯于波士顿的办公室与马萨诸塞州的住宅之间。一年之内，贝尔共安装了230部电话，建立了贝尔电话公司，这是美国电报电话公司（AT&T）的前身。在此后的发展过程中，电话被不断改进。从1878年贝尔电话公司正式成立到2010年，先后出现的电话有：手持半双工电话、盒式磁力发电机电话、贝尔型磁力发电机壁式电话、木支架桌式电话、“咖啡壶式”电话、投币电话、数字机械电话、直立桌式电话、直立锥形桌面电话、20线分离电话、磁力发电机台式电话、角落台式电话、树式桌面电话、公用电池墙式电话、门廊对讲机、数字拨号桌式电话、电台波段电话、扩音器电话、互联电话、自动收发电报壁式电话、电报传真电话、抗噪声桌面电话、交流发电振铃电话、自动拨号电话、按钮电话、智能电话、电视会议电话、刷卡电话、VoIP网络电话、USB电话、模拟移动电话、数字移动电话、移动电视电话、可上网电话、网络电话等。到20世纪后期，贝尔系统——AT&T的下属公司曾拥有美国电话市场份额的80%。1984年，由于美国司法部的反垄断诉讼，贝尔公司被迫分割成多个独立的地方贝尔公司。

5.贝尔实验室

贝尔不仅善于科学发明与创新，也善于科技成果的转化，而后者对社会进步的影响更大。1925年1月1日，当时AT&T总裁，华特·基佛德收购了西方电子公司的研究部门，成立了一个叫作“贝尔电话实验室公司”的独立实体。AT&T和西方电子各拥有该公司的50%的份额。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、太阳电池、电荷耦合器件、数字信号处理器、单芯片处理器、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、存储程序控制电话交换机、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。可以说，贝尔实验室为人类在迈向现代信息文明社会的过程中做出了巨大的贡献，共获专利两万五千多项，现在平均每个工作日获得三项多专利。下面列举几个典型事例。

（1）对射电天文学的贡献

1927年，卡尔·央斯基到贝尔电话实验室工作。当时，无线电电话刚刚开始运营，从伦敦打电话到纽约3min时间要花费75美元，不仅很贵，通话中还常常受电磁干扰。第一台无线电话使用的频率极低，只有60kHz，波长则长达5km。到1929年，频率提高到10~20MHz，但电话仍然受到很强的来源不明的电磁干扰。央斯基被指派去研究短波无线电通信中来自空间的无线电波的天电干扰问题。这些干扰包括来自大气中的雷电、太阳耀斑爆发引起的地球电离层的扰动和来自宇宙天体的无线电辐射。

1931年，央斯基在美国新泽西州贝尔电话实验室研究和寻找干扰无线电波通信的噪声源时，发现除去两种雷电造成的噪声外，还存在着第三种噪声，一种很低且很稳定的“哨声”。研究中，卡尔·央斯基接收到一种每隔23时56分04秒出现最大值的无线电干扰信号，这微弱的电波不像是来自于太阳。央斯基想到它很可能对应于星空上某一固定的点，因为观测站的天线阵无法确定噪声源的准确位置，只能大体认为与银河中心的方向相等，央斯基对这一噪声进行了一年多的精确测量和周密分析，终于确认这种“哨声”来自地球大气之外，是银河系中心人马座方向发射的一种无线电波辐射。这个意外的发现，引起了当时天文学界的震惊，同时令当时人们感到迷惑，谁也不认为一颗恒星或一种星际物质会发出如此强烈的无线电波。但是，美国的另一位无线电工程师雷伯却坚信央斯基的发现是真实的。他研制了一架直径为9.6m的金属抛物面天线，并把它对准了央斯基曾经收到宇宙射电波的天空。1939年4月，他们再次发现了来自银河系中心人马座方向的辐射电波，所不同的是，央斯基接收的是波长为14.6m的无线电波，而雷伯接收到的是1.9m的无线电波。这样，雷伯不仅证实了央斯基的发现，同时还进一步发现了人马座射电源发射出许多不同波长的射电波。

1932年央斯基发表文章宣称：这是来自银河系中心方向的射电辐射。这是人类第一次捕捉到来自太空的无线电波，射电天文学从此诞生，这是天文学发展史上的又一次飞跃。为了纪念央斯基在1931至1932年所做出的这项贡献，在1973年8月举行的国际天文学联合会第十五次大会上，射电天文小组委员会通过决议，采用“央斯基”作为天体射电流量密度的单位，简写为“央”，并且纳入国际物理单位系统。卡尔·央斯基的发现揭开了射电天文学的序幕，图1-6为射电天文望远镜。

（2）对晶体管发明的贡献

1947年，贝尔实验室发明了晶体管，参与这项研究的约翰·巴丁、威廉·萧克利（William Shockley）、华特·豪舍·布拉顿（Walter Houser Brattain）于1956年获诺贝尔物理学奖。

（3）对信息科学的贡献

1948年，香农发表论文《通信的数学原理》，奠定了现代通信理论的基础。他的成果是部分基于奈奎斯特和哈特利先前在贝尔实验室的成果。

（4）对宇宙大爆炸理论的贡献

1964年，贝尔电讯实验室在新泽西州霍姆德城附近的克劳夫特山上，装设了一架不寻常的、庞大的天线，如图1-7所示。两位科学家彭加斯（A. A. Penzias）和威尔逊（R. W. Wilson）用这架天线进行射电天文学研究。他们操纵自动控制装置，把天线束指向天空的各个方向。结果发现，收到的噪声总是稍微高于原来预计的数值。为了证明这不是电子线路里产生的热噪声，他们将接收的功率与一个浸泡在温度低至绝对温度4K左右的液氦里的人工噪声源输出的功率相比较，证明噪声并不来自电子线路。进一步观察还发现，这种神秘的微波噪声非常稳定，无论是白天还是黑夜，也无论是春夏秋冬都同样存在。在检查原因时他们发现，在天线的“喉部”涂盖了一种“白色介电质”，原来那是一对鸽子在天线的喉部筑巢时留下的鸽子粪。他们捉住了鸽子，把它们送到贝尔实验室的威潘尼基地放掉。几天之后又有鸽子来了，只好再捉，并采取坚决措施防止它们再来。可是鸽子粪已经在天线喉部形成了一层“白色介电质”。天线上的鸽子粪当然有可能成为电噪声源。1965年初，工作人员拆卸开天线的喉部，清除了鸽子制造的“白色介电质”，但那幽灵般的微波噪声却丝毫也没有减弱。后来又想尽了各种办法，都不能驱除这个噪声幽灵。彭加斯和威尔逊最终认为，这个噪声幽灵应当来自宇宙，他们在天空的任何一个方向上都可以接收到这种稳定不变的微波噪声。这说明宇宙背景中普遍存在着一种均匀的或各向同性的微波辐射。

宇宙背景微波辐射的发现，是科学上一项重大的成就。可是，当时彭加斯和威尔逊还并不明白他们这项发现的重大意义。这项发现实际上是宇宙“大爆炸”起源学说的一个有力证明：那各向同性的宇宙背景微波辐射，是宇宙大爆炸时所留下的“余烬”！

1948年，阿尔发和赫尔曼根据盖莫夫发展的大爆炸理论预言了宇宙微波辐射背景的存在。20世纪60年代，美国普林斯顿研究院的迪克启发了皮伯斯在这方面做进一步研究。皮伯斯在一次学术报告中详细讲述了这项研究，报告的内容又由特纳转告了另一位科学家伯克。在宇宙背景微波辐射发现后不久，彭加斯因为一件别的事情给伯克打了个电话。伯克接着就问起彭加斯，他们的天空射电测量进行得怎样了。彭加斯回答说，测量进行得很顺利，只是测量结果中有些东西弄不明白。伯克立刻就告诉彭加斯，普林斯顿研究院的物理学家皮伯斯和迪克等的想法也许可以解释他们从天线接收到的宇宙微波噪声。于是彭加斯随后就给迪克打电话。这样彭加斯才认识到自己和威尔逊发现的宇宙背景微波辐射的重大意义。经过商定，他们决定在天体物理杂志上各自发表一篇通讯。彭加斯和威尔逊宣布他们的射电天文学观测结果，而由迪克、皮伯斯和威金森共同署名的文章则从宇宙学上进行理论解释。这两篇研究通讯发表后，在科学界引起了巨大的反响。由于给盖莫夫发展的宇宙大爆炸起源学说提供了有力的证据，彭加斯和威尔逊荣获1978年度的诺贝尔物理学奖。彭加斯和威尔逊的这项发现，在一定程度上带有偶然性。他们的观测并不是在宇宙起源研究的理论指导下进行的，而是在发现了结果之后，才由宇宙学家们给出理论上的解释。

（5）对激光冷却和捕获原子的贡献

1985年，贝尔实验室的朱棣文小组用三对方向相反的激光束分别沿x、y、z三个方向照射钠原子，在6束激光交汇处的钠原子团就被冷却下来，温度达到了240mK。朱棣文（S.Chu）、达诺基（C.C.Tannoudji）和菲利普斯（W.D.Phillips）因在激光冷却和捕获原子研究中的出色贡献而获得了1997年诺贝尔物理奖，其中朱棣文是第五位获得诺贝尔奖的华人科学家。

贝尔实验室是公认的当今通信界最具创造力的研发机构，在全球拥有10000多名科学家和工程师。

1996年，贝尔实验室以及AT&T的设备制造部门脱离AT&T成为朗讯科技，贝尔实验室目前有28000人。

1.2.2.2 移动通信的繁荣

1.无线电的诞生

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，当金属导线中有电流通过时，放在它附近的磁针便会发生偏转。接着，学徒出身的英国物理学家法拉第明确指出，奥斯特的实验证明了“电能生磁”。他还通过艰苦的实验，发现了导线在磁场中运动时会有电流产生的现象，即所谓的“电磁感应”现象。著名的科学家麦克斯韦进一步用数学公式表达了法拉第等人的研究成果，并把电磁感应理论推广到了空间。他认为，在变化的磁场周围会产生变化的电场，在变化的电场周围又将产生变化的磁场，如此一层层地像水波一样推开去，便可把交替的电磁场传得很远。

1864年，苏格兰人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。1873年，麦克斯韦根据已知的光波特性，推断无线电波的特性，发表了著名的“电磁论”。

1887年，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，1887年成为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）。图1-8为赫兹进行火花实验。

赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确性，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从“有线电通信”迈向“无线电通信”的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。

赫兹通过闪烁的火花，第一次证实了电磁波的存在，但他却断然否定利用电磁波进行通信的可能性。他认为，若要利用电磁波进行通信，需要有一个面积相当于欧洲大陆的巨型反射镜，显然这是不可能的。

2.无线电报的诞生

赫兹发现电磁波的消息传到了俄国一位正从事电灯推广工作的青年波波夫那里，他兴奋地说:“用我一生的精力去装电灯，对广阔的俄罗斯来说，只不过照亮了很小一角，要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界！”

1894年，波波夫改进了无线电接收机并为之增加了天线，使其灵敏度大大提高。1896年，波波夫成功地用无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250m，电文内容为“海因里斯·赫兹”。

1895年，马可尼在自家的花园里成功地把无线电信号发送了2.4km的距离，他成了世界上第一台实用的无线电报系统的发明者。马可尼在少年时期就对物理和电学有着很浓厚的兴趣，读过麦克斯韦、赫兹、里希、洛奇等人的著作。

1896年，马可尼携带着自己的装置到了英国，在那里他被介绍给邮政总局的总工程师威廉·普利斯，普利斯后来被封为爵士。这年年末，马可尼取得了世界上第一个无线电报系统领域的专利。他在伦敦、萨里斯堡平原以及跨越布里斯托尔湾成功地演示了他的通信装置。1897年7月成立了“无线电报及电信有限公司”，1900年改名为“马可尼无线电报有限公司”。这年马可尼改进了无线电传送和接收设备，在布里斯托尔海峡进行无线电通信并取得成功，把信息传播了12km。同年又在斯佩西亚向意大利政府演示了19km的无线电信号发送。1898年，英国举行了一次游艇赛，终点设在离岸32km的海上。《都柏林快报》特聘马可尼为信息员。他在赛程的终点用自己发明的无线电报机向岸上的观众即时通报了比赛的结果，引起了很大的轰动。这被认为是无线电通信的第一次实际应用。1898年在英吉利海峡两岸进行无线电报跨海试验成功，通信距离为45km。1899年他建立起了跨越英吉利海峡的法国和英国之间的无线电通信。他在尼德尔斯、怀特岛、伯恩默斯，后来又在哈芬旅社、普尔和多塞特建立了永久性的无线电台。1899年又建立了106km距离的通信联系。1900年10月在英国建立了一座强大的发射台，采用10kW的音响火花式电报发射机。1900年马可尼为其“调谐式无线电报”取得了著名的第7777号专利。图1-9为马可尼和他的无线电传送与接收设备。

1901年12月的具有历史意义的一天，马可尼决定用他的发报系统证明无线电波不受地球表面弯曲的影响。这次进行的横跨大西洋的无线电报试验具有很大风险。当时许多人认为无线电波应该和光一样是直线传播的，而大西洋跨越3700km，这样弯曲的地球表面无论如何也不可能直接传递无线电波。可是马可尼从远距离无线电波的成功实践和发射台一端接地的事实出发，坚信有可能使定向电波沿地球表面传播。他使用800kHz中波信号，第一次使无线电波越过了康沃尔郡的波特休和纽芬兰省的圣约翰斯之间的大西洋，距离为3381km。试验中，马可尼在加拿大用风筝牵引天线，成功地接收到了大西洋彼岸的无线电报。试验成功的消息轰动全球。1902年和1912年间他还取得了数项新发明的专利权。1902年，他在美国“费拉德尔菲亚”号邮轮的航程中试验了无线电报通信的“白昼效应”，同年取得了“磁检波器”的专利，以后的许多年中它成了标准的无线电收报机。1902年12月他第一次从新斯科舍州的格莱斯湾，后又从马萨诸塞州的科德角向波特休发送了第一封完整的电文。这些早期的实验导致了在1907年开通了格莱斯湾和爱尔兰克利夫顿之间的第一次跨越大西洋的商业无线电报业务，从而使无线电事业达到了高峰，在这以前，还建立了意大利的巴里和门特内哥罗的阿维达里之间的短距离民用无线电报。

从1903年开始，从美国向英国《泰晤士报》用无线电传递新闻，当天见报。

1905年，马可尼又取得了水平定向天线的专利，1912年发明了产生连续电波的“间断火花”系统。到了1909年无线电报已经在通信事业上大显身手。在这以后许多国家的军事要塞、海港船舰大都装备有无线电设备，无线电报成了全球性的事业。

1909年，诺贝尔物理学奖授予英国伦敦马可尼无线电报公司的意大利物理学家马可尼和德国阿尔萨斯州斯特拉斯堡大学的布劳恩，以承认他们在发展无线电报上所做的贡献。

1914年，马可尼被任命为意大利军队的中尉，后提升为上尉。1916年调任为海军司令部的中校。他曾是1917年意大利政府赴美使团的成员之一，1919年担任巴黎和会的意大利特命全权代表。同年马可尼被授予意大利军功勋章，以表彰他在军队中的服务。战争期间马可尼在意大利服役时，对他早先在实验中使用过的短波重新进行了研究。在他和英国的合作者共同做了进一步的试验之后，于1923年在波尔杜电台和当时巡航于大西洋和地中海的马可尼快艇“艾列特拉”号之间做了一系列的试验。这些试验最后导致建立了远距离定向通信系统。英国政府采纳了用这种系统作为英联邦之间通信手段的方案。把英国和加拿大联系起来的第一台定向无线电台于1926年建成，第二年又增设了其他电台。

1931年，马可尼开始研究更短波的传递特性，结果于1932年在梵蒂冈城和卡斯特尔—甘多尔福的波普夏宫之间创立了世界上第一次微波无线电话联系。两年之后马可尼在塞斯特里—累旺特演示了导航用的微波无线电航标。1935年又在意大利对雷达原理做了实际表演，这是他早在1922年在纽约向美国无线电工程学院作的一篇报告中首次预言过的。

马可尼获得过许多大学的荣誉博士学位，以及许多国际荣誉和奖励，除了1909年和布劳恩一起获得诺贝尔物理学奖，还有英国皇家艺术学会的阿尔伯特奖章、约翰·弗利兹奖章、开尔文奖章、俄国沙皇授予的圣安娜勋章、意大利国王任命他为圣马赖斯和圣拉扎路斯荣誉海军中校、1902年被授予意大利国王大十字勋章。1903年马可尼还获得过罗马城的荣誉市民称号，1905年被封为萨瓦城的文官爵位。马可尼还有许多其他荣誉称号，如1914年被封为意大利元老院的议员，获得过英国皇家维多利亚大十字勋章和爵位，1929年获得了侯爵的世袭头衔。马可尼在1937年7月20日逝世于罗马。

1898年，与马可尼同获诺贝尔物理学奖布的布劳恩开始从事无线电报的研究，试图以高频电流将莫尔斯信号经过水的传播发送。后来他又把闭合振荡电路应用于无线电电报，而且是第一个使电波沿确定方向发射的试验者之一。1902年他成功地用定向天线系统接收到了定向发射的信号。布劳恩的关于无线电报的论文以小册子的形式发表于1901年，题目是“通过水和空气的无线电报”。第一次世界大战爆发以后，布劳恩曾被派往纽约。由于他离开了自己的实验室以及身体有病，没有可能继续进行科学研究工作。布劳恩1918年4月20日逝世于美国。

20世纪20年代初人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。

20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽、性能较稳定的微波通信，成为长距离、大容量地面干线无线传输的主要手段，模拟调频传输容量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。

20世纪80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中断影响的发现以及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制及检测技术的发展，使数字微波传输产生了一个革命性的变化。特别应该指出的是，20世纪80年代至90年代发展起来的一整套高速、多状态的自适应编码调制解调技术与信号处理及信号检测技术，对现今的卫星通信、移动通信、全数字HDTV传输、通用高速有线/无线的接入、高质量的磁性记录等诸多领域的信号设计和信号的处理应用起到了重要的作用。

3.无线电话的诞生

1903年，无线电话试验成功，使电话通信从此摆脱对电话线的依赖，使移动条件下的电话通信成为可能。

1904年，“蜘蛛式”民用波段电话试验成功。

20世纪20年代至40年代，在短波几个频段上，美国底特律市警察开始使用2MHz、30~40MHz频段的车载无线电系统。

1941年，美国陆军开始装备和应用军用步话机进行移动状态下的电话通信。

1946年，贝尔公司在圣路易斯城建立了采用单工方式通信的称为“城市系统”的世界上第一个公用汽车电话网。1950年西德、1956年法国、1959年英国等国相继研制了公用移动电话系统。受无线电频率资源限制，早期的无线电通信只能用于军事和少数特殊行业的通信中。

4.移动蜂窝通信的出现

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，此举解决了移动通信中的频谱紧张问题，使人人可用手机通信成为可能。图1-10为蜂窝移动通信系统的原理图。

1973年4月，手机的发明者——美国摩托罗拉公司的工程技术人员马丁·库帕站在纽约街头，用一个约有两块砖头大的无线电话机实现了首次民用移动通信。

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。这是移动通信发展史上的重大发明。

1979年，日本推出800MHz汽车电话系统。

1980年，瑞典等北欧四国开发出频段为450MHz的NMT 450移动通信网。

1982年，欧洲成立了GSM（全球移动通信系统），任务是制订泛欧移动通信漫游标准。随后便携式电报电话的出现，为以后GSM移动电话系统开辟了新的天地。

1983年，AMPS蜂窝系统在美国的芝加哥开通。

1984年，西德完成频段为450MHz的移动C网通信。1985年，英国开发出频段为900MHz的全地址通信系统（TACS）。法国开发出450MHz移动电话系统。加拿大也推出自己的450MHz移动电话系统（MTS）。

1992年12月3日，全球第一条移动文本短信在英国发出，若干年之后，预付费业务的出现使移动电话和短信业务实现了快速增长。仅2011年，全球共发送近10万亿条文本短信。

1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。Intel公司负责半导体芯片和传输软件的开发，爱立信公司负责无线射频和移动电话软件的开发，IBM和东芝公司负责笔记本电脑接口规格的开发。

2001年，ITU-D第7专题组经过一系列的技术比较以及方案论证，最终发现CDMA450方案是解决用户分散地区通信的最佳选择。“大灵通”是以SCDMA无线技术作为接入手段的固定电话业务。中国信威公司从2001年开始在大庆油田建第一个网。

2001年，日本第一大运营商NTT DoCoMo正式开通名为FOMA的第三代移动电话服务，这是3G在世界上首次大规模投入市场，代表着3G业务在全球的首次商用。

2001年8月，以法国阿尔卡特、瑞典爱立信、美国摩托罗拉、芬兰诺基亚、德国西门子这欧美几大通信设备制造商为中心，成立了无线世界研究论坛（WWRF），该论坛是一个在全球范围内探讨、研究4G标准的非营利组织。

2006年，我国的863计划已经瞄准世界高新技术的最前沿，着手开发世界上规模最大的第四代移动通信（4G）网络。

2009年初，国际电信联盟（ITU）在全世界范围内征集第四代移动通信（IMT-Advanced）候选技术。到2009年10月，ITU共计征集到了来自北美标准化组织IEEE的802.16m、日本3GPP的FDD-LTE-Advance、韩国（基于802.16m）和中国（TD-LTE-Advanced）、欧洲标准化组织3GPP（FDD-LTE-Advance）的6个候选技术。2012年1月18日下午5时，国际电信联盟在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced（802.16m）技术规范确立为IMT-Advanced（俗称“4G”）国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际标准，也标志着中国在移动通信标准制定领域再次走到了世界前列，为TD-LTE产业的后续发展及国际化提供了重要基础。

2013年12月4日，工信部正式向三大运营商发布4G牌照，中国移动、中国电信和中国联通均获得TD-LTE牌照。中国移动于2014年1月17日、中国电信于2014年2月14日、中国联通于2014年3月18日开始4G全国商用。

2009年，华为公司已经展开始了5G移动网络相关技术的早期研究，2014年日本电信营运商NTT DoCoMo正式宣布开展5G网络研究，2015年3月英国、欧盟开始了5G研究和测试，2015年9月美国移动运营商Verizon无线公司宣布将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用。2016年诺基亚与加拿大运营商Bell Canada合作，完成加拿大首次5G网络技术的测试。2017年2月9日，国际通信标准组织3GPP宣布了“5G”的官方Logo。2017年11月，工信部发布《关于第五代移动通信系统使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段相关事宜的通知》，确定5G中频频谱，能够兼顾系统覆盖和大容量的基本需求，正式启动5G技术研发试验第三阶段工作。2017年12月21日，在国际电信标准组织3GPP RAN第78次全体会议上，5G NR首发版本正式冻结并发布。2018年2月23日，在世界移动通信大会召开前夕，沃达丰和华为宣布，两公司在西班牙合作采用非独立的3GPP 5G新无线标准和Sub6GHz频段完成了全球首个5G通话测试。2018年6月13日，3GPP 5G NR标准SA（Standalone，独立组网）方案在3GPP第80次TSG RAN全会正式完成并发布，这标志着首个真正完整意义的国际5G标准正式出炉。14日，3GPP全会（TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网功能冻结。

5.集群移动通信的产生

20世纪70年代，集群移动通信系统产生，这是一种较经济、较灵活的移动通信系统，它是传统的专用无线电调度网的高级发展阶段。传统的专用无线电调度系统，其特点是整体规划性差、型号和制式混杂、网小台多、覆盖面窄、噪声干扰严重、频率资源浪费。国内外通信界普遍认为，20世纪80~90年代是集群移动通信在专用无线电通信中占据比重较大的10年，是与蜂窝移动通信齐头并进的一种先进通信系统。美、英、法、德、日、北欧四国、加拿大及澳大利亚等国家都广泛开发和使用这一系统。图1-11为集群移动通信系统原理图。

6.无绳电话的产生

1980年前后，无绳电话出现了，最早的无绳电话的工作频率为27MHz。这些无绳电话存在下列问题：范围有限、声音质量差、噪声大、静电干扰大、安全性差，由于信道数量有限，人们很容易截获来自其他无绳电话的信号。

1986年，美国联邦通信委员会（FCC）允许将47~49MHz的频段提供给无绳电话使用，这不仅改善了它们的信号干扰问题，还降低了耗电量。但是，这些电话的工作距离仍然有限，声音质量依然很差。

1990年，由于43~50MHz的无绳电话频段日渐拥挤，FCC提供了900MHz的频段。通过此次提高频率，无绳电话的声音变得更加清晰，传播距离更远了，可供选择的信道也变得更多了。但是，无绳电话仍然十分昂贵，价格约为400美元。

1994年，市场上推出了频段为900MHz的数字无绳电话。数字信号提高了电话的安全性，而对模拟无绳电话的窃听则较为容易。

1995年，人们开始在无绳电话中应用数字扩频（DSS）技术。此技术可让数字信息在接收器和座机之间通过多个频率分段传播，从而使他人几乎无法窃听无绳电话的通话内容。

1998年，FCC开放了2.4GHz频段供无绳电话使用。此频率不仅增加了无绳电话的工作距离，还使其脱离了大多数无线电扫描仪的频段，从而进一步提高了安全性。

7.小灵通的发展与消亡

1996~1997年，这一阶段是小灵通技术准备期。当时为了拯救境况不佳的固定电话业务，日本试验了一种被称作PHS的无线本地环路（WLL）技术，但未能在日本市场取得成功。20世纪90年代末，中国电信重组，移动业务分离。由于中国电信不能经营移动业务，美国UT斯达康公司将PHS技术引入国内，改名为“小灵通”。图1-12为小灵通系统的原理图。

小灵通功耗小，电磁波辐射极小，对人体没有任何辐射危害，小灵通与固定电话采用相同的费率标准，并实行单向收费，这些优势致使小灵通也曾有过一段辉煌时期。但从2007年1月起，运营商开始实施手机单向收费，小灵通赖以生存的价格空间被打破，用户数开始逐年下滑。在投资方面，多年来，原中国网通共投资292亿元购买小灵通设备，中国电信在小灵通上共投资约1000亿元。

1998年1月，浙江余杭区正式开通小灵通，实行单向收费，月租费20元，资费每分钟0.2元，标志着小灵通正式进入我国市场。

2000年6月，信息产业部下发通知，将小灵通定位为“固定电话的补充和延伸”，这标志着限制小灵通发展的政策有所松动。

2006年8月底，中国小灵通用户达到9300万。海外小灵通用户超过700万。全球范围内的小灵通用户已经突破一亿。

2007年11月，小灵通用户大量减少，10个月减少250万户。

2008年10月，工业和信息化部无线电管理局表示，小灵通所用1900~1920MHz频段今后将用于TD-SCDMA。

2009年1月，中国联通在公布2008年业绩预告时披露，将小灵通列入贬值资产。

2009年2月，中国电信、中国联通接到工信部相关文件，2011年前将妥善完成小灵通退市的相关工作，以确保不对1880~1900MHz频段的TD-SCDMA系统产生有害干扰。

8.大灵通的发展与消亡

1998年，大灵通走出实验室大门进入市场。与小灵通PHS相比，CDMA450得名大灵通，后来SCDMA400也被称为大灵通。CDMA450技术后来被政策明令禁止。CDMA450是工作在450MHz，以CDMA2000为核心的技术。SCDMA400工作在400MHz，为我国3G标准TD-SCDMA的2G版本。中国网通向工信部申请了1800MHz的SCDMA频段。我国大灵通的核心技术全部掌握在北京信威公司手中，能提供大灵通终端的厂商仅有大唐和普天两家公司。

最初，CDMA450是为了将东欧和北欧广泛使用的NMT450模拟移动通信系统升级至支持多媒体应用的数字移动通信系统而开发的。而且CDMA450技术本身具有频率低、覆盖广、室内穿透覆盖好、容量大、支持无线高速分组数据业务等特点，在覆盖范围很大、用户密度很低的情况下它的投资成本仍可以保持较低。

2001年，ITU-D第7专题组经过一系列的技术比较以及方案论证，最终发现CDMA450方案是解决用户分散地区通信的最佳选择。CDMA450相对CDMA800/1900仅仅更换了射频模块，在技术上与其没有本质的区别，价格也几乎相当。但不一样的是，CDMA450每个基站的覆盖面积远远超过PHS和CDMA2000。

2003年下半年开始，大灵通抓住中国网通和中国电信南北分家之后，相互渗透对方固话市场的契机，在大江南北实现规模应用。大灵通运用了中国唯一拥有自主知识产权的3G（TD-SCDMA）核心技术，能不断地自主改进升级，具有信号覆盖好、高速移动时不掉线、环保辐射低等诸多优点，其通话质量可与手机相媲美，资费更实惠。

2008年10月15日，中国联通和中国网通合并，合并后的新联通继续经营大灵通业务。3G牌照发放后，各运营商在3G上投入大量的资金，使得运营商对现有大灵通市场的投资热情受到影响，开发商对大灵通的后续支持和技术开发也受到一定程度影响，因此从2011年起大灵通慢慢退出市场。

9.BP机

1983年，上海开通国内第一家寻呼台，BP机进入中国。当时能够有显示中文的BP机能卖到8000~9000元。但随着手机的发展，BP机未能使它本已老去的生命通过脱胎换骨来焕发新生，至2000年寻呼业发展到顶峰后便急转直下，寻呼市场日渐萎缩，到2005年前后，各地陆续停止了BP机业务，2007年3月，信息产业部发展公示称，中国联通公司申请停止经营该业务。使BP机最终结束历史使命。随着BP机的全面退出通信服务，个人无线通信业务进入了手机普及的黄金时代。