頻譜的故事(2) 從模擬到5G

從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事，100多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領域眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網路、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

在上一篇頻譜的故事中，我們已經為各位講述了從甚低頻到太赫茲輻射的種種奇聞軼事，而今天，我們要回歸到我們更為熟悉的領域，為各位揭開短短几十年中，模擬信號到數字信號的通訊轉變，從中也記錄下了人類如何走向5G時代的故事。

19世紀電報的發明，第一次將人類的信息傳遞速率提升至每秒30萬公里，遠隔七大洲五大洋的各國民族在巴別通天塔倒下後，終於有了重新交匯的可能。但誰也不會想到，短短的二十多年後，亞歷山大貝爾在送話筒中喊出的第一句求助語句，會成為開啟全球通訊革命的起點，有線電話從此應運而生，遠隔千里之外也能讓對話即時回蕩耳畔。

幾乎就在電話發明的100年之後的1986年，世界第一套商用移動通訊系統在芝加哥誕生，其採用模擬信號傳輸，將介於300Hz到3400Hz的語音轉換到高頻的載波頻率MHz上，從而實現語音傳輸。至此，人類正式邁入即時語音通訊的時代，隨時隨地拿出拉風的大哥大撥打電話成了那個時代的標誌。

然而模擬通信的弊端也非常明顯，由於用戶線上傳送的電信號是隨著用戶聲音大小的變化而變化的，而這個變化的電信號無論在時間上或是在幅度上都是連續的，因此模擬信號對於頻譜的利用率極低，並且容易受到外界干擾，經常會遇到串號或是盜號的問題。

更為重要的是，以當時的技術水平，大哥大所採用的天線技術和模擬信號處理技術水平直接決定了產品的好壞，在厚重電池和長天線的影響下，大哥大丑陋的磚塊外觀不但不方便攜帶，續航和信號都不容樂觀，用戶常常需要在高處尋找信號。

雖然模擬時代的通信需要花費高額的成本，但妙不可言的通話體驗卻吸引了一大批擁躉，而別著急，GSM時代即將來臨，他將正式開啟移動通信的2G時代！

GSM一統天下：簡訊登上歷史舞台！

GSM全名為Global System for Mobile Communications，作為第二代移動通信技術，它最初的開發目的就是讓全球各地均可以使用同一個行動電話標準，甚至讓用戶手持一部終端就能在全球任意區域使用。

相比第一代模擬信號通信，GSM的數字通信信號是一種離散的、脈衝有無的組合形式，是負載數字信息的信號，因此GSM系統擁有出色的頻譜利用率，同時每個信道的傳輸帶寬也有所增加。反映到實際應用中，基於數字傳輸和更高語音編碼的啟用，GSM時代的信號強度和通話質量有了突飛猛進的提高，以往拿著手機到處尋找信號的情況一去不復返。

同時，更高的傳輸帶寬也首次為手機帶來了數據傳輸能力，雖然它的傳輸速率最初只有可憐的每秒9.6-14.4Kbit，但卻已經足夠滿足文字傳輸的需求，而這正是簡訊功能實現的基礎。

GSM標準所引領的2G時代，也是全球移動通信標準爭奪戰的開始。在GSM普及後，在歐洲以諾基亞和愛立信為首的手機產品開始攻佔美國和日本市場，它們的售價不僅變得更為低廉，體積更是小到足夠塞入口袋，因此僅僅不到10年之後，諾基亞就憑藉塞班智能手機成為全球最大的手機製造商。

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