（一）信息通信技術無處不在

從人類誕生的那一刻起，通信就是生存的基本需求之一。新生的嬰兒通過哭聲向自己的母親傳遞饑餓的信息，索取母乳和關愛。參與圍獵的部落成員通過呼吼聲召喚同伴，獲取支援和協助。可以看出，通信的本質就是傳遞信息，并通過對信息的辨別和處理實現某種目標。

對人類而言，從生命個體、家庭聚居，到氏族聯盟、部落群體、國家地區，隨著社會組織結構的變化和日趨復雜，通信的作用也越來越強大。親人之間的思念關懷、組織之間的經濟往來、國家之間的合縱連橫，都離不開通信。通信的手段，也由面對面交談這種近距離方式，逐漸發展出烽火、旗語、擊鼓、鳴金等遠距離方式。

以上這些方式主要是通過視覺或者聽覺來實現通信，要求通信雙方之間是可視的，或者相互之間是可以聽見的。這就極大地限制了通信的距離和范圍。當然，通過驛站或用信鴿等方式送信，可以在一定程度上擴大通信范圍、拉長通信距離，但卻帶來了時效性差的新問題，無法在很短的時間內將信息送達。

到了19世紀，人類的通信方式迎來了重大變革。隨著第二次工業革命的浪潮，人類進入了電氣時代，電磁理論的發現及完善為現代通信技術的發展奠定了基礎。

1839年，全球首條真正投入運營的電報線路在英國出現。這條線路長約20千米，所使用的電報機由查爾斯·惠斯通和威廉·庫克發明。

時隔不久，1840年，美國人塞繆爾·莫爾斯研制出了可用于實際通信的、具有商業價值的電報機。此前，他還發明了一套將字母、數字進行編碼以便傳送信息的方法，也就是莫爾斯電碼。

1876年，亞歷山大·格雷厄姆·貝爾申請了世界上第一臺實用電話機的專利，隨后創建了美國貝爾電話公司（即AT&T公司的前身），貝爾也被尊稱為“電話之父”。圖1-2為貝爾正在試用電話。

圖1-2 貝爾正在試用電話

1897年，意大利無線電工程師伽利爾摩·馬可尼在倫敦成立了馬可尼無線電報公司。1899年，馬可尼發送的無線電信號穿越了英吉利海峽，1901年又成功穿越大西洋，從倫敦傳到紐芬蘭。1909年，在無線通信領域取得的巨大成就讓馬可尼與布勞恩共同獲得了諾貝爾物理學獎，馬可尼由此享有“無線電之父”的美譽。

從此，人類開啟了用電磁波進行通信的近現代通信時代，通信的距離限制被不斷突破。與此同時，長距離通信的時延也在不斷減小。

雖然通信技術在迅速發展和普及，但當時的人們還面臨一個很重要的理論上的瓶頸問題，那就是—

究竟什么是信息？

信息到底該如何量化？

在大部分人看來，信息是一個非常普通的概念，我們每天無時無刻不在傳遞著信息，但正因為它非常普通，所以解釋起來非常困難。《現代漢語詞典》（第7版）中，“信息”的第二項解釋是這樣的：“信息論中指用符號傳送的報道，報道的內容是接收符號者預先不知道的。”這顯然非常抽象，雖然信息無處不在，但看上去難以量化。可是，如果不能量化，我們設計信息系統或通信系統時就無從下手。

圖1-3 克勞德·香農

1948年，是人類信息通信發展史上值得被銘記的關鍵之年。信息論的鼻祖—克勞德·香農（見圖1-3）發表了一篇影響極為深遠的論文—《通信的數學理論》。在這篇論文中，香農提出，信息和長度、質量這些物理量一樣，是可以測量的。他還發明了一個全新的單詞—bit（比特），作為衡量信息量的單位。如今，這個單位已是眾所周知，而且這個無影無形的神奇“比特”推動著人類跨入了數字化的全新信息時代。

此外，香農將熱力學中“熵”的概念引入信息論，用以定量地衡量信息的大小。香農認為，人們獲得的任何信息都存在一定的冗余，去掉這些冗余之后的平均信息量，就是信息熵。簡單來說，隨機事件發生的概率越小，一旦該事件發生，它提供的信息量就越大。除了信息熵外，香農還給出了偉大的香農定理，明確指出了影響信道容量的相關條件（即以下的香農公式）：

其中，C代表信道容量；W代表信道的帶寬；S/N代表信號的平均功率和噪聲的平均功率之比，即信噪比。

香農的一系列貢獻為信息通信技術的高速發展奠定了理論基礎，也指明了進階方向。70多年來，信息通信工程師們一直都在香農公式的指引下，試圖突破通信系統的極限。

什么是通信系統呢？簡單來說，任何通信過程都可以看成一個通信系統（見圖1-4）作用的結果。無論什么樣的通信系統都包括3個要素：信源、信道和信宿。其中，信源是發出信息的一方，信道是傳遞信息的通道，信宿則是接收信息的一方。根據信息傳遞的需要，通信系統可以增加很多功能。信息通信技術的發展過程，就是研究如何在更短的時間內、在更長的距離上、在更廣的范圍內、在更安全的環境里傳輸更大的信息量的過程。為了達到這個目的，信源需要不斷升級自己的發送設備，信宿需要不斷升級自己的接收設備，而信道的介質也需要不斷進行升級。加密解密、編碼解碼、調制解調，同樣如此。

圖1-4 基本的通信系統

正是在這個不斷“升級打怪”的過程中，涉及云、管、端的信息通信技術不斷升級換代，互聯網、5G、F5G（the Fifth Generation Fixed Network，第五代固定網絡）、物聯網、云計算、大數據、人工智能、邊緣計算、區塊鏈、工業互聯網、超級計算、量子通信等我們今天耳熟能詳的信息通信技術和應用相繼出現，給人類社會帶來了翻天覆地的變化。

簡單來說，在信道升級的過程中，為了以更低的成本獲得更高的帶寬，科學家先后發明了銅纜和光纖；為了擺脫線纜的束縛，移動通信、衛星通信、Wi-Fi、藍牙等無線傳輸技術群星閃耀，其中僅移動通信就歷經從1G到5G的更迭，目前已經啟動對6G的研究；為了實現多個計算終端之間的多點網絡化通信，TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/互聯網協議）橫空出世，互聯網逐漸成為人類社會發展的“最大變量”。

在信源發送設備和信宿接收設備的升級過程中，各種信息終端不斷發展，手機越來越智能，計算機越來越高能，甚至洗衣機、電冰箱、空調等都被賦予了“智能”，而以電子計算機為代表的智能終端的小型化、高效能發展需要，則催生了全新的集成電路產業，為信息社會的發展奠定了基礎。

同時，隨著人們交互的信息越來越多、越來越復雜，數據逐漸積累并蘊藏了寶貴的價值，大數據衍生為一門專業學科。為了更高效地存儲、計算這些海量數據，數據中心開始廣泛建設，云存儲、云計算得到大力發展。

但人類還不僅僅滿足于人與人的通信，人與物、物與物的通信快速發展，萬物互聯漸成大勢，物聯網、工業互聯網等新技術蓬勃涌現，人工智能技術日臻成熟。

…………

20世紀60年代以來，僅僅用了幾十年的時間，信息通信技術和應用就已經滲透到我們生活的方方面面以及社會發展的各個角落，幾乎無處不在、無所不能。