（一）信息通信技术无处不在

从人类诞生的那一刻起，通信就是生存的基本需求之一。新生的婴儿通过哭声向自己的母亲传递饥饿的信息，索取母乳和关爱。参与围猎的部落成员通过呼吼声召唤同伴，获取支援和协助。可以看出，通信的本质就是传递信息，并通过对信息的辨别和处理实现某种目标。

对人类而言，从生命个体、家庭聚居，到氏族联盟、部落群体、国家地区，随着社会组织结构的变化和日趋复杂，通信的作用也越来越强大。亲人之间的思念关怀、组织之间的经济往来、国家之间的合纵连横，都离不开通信。通信的手段，也由面对面交谈这种近距离方式，逐渐发展出烽火、旗语、击鼓、鸣金等远距离方式。

以上这些方式主要是通过视觉或者听觉来实现通信，要求通信双方之间是可视的，或者相互之间是可以听见的。这就极大地限制了通信的距离和范围。当然，通过驿站或用信鸽等方式送信，可以在一定程度上扩大通信范围、拉长通信距离，但却带来了时效性差的新问题，无法在很短的时间内将信息送达。

到了19世纪，人类的通信方式迎来了重大变革。随着第二次工业革命的浪潮，人类进入了电气时代，电磁理论的发现及完善为现代通信技术的发展奠定了基础。

1839年，全球首条真正投入运营的电报线路在英国出现。这条线路长约20千米，所使用的电报机由查尔斯·惠斯通和威廉·库克发明。

时隔不久，1840年，美国人塞缪尔·莫尔斯研制出了可用于实际通信的、具有商业价值的电报机。此前，他还发明了一套将字母、数字进行编码以便传送信息的方法，也就是莫尔斯电码。

1876年，亚历山大·格雷厄姆·贝尔申请了世界上第一台实用电话机的专利，随后创建了美国贝尔电话公司（即AT&T公司的前身），贝尔也被尊称为“电话之父”。图1-2为贝尔正在试用电话。

图1-2 贝尔正在试用电话

1897年，意大利无线电工程师伽利尔摩·马可尼在伦敦成立了马可尼无线电报公司。1899年，马可尼发送的无线电信号穿越了英吉利海峡，1901年又成功穿越大西洋，从伦敦传到纽芬兰。1909年，在无线通信领域取得的巨大成就让马可尼与布劳恩共同获得了诺贝尔物理学奖，马可尼由此享有“无线电之父”的美誉。

从此，人类开启了用电磁波进行通信的近现代通信时代，通信的距离限制被不断突破。与此同时，长距离通信的时延也在不断减小。

虽然通信技术在迅速发展和普及，但当时的人们还面临一个很重要的理论上的瓶颈问题，那就是—

究竟什么是信息？

信息到底该如何量化？

在大部分人看来，信息是一个非常普通的概念，我们每天无时无刻不在传递着信息，但正因为它非常普通，所以解释起来非常困难。《现代汉语词典》（第7版）中，“信息”的第二项解释是这样的：“信息论中指用符号传送的报道，报道的内容是接收符号者预先不知道的。”这显然非常抽象，虽然信息无处不在，但看上去难以量化。可是，如果不能量化，我们设计信息系统或通信系统时就无从下手。

图1-3 克劳德·香农

1948年，是人类信息通信发展史上值得被铭记的关键之年。信息论的鼻祖—克劳德·香农（见图1-3）发表了一篇影响极为深远的论文—《通信的数学理论》。在这篇论文中，香农提出，信息和长度、质量这些物理量一样，是可以测量的。他还发明了一个全新的单词—bit（比特），作为衡量信息量的单位。如今，这个单位已是众所周知，而且这个无影无形的神奇“比特”推动着人类跨入了数字化的全新信息时代。

此外，香农将热力学中“熵”的概念引入信息论，用以定量地衡量信息的大小。香农认为，人们获得的任何信息都存在一定的冗余，去掉这些冗余之后的平均信息量，就是信息熵。简单来说，随机事件发生的概率越小，一旦该事件发生，它提供的信息量就越大。除了信息熵外，香农还给出了伟大的香农定理，明确指出了影响信道容量的相关条件（即以下的香农公式）：

其中，C代表信道容量；W代表信道的带宽；S/N代表信号的平均功率和噪声的平均功率之比，即信噪比。

香农的一系列贡献为信息通信技术的高速发展奠定了理论基础，也指明了进阶方向。70多年来，信息通信工程师们一直都在香农公式的指引下，试图突破通信系统的极限。

什么是通信系统呢？简单来说，任何通信过程都可以看成一个通信系统（见图1-4）作用的结果。无论什么样的通信系统都包括3个要素：信源、信道和信宿。其中，信源是发出信息的一方，信道是传递信息的通道，信宿则是接收信息的一方。根据信息传递的需要，通信系统可以增加很多功能。信息通信技术的发展过程，就是研究如何在更短的时间内、在更长的距离上、在更广的范围内、在更安全的环境里传输更大的信息量的过程。为了达到这个目的，信源需要不断升级自己的发送设备，信宿需要不断升级自己的接收设备，而信道的介质也需要不断进行升级。加密解密、编码解码、调制解调，同样如此。

图1-4 基本的通信系统

正是在这个不断“升级打怪”的过程中，涉及云、管、端的信息通信技术不断升级换代，互联网、5G、F5G（the Fifth Generation Fixed Network，第五代固定网络）、物联网、云计算、大数据、人工智能、边缘计算、区块链、工业互联网、超级计算、量子通信等我们今天耳熟能详的信息通信技术和应用相继出现，给人类社会带来了翻天覆地的变化。

简单来说，在信道升级的过程中，为了以更低的成本获得更高的带宽，科学家先后发明了铜缆和光纤；为了摆脱线缆的束缚，移动通信、卫星通信、Wi-Fi、蓝牙等无线传输技术群星闪耀，其中仅移动通信就历经从1G到5G的更迭，目前已经启动对6G的研究；为了实现多个计算终端之间的多点网络化通信，TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）横空出世，互联网逐渐成为人类社会发展的“最大变量”。

在信源发送设备和信宿接收设备的升级过程中，各种信息终端不断发展，手机越来越智能，计算机越来越高能，甚至洗衣机、电冰箱、空调等都被赋予了“智能”，而以电子计算机为代表的智能终端的小型化、高效能发展需要，则催生了全新的集成电路产业，为信息社会的发展奠定了基础。

同时，随着人们交互的信息越来越多、越来越复杂，数据逐渐积累并蕴藏了宝贵的价值，大数据衍生为一门专业学科。为了更高效地存储、计算这些海量数据，数据中心开始广泛建设，云存储、云计算得到大力发展。

但人类还不仅仅满足于人与人的通信，人与物、物与物的通信快速发展，万物互联渐成大势，物联网、工业互联网等新技术蓬勃涌现，人工智能技术日臻成熟。

…………

20世纪60年代以来，仅仅用了几十年的时间，信息通信技术和应用就已经渗透到我们生活的方方面面以及社会发展的各个角落，几乎无处不在、无所不能。