通信就像人们说话。两个人距离很远。他们想交流信息。古代人使用烽火台。烽火台点燃烟雾。远处的人看到烟雾。他们知道有情况发生。这是最简单的通信。后来人们发明了信件。写信需要纸张。信件依靠人骑马送。送信速度很慢。一封信送几个月。信息传递太慢了。

现代社会完全不同。我们拿起手机。我们立刻听到对方声音。我们打开电脑。我们看到千里之外的画面。这一切依靠通信网络。通信网络是什么。通信网络是连接世界的网。这个网看不见摸不着。信息在这个网上跑。信息跑的速度像光一样快。

通信网络的基础是信号。信号是信息的载体。声音变成电信号。图像变成数字信号。信号需要通道传输。通道就是传输媒介。最简单的传输媒介是铜线。电话线就是铜线。电流在铜线里流动。电流代表声音信号。铜线传输距离有限。信号传远了会减弱。信号减弱就听不清。

人们找到更好的媒介。这个媒介是光纤。光纤是玻璃丝。光在玻璃丝里跑。光信号代表信息。光跑得特别快。光信号传得很远。光信号不容易减弱。一根光纤很细。一根光纤传很多信息。现在骨干网络都用光纤。海底也铺设光纤。海底连接各大洲。

信号传输需要处理。原始信号很杂乱。信号需要调制。调制就像包装货物。货物装上卡车。卡车开上公路。调制后的信号容易传输。信号传到目的地。信号需要解调。解调就像卸货。货物从卡车搬下来。解调恢复原始信号。调制解调技术很重要。调制解调器完成这个工作。

信号在传输中会受伤。噪声会干扰信号。噪声就像吵闹声。两个人说话周围很吵。听不清对方说什么。通信系统也有噪声。噪声让信号变形。接收端收到错误信号。人们想办法对抗噪声。纠错编码是重要方法。发送信号时加入额外信息。这些信息帮助检查错误。接收端发现错误。接收端自己纠正错误。这保证信息准确。

通信需要地址。每个人有家庭住址。信件写清楚地址。邮递员按地址送信。通信网络也有地址。这个地址是IP地址。IP地址是一串数字。每台设备有IP地址。信息包写上IP地址。网络设备看地址。网络设备决定方向。信息包到达目的地。

信息传输不是整块发送。大信息分成小包。每个小包独立旅行。每个小包有地址信息。网络选择不同路径。所有小包向目的地前进。有些小包走这条路。有些小包走那条路。路径可能随时变化。所有小包最终汇合。接收端重新组装小包。组装恢复完整信息。这种方法很灵活。网络某处坏了。小包可以绕路走。整个通信不会中断。

通信网络是分层结构。分层就像公司组织。公司有老板。老板下面有经理。经理下面有员工。每层负责不同任务。通信网络分七层。物理层是最底层。物理层管电线光纤。物理层管信号传输。数据链路层是第二层。数据链路层管相邻节点。网络层是第三层。网络层管路径选择。传输层是第四层。传输层管可靠传输。上面还有会话层。会话层管对话建立。表示层管数据格式。应用层是最顶层。应用层面向用户。我们用的软件在应用层。每层各司其职。层与层之间接口固定。一层变化不影响其他层。这种设计很聪明。

移动通信改变生活。早期电话固定位置。电话连接电话线。人不能随便移动。后来发明了手机。手机没有电话线。手机通过无线电波通信。无线电波在空中传播。基站负责接收发送。基站立在高处。基站覆盖一个区域。手机进入这个区域。手机和基站联系。人边走边打电话。信号从一个基站切换到另一个基站。切换过程很快。通话不会中断。

第一代移动通信只能打电话。第二代可以发短信。第三代可以上网。网速比较慢。看视频不流畅。第四代速度很快。看视频很顺畅。网购移动支付普及。第五代已经到来。第五代速度极快。第五代延迟极低。第五代连接更多设备。自动驾驶需要第五代。远程手术需要第五代。物联网需要第五代。

物联网是新概念。万物互联成为可能。冰箱电视连接网络。电灯空调连接网络。汽车路灯连接网络。传感器到处都是。传感器收集数据。数据传到云端。云端分析数据。云端发出指令。设备执行指令。智能家居是物联网。回家前打开空调。冰箱知道牛奶少了。冰箱自动下单购买。这一切依靠通信网络。

通信网络面临挑战。挑战是安全问题。信息在网上传递。坏人可能截取信息。坏人可能篡改信息。保护信息很重要。加密技术广泛应用。信息发送前加密。加密后变成乱码。只有接收方有钥匙。接收方用钥匙解密。解密恢复原始信息。坏人拿到乱码。坏人看不懂内容。

另一个挑战是容量。看电视的人越来越多。上网的人越来越多。手机数量爆炸增长。网络流量增长很快。网络需要更大容量。科学家研究新技术。新技术提高频谱效率。同样频率传更多信息。新技术用更高频率。高频段资源更丰富。这些技术支撑未来发展。

通信专业学习这些内容。学生学习数学基础。数学是重要工具。信号分析需要数学。编码解码需要数学。学生学习物理知识。电磁波传播需要物理。光纤通信需要物理。学生学习电路设计。设备硬件需要电路。学生学习编程。网络软件需要编程。学生学习协议标准。协议是通信规则。全世界遵守相同规则。设备之间才能互通。

通信网络还在发展。未来网络更加智能。网络自己管理自己。网络故障自动修复。网络资源自动分配。未来网络更加融合。天空地面一体。卫星通信补充地面。偏远地区也能覆盖。未来网络服务万物。机器与机器通信。工厂完全自动化。城市更加智慧。

通信连接每个人。通信连接每个机器。通信让世界变小。信息传递瞬间完成。距离不再是障碍。通信技术继续前进。我们的生活继续改变。通信网络像空气。我们看不见它。我们时刻离不开它。这就是通信的世界。