自从苹果推出iphone,3G手机和移动互联网就成为科技界和工业界的热点话题。这里面最关键的通信技术就是码分多址(CDMA)技术。对CDMA技术的发明和普及贡献最大的有两个人——奥匈帝国出生,美籍犹太裔的海蒂拉玛尔和维特比。
拉玛尔被誉为史上最美丽的科学家,其实她的主要职业是演员,通信调频技术的发明是她的副业。拉玛尔从小10岁开始就学习舞蹈和钢琴,并因此进入了演艺界。
拉玛尔在演奏钢琴时,想到用钢琴不同键所发出的不同频率来对信号进行加密。如果接受者知道调频的序列就可以解码收到的信号,如果不知道这个序列,就无法破解。
这就像如果你听过贝多芬的命运交响曲,你就知道演奏的是什么,否则就是一些凌乱的音符而已。
拉玛尔和她的邻居,作曲家乔治安泰尔一道发明了一种称为“保密通信系统”的调频通信技术。在这个技术中,通信信号的载波频率是快速跳变的,只要发送方和接收方事先约定一个序列(一般是一个伪随机序列)即可。想截获信息的人因为不知道这个序列而无能为力。
拉玛尔最早是采用钢琴的88个键的频率作载波频率,将约定好的调频序列做在钢琴卷上,然后载波频率根据钢琴卷上的打孔位置而变化。
这种调频技术是今天的CDMA的前身,它在1941年获得美国专利。美国海军曾经想用这项技术实现一个敌人无法发现的无线电控制的鱼雷,但搁置了。
很快二战结束了,直到1962年都没有实现这项技术。在越战期间,越南军方发现被击落的美国飞行员可以通过一种检查不出频率的设备呼救。他们搞不懂,就请中国顾问团来解决。
我们发现这种设备能以极低的功率在很宽的频带上发送加密信号,对于试图截获者来讲,这种信号能量非常低,很难获取。就算能够获得,也会因为不知道密码而无法破解。但对于接受者来说,可以通过把很低的能量积累起来获得发送的信息,并且知道密钥,能实现解码。
这种传输方式就是大名鼎鼎的扩频传输~
虽然扩频技术和调频技术早在上个世纪60年代就应用在军事,但是转为民用则是上个世纪80年代以后的事情。这首先要归功于移动通信的需求。上个世纪80年代,移动通信开始快速发展,很快便发现空中的频带不够用了,需要新的通信技术。
而具体到CDMA本身,很大程度上归功于维特比的贡献。
我们学通信的很少有人不知道维特比,记得在学通信原理的时候,第十一章的差错控制编码里面有个维特比解码算法,因为不是重点。。。也没多关注,但是,现在需要好好了解一下了。
大名鼎鼎的高通公司就是维特比创办的第二家公司。可以毫不夸张地说,维特比是对我们今天的生活影响力最大的科学家之一,因为基于CDMA的3G移动公司通信标准就是他和雅各布创办的高通指定的,并且现在4G时代依然引领移动通信的发展。
不过值得骄傲的是,5G时代,华为即将用polar码对高通发起强有力的挑战。
说回维特比,就不说他具体的算法了,有兴趣可以百度一下,他不仅仅在通信界是巨头,还在计算机算法界占据一席,他的算法应用在现在的自然语言处理上,帮助了很多科学家。
虽然数字通信和自然语言处理的基础算法对于专业学生来讲不难,但是上个世纪60年代能想出这个快速算法真不简单。凭借这个算法,维特比奠定了他数字通信中不可替代的地位。
但是维特比不满足于停留在算法本身,而是努力去推广它。为此他做了两件事情:首先,他放弃了这个算法的专利;第二,他和雅各布博士在1968年创办了Linkabit公司,将这个算法做成芯片,卖给其他通信公司。
没有维特比的CDMA,也许就不会有当初联通的WCDMA,电信的CDMA2000,也就没有移动自己的TD—CDMA。
说到这里,我感觉自己很渺小,世界上绝大多数科学家最大的满足就是自己的研究成果得到同行的认可,如果能有应用就更是喜出望外了。
如今能够将我们所学的知识应用在实际中的人少之又少,做到这一点很不容易。如今的互联网时代,未来的人工智能时代,越来越多的人狂奔向这个行业,满脑子都是赶上这个浪潮。
这个想法并没有错,因为的确需要的岗位多了,但是真正有实力,能够创造出东西改变这个世界的人能有多少呢?是否要抛弃自己原来的行业转行去做互联网,做AI,如果你对这些行业感兴趣,并且能够吃苦,那么你可以尝试。
而如果你只是看到了钱途,但并没有多大兴趣,实力去坚持,那么,我觉得这种转行是不切实际的。
美丽的拉玛尔通过自学电子通信,并且把她本来的艺术知识迁移到调频技术上,这种能力很难得。以至于她自己都说:人们只看见了我的美,却埋没了自己的很多才能和天赋。
维特比虽说踏上了数字通信的浪潮,但是他的财富来源于他将技术转换成商业的成功。不仅仅提供发明,还为了保障其效益在全社会得到最大化,解决了所有配套的技术,这就是高通公司称霸通信界的原因。
不管以后是从事通信业的工作还是其他IT工作,底层的规律一定得掌握。科学研究的真正目的,在与找到这些规律并能够举一反三地应用这些规律。
对于通信或计算机,数学无疑是描述这些规律性最好的工具。做事情的方法有对错,好坏之分,从长期看只有采用对的方法,好的方法才能做出好的产品和服务。
不忘初心,继续前进!