自從蘋果推出iphone,3G手機和移動互聯網就成為科技界和工業界的熱點話題。這里面最關鍵的通信技術就是碼分多址(CDMA)技術。對CDMA技術的發明和普及貢獻最大的有兩個人——奧匈帝國出生,美籍猶太裔的海蒂拉瑪爾和維特比。
拉瑪爾被譽為史上最美麗的科學家,其實她的主要職業是演員,通信調頻技術的發明是她的副業。拉瑪爾從小10歲開始就學習舞蹈和鋼琴,并因此進入了演藝界。
拉瑪爾在演奏鋼琴時,想到用鋼琴不同鍵所發出的不同頻率來對信號進行加密。如果接受者知道調頻的序列就可以解碼收到的信號,如果不知道這個序列,就無法破解。
這就像如果你聽過貝多芬的命運交響曲,你就知道演奏的是什么,否則就是一些凌亂的音符而已。
拉瑪爾和她的鄰居,作曲家喬治安泰爾一道發明了一種稱為“保密通信系統”的調頻通信技術。在這個技術中,通信信號的載波頻率是快速跳變的,只要發送方和接收方事先約定一個序列(一般是一個偽隨機序列)即可。想截獲信息的人因為不知道這個序列而無能為力。
拉瑪爾最早是采用鋼琴的88個鍵的頻率作載波頻率,將約定好的調頻序列做在鋼琴卷上,然后載波頻率根據鋼琴卷上的打孔位置而變化。
這種調頻技術是今天的CDMA的前身,它在1941年獲得美國專利。美國海軍曾經想用這項技術實現一個敵人無法發現的無線電控制的魚雷,但擱置了。
很快二戰結束了,直到1962年都沒有實現這項技術。在越戰期間,越南軍方發現被擊落的美國飛行員可以通過一種檢查不出頻率的設備呼救。他們搞不懂,就請中國顧問團來解決。
我們發現這種設備能以極低的功率在很寬的頻帶上發送加密信號,對于試圖截獲者來講,這種信號能量非常低,很難獲取。就算能夠獲得,也會因為不知道密碼而無法破解。但對于接受者來說,可以通過把很低的能量積累起來獲得發送的信息,并且知道密鑰,能實現解碼。
這種傳輸方式就是大名鼎鼎的擴頻傳輸~
雖然擴頻技術和調頻技術早在上個世紀60年代就應用在軍事,但是轉為民用則是上個世紀80年代以后的事情。這首先要歸功于移動通信的需求。上個世紀80年代,移動通信開始快速發展,很快便發現空中的頻帶不夠用了,需要新的通信技術。
而具體到CDMA本身,很大程度上歸功于維特比的貢獻。
我們學通信的很少有人不知道維特比,記得在學通信原理的時候,第十一章的差錯控制編碼里面有個維特比解碼算法,因為不是重點。。。也沒多關注,但是,現在需要好好了解一下了。
大名鼎鼎的高通公司就是維特比創辦的第二家公司。可以毫不夸張地說,維特比是對我們今天的生活影響力最大的科學家之一,因為基于CDMA的3G移動公司通信標準就是他和雅各布創辦的高通指定的,并且現在4G時代依然引領移動通信的發展。
不過值得驕傲的是,5G時代,華為即將用polar碼對高通發起強有力的挑戰。
說回維特比,就不說他具體的算法了,有興趣可以百度一下,他不僅僅在通信界是巨頭,還在計算機算法界占據一席,他的算法應用在現在的自然語言處理上,幫助了很多科學家。
雖然數字通信和自然語言處理的基礎算法對于專業學生來講不難,但是上個世紀60年代能想出這個快速算法真不簡單。憑借這個算法,維特比奠定了他數字通信中不可替代的地位。
但是維特比不滿足于停留在算法本身,而是努力去推廣它。為此他做了兩件事情:首先,他放棄了這個算法的專利;第二,他和雅各布博士在1968年創辦了Linkabit公司,將這個算法做成芯片,賣給其他通信公司。
沒有維特比的CDMA,也許就不會有當初聯通的WCDMA,電信的CDMA2000,也就沒有移動自己的TD—CDMA。
說到這里,我感覺自己很渺小,世界上絕大多數科學家最大的滿足就是自己的研究成果得到同行的認可,如果能有應用就更是喜出望外了。
如今能夠將我們所學的知識應用在實際中的人少之又少,做到這一點很不容易。如今的互聯網時代,未來的人工智能時代,越來越多的人狂奔向這個行業,滿腦子都是趕上這個浪潮。
這個想法并沒有錯,因為的確需要的崗位多了,但是真正有實力,能夠創造出東西改變這個世界的人能有多少呢?是否要拋棄自己原來的行業轉行去做互聯網,做AI,如果你對這些行業感興趣,并且能夠吃苦,那么你可以嘗試。
而如果你只是看到了錢途,但并沒有多大興趣,實力去堅持,那么,我覺得這種轉行是不切實際的。
美麗的拉瑪爾通過自學電子通信,并且把她本來的藝術知識遷移到調頻技術上,這種能力很難得。以至于她自己都說:人們只看見了我的美,卻埋沒了自己的很多才能和天賦。
維特比雖說踏上了數字通信的浪潮,但是他的財富來源于他將技術轉換成商業的成功。不僅僅提供發明,還為了保障其效益在全社會得到最大化,解決了所有配套的技術,這就是高通公司稱霸通信界的原因。
不管以后是從事通信業的工作還是其他IT工作,底層的規律一定得掌握??茖W研究的真正目的,在與找到這些規律并能夠舉一反三地應用這些規律。
對于通信或計算機,數學無疑是描述這些規律性最好的工具。做事情的方法有對錯,好壞之分,從長期看只有采用對的方法,好的方法才能做出好的產品和服務。
不忘初心,繼續前進!