1.1.1　不做大哥好多年——从大哥大说起

说起移动通信，很多人的第一印象应该是大哥大。作为第一代无线通信设备的代表，大哥大在无线通信中的地位确实物如其名。先不说大哥大跟板砖一样的尺寸（当时民间戏称“半头砖”），单是它的价格就已经相当霸气。在当时能用得起大哥大的，绝对是各个行业里的“大哥大”们。据资料显示，大哥大在1987年正式进入中国时用户只有50多人，彼时大哥大价格高达两万元，黑市的价格被炒到五万多块！按照当时的物价换算，五万块几乎相当于现在的二十万元了。现在的手机别说什么黑莓，就是某水果牌的土豪金在它面前也只有瞻仰的份儿。什么是土豪？当时能用得起大哥大的才是真土豪。

大哥大虽然够显摆，但是它有一个致命的弱点——通话质量差。对于这个问题，倒不是咱们给它乱扣帽子，而是它的先天缺陷所致，因为大哥大用的是第一代通信系统——模拟无线通信系统。那什么是模拟无线通信呢？

众所周知，贝尔最先发明的电话是有线电话，他通过话筒送话器把高低起伏的声音转换成大小变化的电流，然后用电话线把变化电流传送到接收电话的座机那里，接收话筒最后把变化的电流还原为变化的声音，这样就实现了声音的远程传输。有线电话原理图如图1-1所示。

如果我们把中间的电话线拿掉，有没有办法把声音从话筒的一端传到另一端呢？也许大家都猜到了，方法是有的，通过电磁波就行。麦克斯韦在1865年就已经给出了电磁转换的理论证明，当时人们需要做的不过是找到具体方法来实现电磁的互换而已。经过物理学家们的努力，最后的幸运儿产生了，一名叫做赫兹的物理学家发现当变化的电流通过线圈的时候会激发出磁场，而变化的磁场又会激发出变化的电场，电场和磁场相互激励，电磁波就产生了。而我们如果想把电磁波发射出去，则只需要把这些带有变化电流的线圈对准一个方向，电磁波就会朝着这个特定的方向发射出去了。如图1-2所示。

为了纪念赫兹对物理学的巨大贡献，后来电磁波的频率单位就以赫兹（Hz）来命名。

既然有线电话从话筒里出来的电流就是变化的，线圈产生电磁波也要求有变化的电流，那是不是让带有声音变化特征的电流通过线圈就可以把声音转换成电磁波发送出去了？从理论上来看确实是可以的。只是我们不能高兴得太早，科学家经过研究发现电磁波有个要命的特点：电磁波信号被发射出去必须满足一个前提条件——发射天线尺寸要跟这个电磁波的波长相近。人声的频率范围是300～3400Hz，那如果直接把声波转换成电磁波，电磁波的波长应该是3⁵～3⁶m，要把这种波长的电磁波发射出去，需要多长的天线？这个天线最少得有上百万米长。让一个移动电话拖着上百万米长的天线，别说这天线是用一般金属做的，就算你说是用纳米材料做的也没办法忍受了，这不是赤裸裸地侮辱科技界人员的智慧吗？所以要实现声音的无线传播，首先得想办法把天线的长度降下来才行。

人声的频率基本没法改变了，也不能指望用户用手机打个电话都把声音扯尖了喊话，更何况人声频率所能提高的幅度也是非常有限的。而且乔布斯说过了，做科技产品的首要原则就是客户需要什么我们就给他们什么。纵观科技的发展历史，从来只有科技产品主动去迎合用户习惯，还没有一款产品能做到让用户反过来去适应产品的，所以问题还得从无线通信技术自身来解决。

既然声音频率无法改变，那就从发射的电磁波频率入手吧，山不过来我们就过去。我们知道，声音是通过话筒转化为电流以后再通过天线转变成电磁波发送出去的，既然这样我们提高发送声音电磁波的频率，问题不就解决了？

学过电磁波原理的朋友都知道，电磁波是具有电场和磁场二象性的，如图1-3所示。我们现在只取电场特性来看。从电磁波的形状来看，无线电磁波是一长串上下波动的能量波，严格点来说它是具有幅度值、频率以及相位值这三个外在特征的。

所谓幅度值指的是电磁波的振幅，也就是电磁波的峰值强度。就像海浪，我们在日常生活中会以海浪的高度来形容海浪的形态，例如五米高的海浪，在这里的五米就是海浪的最大幅度值。同样的，电磁波也有它上下浮动的幅度值，在研究中通常取余弦波来作为衡量的基准，余弦波的幅度值最高为1。

而频率则是指电磁波的变化速度。何谓变化速度？例如在电视中我们经常看到临危病人的心电图隔一秒左右就会有一个尖峰值出现，这两个尖峰值相隔的时间就叫做心电波的周期，假如隔0.5秒出现一个尖峰值，那0.5秒就是心电波的变化速度。这个变化速度也称为变化周期，周期的倒数就是频率，所以心电图的频率是1/0.5=2次/秒。如图1-4所示。

至于相位值，通俗点理解就是电磁波在某个时刻的位置值，例如经常开车的朋友会有被其他车超了半个车位之类的说法。在通信行话里，超越的这半个车位就可以理解为相位的超越。就是说本来两辆车应该齐头并进才最和谐，现在有的跑得快，有的跑得慢，队形不一致了，就有了相位差。

说了这么多关于电磁波的内容，回到最初的问题：可不可以找到一种技术来对电磁波频率进行改造呢？答案是可以的。这种对电磁波频率进行改造的技术被称为频率调制技术。相应的，既然有频率调制技术，当然也有幅度调制和相位调制技术了，不过这两项技术不在我们讨论范围内，有兴趣的朋友可以自己找相关技术材料了解。