作為一名射頻領域的從業者，自讀書的時候起，我們好像便不自覺地將“通訊”與“無線通訊”緊密地聯絡在一起。在我們的學習歷程中，“通訊”一詞彷彿自然而然地與“無線通訊”劃上了等號，而提及“有線通訊”時，則需特意加以說明。
圖：國防工業出版社出版的有關通訊的書籍
在過去幾十年的通訊技術發展中，行動通訊迅猛崛起，也將學術界與產業界的目光緊緊聚焦在了手機上。作為行動通訊的傑出代表，手機中廣泛應用的蜂窩網路、Wi-Fi、藍牙、NFC、UWB以及衛星通訊等技術，都是依託射頻實現的“無線”通訊。這一現象不僅彰顯了無線通訊技術的強大能力，也加強了其在通訊領域的代表性地位。
近年來，隨著路由器、GPON廠商對慧智微Wi-Fi6/Wi-Fi7 FEM產品的廣泛採用，我們逐漸感受到，通訊領域並非無線通訊的單一舞臺，有線通訊同樣無可替代。路由器、GPON廠商的產品核心功能在於將“有線”的光訊號或電訊號轉換為“無線”的射頻訊號。在與這些客戶專家及工程師的深入交流中，我們也逐漸感受到有線通訊與無線通訊思考角度的不同。
圖：手機是無線協議的集合；路由器裝置是有線通訊到無線通訊的介面
在與專家和工程師們的深入交流中，我們感受到了有線通訊的技術特點與發展脈絡，也體會到區分通訊中的“有線”與“無線”絕非咬文嚼字這麼簡單。在一種通訊技術中的創新，可能是基於其獨特的屬性應運而生。比如因為無線通訊中頻譜的寶貴，所以對高階調製技術有了極致探索（比如Wi-Fi7中的4096QAM），另外，頻率資源的珍貴也使得無線通訊對多頻段聚合和MIMO技術的不斷精進。
有線與無線是實現通訊的兩種方式，有時在一種通訊技術中遇到的難題，換用另一種通訊技術卻能迎刃而解。透過對比這兩種技術，我們能夠更加清晰地洞察每種技術的獨特優勢、適用場景及應用邊界。
因此，本文旨在透過對比有線通訊與無線通訊的技術特點，探討並增進對這兩種通訊技術的理解。
通訊技術的誕生與發展，源自於人類對溝通的渴望與追求。
自古以來，人類便不斷探索各種通訊方式，從最初的語言交流、文字記載，到後來的飛鴿傳書、烽火狼煙，無不彰顯著人類突破時空限制、追求自由通訊的夢想。而現代通訊技術的飛速發展，則讓這一夢想成為了現實。
有線通訊技術，作為通訊技術的重要分支，自其誕生以來便承載著人類對於高效、穩定通訊的期望。
隨著時間的推移，有線通訊技術的媒介經歷了多次技術革新，從最初的銅線，到後來的同軸電纜，再到如今廣泛普及的光纖，每一次迭代都伴隨著通訊速率的顯著提升。
隨著人類對通訊速率要求的不斷提高，有線通訊技術也在不斷演進，最新的光纖通訊技術已經能夠實現高達800Gb/s以上的傳輸速率，為人們的日常生活和工作帶來了前所未有的便捷與高效。
圖：有線通訊的應用
相比於有線通訊技術，無線通訊技術的誕生相對較晚。在1831年，法拉第發現電磁感應現象，這一里程碑式的發現為人類打開了無線通訊的大門，讓人們開始憧憬一種更加自由、便捷的通訊方式。隨後，得益於麥克斯韋、赫茲、馬可尼等傑出科學家與工程師的不懈努力，無線通訊逐漸從理論走向現實。
自20世紀90年代起，隨著蜂窩移動通訊技術的迅猛發展，無線通訊也迎來了發展的黃金時期。科學家們和工程師們不斷創新，研發出眾多新技術，將無線通訊的效能推向了物理極限。時至今日，5G及Wi-Fi7網路已經能夠提供高達40Gb/s的通訊速率。
圖：無線通訊的應用
在發展過程中，關於哪種技術將成為未來發展主流，以及哪種技術將取代另一種技術的討論屢見不鮮。然而，隨著技術的不斷進步，人們逐漸認識到，有線與無線通訊技術各有其獨特的優勢和侷限。
有線技術，如光纖，能夠提供極高的頻寬和卓越的傳輸質量，一旦部署完成，資料傳輸成本極低，但其初始部署成本卻相對較高。
相比之下，無線寬頻技術，如Wi-Fi、5G等，則為使用者帶來了更加靈活便捷的接入方式。然而，由於無線通訊頻譜的共享特性，當多使用者同時接入時，傳輸速率可能會受到影響，且多頻率間的干擾問題也不容忽視。
人類追求的是快速、低成本、無處不在的通訊接入服務。在選擇寬頻接入技術時，需要綜合考慮頻寬需求、成本、部署難度、覆蓋範圍等多個因素。而不同地區、不同場景下的技術選擇和成本、物理限制、技術約束均存在差異，因此，沒有哪一種通訊技術能夠獨佔市場。
未來，隨著物聯網、大資料和人工智慧等新興技術的蓬勃發展，通訊技術將面臨更多的挑戰和機遇。有線和無線兩種通訊方式將相互補充，共同快速發展，以滿足人類日益增長的通訊需求。
有線通訊的研究與發展歷史可追溯至200年前的19世紀初。1835年，塞繆爾·F·B·莫爾斯（Samuel F. B. Morse）成功研製出第一臺有線電報機，標誌著有線電報的誕生。相比之下，無線通訊的首次應用則要到1900年前後，有線通訊的發展因此領先了近一個世紀。
圖：莫爾斯1835年發明的有線電報機
有線電報發明後，迅速被應用於軍事、民用等多個領域。1866年，橫跨大西洋的海底電纜成功鋪設，將歐美大陸緊密相連，有線電報通訊因此成為全球性的通訊方式。
緊接著，在1876年，亞歷山大·格拉漢姆·貝爾發明了世界上第一部電話，標誌著電話技術的誕生。經過近百年的蓬勃發展，到20世紀中期，電話線路已在全球範圍內普及，成為人們生活中必不可少的通訊工具。
圖：20世界中期的電話廣告，當時電話已進入尋常百姓家
從1835年至1970年左右的這一百多年間，利用電報、電話的承載，人類逐步發現並在全球範圍內應用了“有線通訊”這一通訊方式。而1970年之後，隨著網際網路的飛速發展，有線通訊的發展踏上了高速車道。
1969年，美國國防部國防高階研究計劃署（DARPA）資助建立了名為ARPANET（阿帕網）的網路。ARPANET首次實現了計算機之間的互聯，透過通訊線路將不同地點的計算機主機連線起來。它被譽為世界上第一個計算機網路，也是今天因特網的前身，標誌著計算機互聯通訊邁入了一個嶄新的時代。
圖：最早的有線計算機網路ARPANET的誕生與發展
計算機互聯需要依賴傳輸媒介，在各種計算機高速互聯需求的推動下，有線傳輸媒介開始迅速迭代發展。
在過去的五十年裡，隨著有線通訊速率需求的不斷提升，以下幾種技術方案得到了廣泛應用：
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基於有線電話線的撥號上網技術；
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基於同軸電纜的有線電視網路技術；
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基於乙太網線的網際網路網路技術；
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基於光纖介質的光纖通訊技術。
網際網路初生：基於有線電話線的撥號網路
1969年，網際網路概念初露端倪之時，全球有線電話網路已發展得相當完善。在大多數大型城市，電話線路已廣泛覆蓋，國家間也建立了國際長途電話線路和交換中心，實現了跨境通訊。同時，電話通訊技術日益成熟，不僅語音通訊清晰，還具備了基本的呼叫控制和管理功能。
正是得益於有線電話網路的硬體基礎，在網際網路開始普及的階段，電話線因其廣泛的分佈和較高的可靠性，成為了實現資訊互聯的理想載體。利用已廣泛鋪設的電話線網路進行網際網路部署，可以顯著降低網際網路建設的經濟成本。於是，基於電話線的有線通訊網際網路逐步發展起來。
早期，透過有線電話線進行有線網路連線時，資料需先轉化為模擬訊號進行傳輸，這一過程稱為“調製”。資料到達接收端後，模擬訊號再被還原為原始資料，這一過程稱為“解調”。調製和解調的過程合稱為Modem（中文譯為“調變解調器”），也常被人們親切地稱為“貓”。
在Windows早期的撥號介面中，還可以清楚的看到有線電話線實現的拔號網路拓撲結構。
圖：早期Windows電腦撥號上網介面，及有線拔號網路拓撲
早期的電話線原本是為傳遞聲音而設計的，因此在進行資料傳輸時，訊號也被當作一種類似聲音的訊號來處理。撥號、傳輸等整個過程，都與人們打電話的方式極為相似，只不過這時的通話物件從人變成了“貓”。有過那個時期上網經歷的朋友，對那段撥號上網的聲音一定還記憶猶新。
然而，撥號上網由於佔用的是普通電話線，因此也存在一些明顯的侷限：
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上網和打電話不能同時進行，一旦上網，電話線就被“佔線”了。
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傳輸速率慢，最高僅能達到56Kb/s，僅能滿足基本的文字瀏覽需求。
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穩定性不夠理想，容易受到電話線質量的影響。
儘管現在看來，有線電話線在通訊方面存在諸多不便，但在當時，它確實為每一個使用者打開了連線世界的大門。一根電話線，一個“貓”，就讓每個人與世界緊密相連，全球網際網路時代就此拉開序幕。
圖：早期撥號上網“貓”的廣告
探索新介質：基於同軸線的有線電視網路
在電話線實現網際網路連線之後，人類深切體會到了全球互聯給社會和生活帶來的巨大變革。
隨後，人們不再滿足於僅傳輸文字，對影像、影片的傳輸需求日益凸顯。此時，基於電話線的網路已無法滿足這些更高的傳輸需求，於是人類開始尋找新的通訊介質。
有線電視網路自1970年起迅速爆發和普及。隨著全球經濟的復甦，人們對生活品質的要求不斷提高，對新聞、娛樂、教育等資訊的獲取需求也日益增長。有線電視網路透過同軸電纜將電視節目傳輸到千家萬戶，讓人們在家中就能享受豐富多彩的娛樂內容，極大地滿足了人們的生活需求。隨著電視技術的不斷進步和成本的降低，有線電視迅速普及，有線電視網路也成為了除電話線路之外，另一根深入千家萬戶的網路線路。
圖：有線電視是尋常人家的第二個有線網路
有線電視網路在設計之初便兼顧了寬頻訊號傳輸的需求，以應對影片傳輸的挑戰。它採用的是同軸電纜，這種電纜具有較低的訊號衰減特性，使得訊號能夠傳輸得更遠。此外，同軸電纜的遮蔽結構有效抵禦了外部干擾，確保了訊號傳輸的穩定性。
圖：用於連線有線電視的同軸電纜
隨著人類對網際網路網路速率要求的不斷提升，電話線的撥號上網方式已難以滿足需求。在此背景下，有線電視網路憑藉其優勢，成為了新的有線通訊載體之選。基於有線電視網路，可以實現數十Mb/s乃至數百Mb/s的高速訊號傳輸，為使用者帶來了前所未有的上網體驗。
當透過有線電視網路上網時，訊號同樣需要經過調製與解調的過程，以適應有線電視網路的傳輸特性。值得一提的是，調製後的訊號並不會佔用有線電視原有的頻寬，因此使用者在觀看電視節目時不會受到任何影響，對“貓”的存在幾乎毫無察覺。
圖：有線電視寬頻網路架構示意圖
有線電視網路作為有線通訊的一種方式，被使用了相當長的時間，並且至今仍然廣泛應用於眾多家庭。在許多新建小區，當光纖等其他高速有線網路尚未部署時，有線電視服務商提供的寬頻服務往往成為了居民們的最佳選擇。
圖：廣電集團早期推出的基於有線電視的寬頻服務
電話線的飛躍：銅質雙絞線的升級
隨著有線電視網路在寬頻互聯領域的廣泛應用，有線電話線產業也迎來了改造升級的新篇章。
1989年，貝爾實驗室研發出DSL（數字使用者線路）技術，讓普通電話線也能高速傳輸資料。隨著網際網路的蓬勃發展，DSL技術迅速普及，成為家庭和小型企業接入網際網路的首選之一。
DSL技術巧妙利用現有電話線路，透過數字調製與解調，在不影響語音通話的同時，提供高達幾十甚至幾百Mb/s的通訊速率。
圖：DSL技術對於原有電話線的改進
藉助DSL技術，使用者徹底告別了繁瑣的撥號過程，網路保持持續線上狀態，從此無需在上網和打電話之間做出選擇，使用者體驗得到了顯著提升。此刻的上網體驗，真正讓人感受到了“衝浪”般的暢快。
圖：DSL技術發明後，一些雜誌對“上網衝浪”做的形象化宣傳
為了滿足使用者不同的上傳和下載需求，以及家庭使用者與企業使用者之間資料傳輸的差異，DSL技術不斷演進，衍生出了ADSL（非對稱數字使用者線）、HDSL（高速數字使用者線）、VDSL（甚高速數字使用者線）等多種型別。每種型別都針對特定的應用場景，發揮著各自的優勢。
圖：中國電信在2002年推出的ADSL上網絡卡
值得一提的是，DSL技術依然沿用著與電話線相同的銅質線纜。為了追求更高的傳輸速率，線纜從單線逐漸發展雙絞線。在當今的銅質線纜傳輸中，雙絞線結構已成為主流。
雙絞線，由兩根絕緣銅導線相互絞合而成，這種獨特結構使得外部有干擾磁場時，感應電流可以自己對消，有效減少了電磁干擾（EMI）和串擾，顯著提升了資料傳輸的穩定性和可靠性。
圖：雙絞線結構及其技術原理
雙絞線在高速資料傳輸領域的發展歷程，經過從模擬到數字、從低速到高速、從簡單到複雜的演進。
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早期，一類線至四類線（CAT1至CAT4）主宰著市場，它們主要用於語音傳輸，在1990年之前廣泛應用於各個領域。
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進入2000年之前，五類線（CAT5）誕生，支援100MHz傳輸訊號頻寬，實現了100Mb/s的傳輸速率，成為數字訊號有線傳輸的重要里程碑。
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2001年，超五類線（CAT5e）標準應運而生，最高支援1Gb/s的傳輸速率，至今仍是應用最廣泛的網線之一。
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隨後，六類線（CAT6）將最大頻寬提升至250MHz，並加入十字形骨架減少串擾，達到了1Gb/s的穩定傳輸速率。
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超六類線（CAT6a）更是將最大頻寬擴大到500MHz，穩定支援10Gb/s的傳輸速率。
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七類線（CAT7）的頻寬增加至600MHz，穩定支援10Gb/s的傳輸速率，在特定環境下甚至能支援到40Gb/s的速率。
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而最新的八類線（CAT8），頻寬更是飆升至2000MHz，穩定實現40Gb/s甚至更高的速率傳輸，引領著未來資料傳輸的新潮流。
圖：不同雙絞線型別及速率
全新網路時代：光纖通訊的崛起
如果說ADSL網路、有線電視寬頻網路是在原有電話、電視網路基礎上的升級，那麼光纖通訊網路則是為全球寬頻有線通訊量身打造的全新網路體系。
1966年，華裔科學家高錕發表了一篇里程碑式的論文《光頻率介質纖維表面波導》，首次闡述了光導纖維在通訊領域應用的基本原理。在那個時代，光纖的傳播損耗高達每公里1000dB，但高錕教授卻預言，光導纖維的損耗可以降低至每公里20dB以下，從而實現通訊的飛躍。
圖：高錕教授1966年所發表的論文
高錕教授的這一理論為光纖通訊的發展指明瞭方向，並因此改變了全人類的通訊技術。2009年，他因此項榮獲諾貝爾獎，也成為了通訊界的傳奇人物。
高錕教授1933年出生於上海金山，後在香港、英國求學深造。1964年，在英國求學期間，他提出了一個革命性的設想：用光代替電流，用玻璃纖維代替導線來構建電話網路。這一想法在當時被視為天方夜譚，甚至遭人嘲笑。然而，高錕教授並未放棄，他堅信自己的理念，經過多年的不懈努力，光纖技術終於成為全球範圍內的主流技術，他也因此被譽為“光纖之父”。
除了科學家的身份，高錕還是一位傑出的教育家。1970年，他加入香港中文大學，參與籌辦電子學系。1987年至1996年間，他更是擔任了香港中文大學的校長。然而，2003年，高錕教授被確診患有阿茲海默病，記憶力和表達能力逐漸衰退。即便如此，2009年當他榮獲諾貝爾獎時，依然透過影片發表了感人的獲獎感言，展現了他的堅韌與不屈，也讓人為之動容。
圖：高錕教授（右）及夫人展示諾貝爾獎章
1966年，高錕教授奠定了光纖傳輸的理論基礎，隨後產業界積極投身研究，不斷取得技術突破。
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1970年，康寧公司成功研製出傳輸損耗每千米僅20dB的石英光纖，這一成果有力證明了光纖作為通訊介質的巨大潛力。
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1972年，隨著光纖製備工藝中原材料提純、制棒和檢驗技術的持續提升，光纖的傳輸損耗進一步降低至每公里4dB，標誌著光纖通訊時代的正式開啟。
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1976年，美國西屋電信公司在亞特蘭大成功進行了世界上首個44.736Mb/s、傳輸距離達110公里的光纖通訊系統試驗，這一里程碑式的成就使光纖通訊向實用化邁出了堅實的一步。
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同年，日本電報電話公司也將光纖損耗降低到了0.5dB/km，而現代通訊光纖的損耗已經可以進一步降低到0.17dB/km至0.2dB/km的極低水平。
1980年代，光纖通訊邁入了大規模商用化的嶄新階段。得益於光纖製備工藝的持續改進，光纖的傳輸損耗不斷降低，傳輸距離和頻寬則顯著提升。與此同時，光放大器、光開關、光復用器等各類光纖通訊裝置和系統應運而生，為光纖通訊的廣泛應用奠定了堅實基礎。
圖：用於有線通訊的光纖
歷經近半個世紀的發展，光纖網路產業和技術已日趨成熟。如今，商用光纖通訊系統的傳輸速率已高達100Gb/s、400Gb/s，甚至更高，在網際網路、電視、電話等多個領域得到了廣泛應用。隨著技術的不斷革新和應用需求的持續增長，預計未來幾年內，光纖通訊系統的傳輸速率將躍升至Tb/s級別。
相較於傳統銅線網路，光纖網路展現出諸多優勢：傳輸速率更快（從幾十Gb/s提升至幾百Gb/s甚至更高）、傳播距離更遠（從幾百米延伸至數百公里）、損耗更低，且抗干擾性更強。因此，光纖網路已成為長距離通訊、骨幹網通訊、資料中心等大容量通訊傳輸中的核心支撐技術。
近年來，AI人工智慧技術得到了大規模推廣與應用，推動了資料規模的持續膨脹。AI模型在訓練、推理等環節中需處理海量資料，這對資料傳輸的速度和頻寬提出了前所未有的高要求。光纖技術，憑藉其高速、大容量的獨特優勢，成為了支撐AI技術發展的核心基礎設施。
在資料中心互聯（DCI）領域，AI等應用的核心訴求之一是實現資料中心間的高速資料傳輸，以滿足雲計算、大資料、人工智慧等對高頻寬、低延遲網路的迫切需求。為應對這一挑戰，光纖有線通訊中的光模組技術不斷迭代升級，800G、1.6T等超高速光模組已逐步應用於DCI場景，為資料傳輸提供了強有力的支撐。
圖：資料中心內部用於資料的傳輸和交換的有線光纖網路
AI技術的興起與爆發，為有線通訊中的光纖技術帶來了新的發展契機與挑戰。光纖技術持續創新與發展，以滿足AI技術對資料傳輸的更高標準。同時，光纖技術也為AI技術的蓬勃發展提供了堅實保障。AI應用與有線光通訊相輔相成，共同驅動著整個社會的數字化轉型與智慧化升級。
如果說有線通訊是人類對於網速無限追求所繪就的鴻篇鉅製，那麼無線通訊就是人類掙脫有線束縛的靈動之舞。
無論有線通訊的速率如何日新月異，它始終無法擺脫一個根本性的侷限：需要物理介質進行傳輸。這意味著，人類必須先鋪設好“有線”的網路，才能實現通訊。這無疑大大限制了人類的自由活動空間。
正是人類對通訊“自由”的不懈追求，催生了無線通訊技術的迅猛發展。
1831年，英國科學家法拉第首次揭示了電磁感應現象，這一重大發現不僅為電磁理論的發展奠定了堅實基礎，更為無線通訊技術的崛起埋下了伏筆。1964年，麥克斯韋完善了電磁理論。1887年，德國科學家赫茲透過嚴謹的實驗，證實了電磁波的真實存在。緊接著，1899馬可尼也實現了無線電報的傳輸，這些里程碑式的成就共同標誌著無線通訊技術的正式誕生。
圖：無線通訊的重要發展歷程碑事件
隨著無線電通訊技術的日益成熟，其應用範圍也迅速拓展。20世紀初，無線電報在海上通訊中嶄露頭角，極大地提升了航海的安全性和效率。隨後，廣播技術的橫空出世，更是讓無線通訊走進了尋常百姓家，成為人們獲取新聞、娛樂等重要資訊不可或缺的渠道。
如今，無線通訊技術已經取得了長足的發展，其在人類生活中的應用也愈發廣泛。從僅覆蓋幾米的藍牙耳機，到能覆蓋幾百米的無線區域網；從連線幾公里基站的手機通訊，到實現數萬公里跨洋通訊的衛星技術，無線通訊已經深深滲透到人們生活的方方面面，成為現代社會不可或缺的一部分。
儘管都是依託射頻技術實現通訊，但不同的無線通訊技術在其發展路徑和技術思路上卻各具特色。根據通訊距離的不同，無線通訊技術主要可以分為以下幾類代表性技術：
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短距離通訊：以無線區域網為代表，滿足近距離的資料傳輸需求。
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長距離通訊：蜂窩網路技術，實現廣域覆蓋的行動通訊。
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遠距離通訊：衛星通訊技術，跨越天際，實現全球範圍內的通訊連線。
短距離通訊：有線網路的延申與擴充套件
雖然無線通訊網路在無線電報、海上救援等領域已有應用，但真正走進大眾視野，並受到廣泛關注，還得歸功於無線區域網（WLAN，Wireless Local Area Network）技術的蓬勃發展。
無線區域網技術的起源可以追溯到20世紀70年代，當時美國夏威夷大學的研究人員從美軍二戰期間使用的無線電傳輸技術中汲取靈感，成功建立了第一個基於封包式技術的無線電通訊網路——ALOHA NET，這標誌著無線區域網的雛形初現。
圖：早期的無線通訊網路ALOHA NET的設想圖
進入20世紀80年代，隨著個人電腦的廣泛普及和移動辦公需求的日益增長，人們迫切需要一種能夠擺脫有線網路束縛，實現裝置間無線互聯的技術。無線區域網技術憑藉其無需佈線、靈活便捷、易於擴充套件等顯著優勢，迅速贏得了人們的青睞和關注。
1990年，電氣和電子工程師協會（IEEE）成立了802.11 WLAN工作委員會，專注於無線區域網標準的制定與推廣工作。經過數年的努力，1997年IEEE正式釋出了首個WLAN標準——IEEE 802.11，該標準為無線區域網的物理層和MAC層設定了統一規範，極大地促進了無線區域網技術的迅猛發展。隨著標準的持續完善與更新，無線區域網技術的效能不斷提升，功能也日益豐富，充分滿足了使用者對高速、穩定、安全網路連線的需求。
1999年，蘋果公司推出了iBook筆記型電腦，這是無線網路技術首次被融入筆記型電腦中的創舉。這一創新舉措為後來裝置的移動聯網奠定了堅實的基礎。在iBook的釋出會上，蘋果公司的傳奇領袖喬布斯為了展示電腦確實沒有連線任何網路線，在臺上用呼啦圈繞著電腦旋轉，這一魔術般的操作引發了場下觀眾的長時間驚歎，而這一幕也成為了科技史上的經典瞬間。
圖：1999年蘋果iBook釋出中的經典一幕，喬布斯用呼啦圈證明筆記本的無線連線
無線區域網（WLAN）實質上是有線網際網路在終端接入段的延伸與補充。在有線網路廣泛鋪設的基礎上，WLAN技術憑藉無線傳輸的優勢，填補了有線網路難以覆蓋或不便佈線的區域空白。它將有線網路的訊號無縫傳遞至使用者身邊的每一個角落，為使用者提供了便捷、靈活的網路連線體驗。透過WLAN，使用者可以擺脫線纜的束縛，隨時隨地暢享網際網路服務，極大地提升了生活的便捷性和工作效率。
隨著科技的飛速發展，為了滿足人類日益膨脹的資料傳輸需求，IEEE 802.11協議不斷演進，從802.11a、802.11b逐步升級到802.11ac，再到如今的802.11ax（即Wi-Fi 6）以及最新的802.11be（即Wi-Fi 7）。每一次更新不僅見證了技術的巨大飛躍，更帶來了資料傳輸速率的顯著提升。從最初的幾Mb/s躍升至如今高達46Gb/s的峰值速率，Wi-Fi正以前所未有的速度滿足現代社會對高速無線通訊的迫切需求。
圖：Wi-Fi速率的飛躍發展
Wi-Fi雖是短距離通訊技術的傑出代表，但短距離通訊領域還有其他多種技術，藍牙、UWB、星閃等多種通訊技術同樣各具特色。這些技術為裝置間的短距離無線連線提供了豐富多樣的選擇，滿足了不同場景下的特定通訊需求。
以星閃技術為例，這是一項由華為牽頭，並聯合多家企業共同研發的新型無線短距離通訊技術。星閃技術以其低功耗、高速率、低時延的顯著優勢，能夠支援多達數百臺量級裝置的互聯，這一連線能力遠超傳統的藍牙和Wi-Fi技術。星閃獨特的設計架構，透過靈活的通訊介面，既滿足了高速率、大傳輸量、高質量連線的需求，又兼顧了低功耗、輕量級的連線場景。同時，星閃技術還融入了迴圈字首正交頻分複用（CP-OFDM）波形、Polar通道編碼等多種先進通訊技術，進一步提升了通訊的效能和可靠性。憑藉這些優勢，星閃技術有望在智慧汽車、智慧終端、智慧家居、工業智造等多個行業領域展現廣泛的應用前景。
圖：星閃作為新一代近距離無線連線技術的特點
長距離通訊：開啟自在互聯新時代
無線區域網雖已極大地改變了我們的網際網路接入方式，讓聯網體驗實現了質的飛躍，但其連線範圍仍侷限於幾米之內，主要服務於室內環境。一旦走出無線網路覆蓋區，便會失去網路連線，這顯然無法滿足人類對隨時隨地、自由互聯的渴望。
要實現這種自在互聯，有線通訊技術顯然力不從心，還是需要藉助於無線通訊技術。於是，無線電話系統應運而生，為人類的通訊方式帶來了新的變革。
然而，人類並不需要手機與全球每一部手機都直接相連。因為我們在短時間內的移動範圍相對有限，通常只有幾公里。如果在這段時間內，我們的手機能夠始終保持與一個穩定的無線網路連線，並在移動到下一個區域時，順利切換到下一個無線網路，那麼對於我們來說，就彷彿一直處於聯網狀態，即時線上。因此，構建一個能夠連續覆蓋、無縫銜接的全球無線網路，成為了實現人類自在通訊的可行技術方案。
這個技術實現的方案就是蜂窩網路。
20世紀40年代，貝爾實驗室憑藉射頻技術，推出了首個無線電話系統。該系統透過射頻訊號，在固定的基站與移動的車載電話之間建立通訊聯絡，儘管當時需要人工接線員進行呼叫轉接，且每個城市僅支援3名使用者同時連線，但其“固定基站”+“移動終端”的通訊模式卻為後來的蜂窩網路普及奠定了堅實基礎。
隨後，美國、歐洲、日本等地紛紛著手發展和改進無線電話系統，大多數系統都沿用了“固定基站”+“移動終端”這一核心模式。人們將覆蓋區域細分為多個小區，每個小區均配備一個基站和一個控制器，基站負責連線並服務其覆蓋範圍內的移動終端。而不同基站之間，則透過有線電話網實現互聯互通。這種覆蓋網路因其形似蜜蜂窩的結構，而得名蜂窩網路；同時，由於其如細胞般的分佈特點，也被稱作Cellular（細胞）網路。
圖：蜂窩網路結構示意圖
20世紀70年代至80年代，射頻無線通訊系統逐步邁向全球化階段，湧現出一系列標準化、相容化的1G通訊系統。到了1991年，蜂窩網路迎來重大升級，全球較為統一的2G標準GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通訊系統）應運而生。GSM標準以其高效的頻譜利用率、高質量的語音和資料傳輸能力，以及低成本的裝置服務等優勢，贏得了全球眾多國家和地區的廣泛支援和採用，成為當時最流行的2G系統。基於GSM標準的手機實現了全球漫遊，讓人們能夠無障礙地與全球夥伴保持聯絡。
嚐到了全球射頻無線標準統一的甜頭後，全球各國和地區在蜂窩通訊協議的發展上保持了緊密的合作與步調一致。大約每10年，蜂窩通訊協議就會迎來一次重大演進：2001年左右誕生了3G，2011年左右迎來了4G，而到了2019年左右，5G技術應運而生。隨著通訊協議的不斷進步，通訊速率也在持續提升，但全球各國和地區始終保持著一致的發展步伐。
經過近50年的蓬勃發展，蜂窩網路的通訊速率實現了飛躍式提升。在5G蜂窩網路中，無線通訊已經可以實現20Gb/s以上的峰值速率。
圖：蜂窩網路的技術演進
遠距離通訊：衛星通訊開啟全球直連新篇章
蜂窩網路雖已帶來近乎全球的無線互聯體驗，但其執行基礎仍依賴於幾公里範圍內的有線通訊基站部署。這意味著，蜂窩網路主要覆蓋城市、鄉村等人口密集區域，而對於全球廣袤的沙漠（佔比約10%）和浩瀚的海洋（佔比約71%），蜂窩網路則力不從心。
這些區域雖人口稀少，但對通訊的需求卻尤為迫切。人類要探索未知，拓展邊界，就必須掌握在這些區域的通訊能力。而預先鋪設有線電纜顯然不切實際，因此，無線遠距離通訊成為了這些區域的唯一可行方案。
在這些應用場景中，衛星通訊成為實現全球直連的關鍵技術。
衛星通訊是一種利用衛星進行資訊傳輸的技術，自1957年蘇聯成功發射第一顆人造衛星以來，便開啟了人類衛星時代的新篇章。1962年，AT&T公司發射的衛星首次橫跨大西洋，實現了大洋兩岸的電話和電視轉播，這標誌著商用衛星通訊技術的正式誕生。此後，衛星通訊技術迅猛發展，被廣泛應用於電視轉播、電話通訊、電報傳輸、傳真服務等多種通訊業務領域。
根據衛星在軌高度的不同，衛星行動通訊可分為GEO（靜止軌道）衛星系統、MEO（中軌道）衛星系統和LEO（低軌道）衛星系統三大類。
圖：衛星的分類
GEO（靜止軌道）衛星系統執行在赤道上方35,800公里處，與地球保持同步，僅需少數幾顆衛星即可實現全球覆蓋（除極低地區外）。然而，由於其執行高度較高，導致傳播延時相對較大。Inmarsat系統便是GEO衛星系統的典型代表，它由13顆衛星組成，為國際船舶、飛機等提供電話、傳真和資料業務，目前擁有約30萬用戶。
MEO（中軌道）衛星系統的軌道高度介於2,000至30,000公里之間，由於無法與地球保持同步，其發展速度相對GEO和LEO系統較慢。Odyssey系統是MEO衛星系統的典型代表，由12顆衛星組成，服務全球280萬用戶，但通訊速率相對較低。
近年來，LEO（低軌道）衛星系統備受關注。其軌道高度在1,500公里以下，雖然需要較多的衛星才能實現全球覆蓋，但其傳播損耗小、時延短，特別適合多使用者全球互聯，因此成為寬頻衛星通訊的重點發展方向。
衛星通訊作為無線通訊的一種重要方式，使得終端的連線距離突破了數萬公里的限制，真正實現了覆蓋整個地球的無線互聯。它將無線通訊的無限互聯特性發揮到了極致，為人類的通訊事業帶來了前所未有的變革。
圖：衛星無線通訊將帶來人類互聯的變革
有線通訊和無線通訊，雖然都是用於將資訊從一個地點傳遞到另一個地點的通訊方式，但兩者之間存在著諸多顯著差異。這些差異不僅影響了它們的設計思路，也決定了它們各自的演進邏輯。
具體來說，有線通訊與無線通訊的不同主要體現在以下幾個方面：
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傳輸媒介不同；
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傳輸特性各異；
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應用場景有別。
有線通訊與無線通訊之間最為本質的區別在於它們的傳輸媒介。
有線通訊依賴於金屬導線、光纖等有形媒質來傳輸資訊，而無線通訊則是透過電磁波在空間中傳播訊號。這一傳輸基礎的不同，奠定了兩種通訊技術的根本差異。
這一差異直接導致了若干顯性的技術特點。例如，有線通訊需要預先進行網路部署，而無線通訊則無需此步驟。
此外，傳輸媒介的差異還對技術的發展產生了深遠的影響：
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有線通訊對傳輸媒介具有獨佔性，而無線通訊則需共享空中的傳輸媒介；
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有線通訊可以擁有多個傳輸通路，而無線通訊在不進行資訊處理複用的情況下，在一定距離範圍內通只有一條傳輸路徑；
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有線通訊具有較強的抗干擾能力，而無線通訊則需對干擾進行更多考慮和處理；
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有線通訊中訊號傳輸的功率可預測性較高，而無線通訊由於路徑複雜，損耗更為不可控。
由於上述根本差異，無線通訊與有線通訊之間的區別遠非僅僅將網線替換為無線訊號那麼簡單。這導致了兩種通訊技術在研究重點上常常存在巨大的差異。
以我個人在無線通訊領域的經驗為例，我們關注的是如何在有限頻寬內實現訊號的純淨傳輸，如何設計濾波器以有效抑制帶外干擾，確保我們發射的訊號僅佔據指定的頻段，不對其他頻段造成干擾。我們的工作始終圍繞著“窄帶”訊號處理展開。
而在與有線光通訊行業的同行交流時，我發現工程師的思考方式截然不同。大家致力於拓寬電路的頻寬，做的是“寬頻”電路，以充分利用有線媒介的全部傳輸能力。這是因為有線媒介是獨佔的，無需與其他使用者共享。
此外，由於無線通訊網路中的所有使用者需要共享同一網路資源，這促使無線通訊技術中大量研究了複用技術，如時分複用、頻分複用、碼分複用等，竭盡所能地提高無線網路的使用者容量。而在有線通訊中，這種複用技術的應用則相對不那麼極致。
另外，在干擾處理，功率控制演算法等方面，二者也表現出明顯的不同。
圖：有線通訊與無線通訊傳輸媒介的對比
有線通訊與無線通訊由於傳輸媒介的不同，展現出截然不同的傳輸特性。
在使用頻寬、調製方式、傳輸速率這些與傳輸特性緊密相關的方面，兩者存在顯著差異。
就使用頻寬而言，有線通訊能夠利用的頻寬範圍廣泛，可達幾GHz甚至幾十GHz。而無線通訊雖然總頻譜寬度也達到數十GHz，但由於需要與眾多無線通訊應用共享，因此單個通訊技術下的單個使用者通常只能使用幾十MHz的頻寬，甚至在一些頻譜資源緊張的地區或運營商網路中，訊號頻寬可能僅限於幾MHz。
就調製方式來說，在無線通訊中，頻譜資源極為寶貴，因此調製方式成為了重點研究的領域，並取得了諸多改進。
例如，最新的Wi-Fi7協議已經採用了4096QAM的訊號調製技術，每個符號位可以攜帶12bit的訊號資訊。而在光纖通訊中，廣泛使用的仍是NRZ（非歸零）和PAM4（四電平脈衝幅度調製）技術，每個符號位僅攜帶1~2bit的訊號資訊。此時，如果傳遞同樣12bit的資訊，NRZ和PAM4調製分別需要12個以及6個時鐘週期傳遞完成，而4096QAM只需要1個時鐘週期就可以傳遞完成。
圖：有線及無線不同的調製方式的對比
就傳輸速率而言，隨著通訊技術的不斷進步，有線通訊和無線通訊在速率上都實現了顯著提升。然而，由於有線通訊具有通道獨享的優勢，其速率始終保持在明顯高於無線通訊的水平。
值得注意的是，無線通訊的峰值速率通常是在使用者獨享通道時的理論值。在實際無線網路環境中，由於多使用者接入和非理想特性的影響，實際體驗速率往往遠低於理論速率。例如，儘管5G和Wi-Fi7技術理論上可達到數十Gb/s以上的傳輸速率，但在日常手機使用中，實際速率通常僅在100Mb/s以下。
下圖展示了過去50年中，有線通訊與無線通訊代表技術的速率演進情況。
圖：有線通訊與無線通訊演進速率比較
儘管在速率比拼上，無線通訊可能不及有線通訊，但這並不意味著無線通訊就此“落敗”。衡量通訊也不是隻有速率這唯一指標。
從過去的1G到如今的5G，無線通訊技術經歷了飛速的迭代與發展，傳輸速率實現了百萬倍的提升。然而，速率並非衡量通訊技術的唯一指標。通訊技術還具備諸多其他特性，這些特性相互融合，使得在某些特定場景中，無線通訊技術能夠脫穎而出，成為無可替代的選擇。
有線通訊憑藉其出色的穩定性和大容量傳輸能力，已成為高可靠性、大容量通訊領域的首選。
透過光纖、同軸電纜、雙絞線等物理導線進行訊號傳輸，有線通訊確保了資訊在傳輸過程中的低損耗、高保真度。特別是在需要高速率資料傳輸的場景中，有線通訊展現出了無可匹敵的優勢。
無論是固定通訊網路的建設，還是對通訊質量和可靠性要求極高的AI資料中心伺服器等應用場景，有線通訊都以其獨特的優勢，贏得了業界的廣泛認可，成為首選的通訊方式。
圖：用於資料中心有線通訊的光纖互聯
無線通訊則以其靈活便捷的特性，開創了豐富多彩的應用場景。
無線通訊使終端擺脫了線纜的束縛，實現了資訊的空中自由傳遞。在行動通訊、物聯網等領域，無線通訊發揮出了其獨特的優勢。無論是日常的個人通訊，還是智慧裝置的互聯互通，無線通訊都以其高效、廣泛的覆蓋範圍，成為了一種靈動且不可或缺的通訊方式。
圖：無線通訊可實現不同距離的豐富覆蓋
有線通訊與無線通訊技術，作為現代通訊領域的兩大核心支柱，各自秉持著獨特的優勢與無限的發展潛力，未來必將綻放出更加璀璨的光芒。
有線通訊技術，以其卓越的穩定性和大容量傳輸能力，長期以來一直是固定網路和資料中心的基石。在未來，隨著AI技術的蓬勃發展，對高速、低延遲、高可靠性的通訊需求將愈發迫切。這將推動有線通訊技術不斷創新與突破，尤其是在光纖通訊領域，更高速率、更低損耗的光纖傳輸技術將不斷湧現，為AI資料中心、雲計算等高效能應用場景提供強有力的支撐。同時，有線通訊技術也將與新興技術如量子通訊等深度融合，探索出更多前所未有的通訊方式，迎來有線通訊技術的再次爆發。
而無線通訊技術，作為連線世界的紐帶，其靈活性和廣泛性早已深入人心。未來，無線通訊技術還將繼續以驚人的速度發展，不斷拓寬其應用邊界。隨著5G技術的全面商用和6G技術的研發推進，無線通訊技術將實現更高速率、更低時延、更廣泛覆蓋的連線，為行動通訊、物聯網、車聯網等領域帶來革命性的變化。同時，無線通訊技術也將與人工智慧裝置、大資料等新興技術深度融合，催生出更多創新應用和服務，讓社會變得更加智慧、便捷和多姿多彩。未來社會，無線通訊將無處不在，成為推動社會進步和發展的重要力量。
另外，有線與無線通訊技術各有千秋，未來一些技術可以相互借鑑，共同發展。例如無線通訊可借鑑有線通訊的大頻寬傳輸優勢，探索更高頻率、更寬頻譜的通訊技術。而有線通訊則能從無線通訊的高階調製、多使用者複用技術中汲取靈感，提升光纖資源利用效率。二者相互促進，可能可以提供更高效、更智慧的通訊解決方案，共同推動人類世界向更加智慧、便捷的方向發展。
圖：有線與無線通訊還將繼續發展
在技術研究中，透過對比不同技術，可以更深刻理解每種技術的背後的本質。
有線通訊與無線通訊，作為通訊技術的兩大分支，正是適合拿來對比研究的物件。它們各自承載著資訊傳輸的重任，卻以不同的方式實現著這一目標。透過對比這兩種技術，不僅可以看到它們在傳輸媒介、傳輸特性以及應用場景上的顯著差異，更深刻理解了它們各自的優勢與侷限，也可以更深刻的理解技術原理。
在對比的過程中，也可以發現，技術的發展並非孤立存在，而是可以相互借鑑、共同進步的。有線通訊與無線通訊在演進過程中，不斷從對方身上汲取靈感，實現了技術的突破與創新。這種相互借鑑、共同發展的模式，為未來的技術發展提供了更多的可能性。
展望未來，有線通訊與無線通訊將繼續攜手並進，共同推動通訊技術的蓬勃發展。隨著AI、大資料等新興技術的不斷湧現和融合，未來的通訊技術將更加高效、智慧、便捷。而在這個過程中，有線通訊與無線通訊的對比研究將繼續發揮重要作用，引領人類走向更加廣闊的通訊世界。
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[1]. 無線重構世界，電子工業出版社
[2]. Wi-Fi7協議，IEEE P802.11be™/D3.0, 2023-1
[3]. 5G NR協議，3GPP TS 38.101-1 V18.6.0, 2024-06
[4]. Wi-Fi市場探析：今日應用與未來趨勢，慧智微
[5]. 傳遍朋友圈的“iPhone 13支援衛星通訊”，支援的究竟是什麼？，慧智微
[6]. Historical Trends in Wireline Communications 60 Improvement in Speed in 20 Years，Razavi，2015
[7]. 國際星閃無線短距通訊聯盟，https://www.sparklink.org.cn/
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本文轉載自“ 慧智微電子”，原標題《“有線”與“無線”通訊，有什麼異同？》。
為分享前沿資訊及有價值的觀點，太空與網路微信公眾號轉載此文，並經過編輯。
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