4、长途电话的需求

前面提到，通讯容量被频道带宽限制。电话线的最初带宽仅为几千赫兹，所以只适合传输语音，因为人类的语音就是从几百到几千赫兹的声音频率。每家每户的电话线就从家里直接连到电话局，这需要很多金属导线，通常用的都是铜，因为铜的电阻比较小。如果是长途电话，则需要几百公里或者数千公里长的铜线连接两个城市。如果很多电话线是靠得很近的，那么必须使用一些技术来防止噪声相互干扰。最简单的就是把每条电话线路的两条线互相缠绕，形成双绞线，可以避免其它电话线路的信号串扰进来。所以，每条电话线至少需要两根铜线。100多年来，美国电报电话公司在美国所铺设的电话铜线花费了1000多亿美元，这是一笔巨大的资金投入。

科学家的研究表明，铜导线的带宽和距离成反比。跨大西洋的电报线路早就铺设好了，但是由于距离太远，导线电阻太大，语音信号不能通过，导致电报在20世纪早期仍然是美国和欧洲联系的主要方式。1927年，跨大西洋的无线电话业务成熟了，但是每年仅有2000个这样的越洋电话的需求，用户需要每三分钟付费45美元。无线长途电话昂贵的主要原因一是元件设备的问题，另一方面是物以稀为贵。因为无线电中波和短波频段是全球共享的，如果大家都一起用就什么都听不到，只能事先分配好，相比之下，有线通讯可以让信号局限在导线里，而不是互相干扰，所以允许更多的人同时使用。

比双绞线更好的传输电磁波的媒质是同轴电缆，即一个圆柱形的金属管内部有一个金属轴，这样的形状比双绞线更对称，对噪声抵抗更好，现代的有线电视系统可以用同轴线传输多达上百个频道的节目，画面的清晰度也有了很大的提高。现在中国城市中的有线电视，都是用这种圆柱形的同轴电缆进行信号传递的。如果用同轴电缆来传递电话业务的话，可以把每个用户的语音加载到不同频段，这样很多用户可以同时共享同轴电缆的高带宽，这就是频分复用。同轴电缆技术是在1880年就出现在了英国，不过当时未能实用到电话业务上，因为它的成本高于电话用的双绞线，而当时用来复用频道的电子元件还没有出现。

直到1941年，美国电报电话公司铺设了实用的同轴电缆，实现了一根线路可以同时允许480个用户实用的奇迹，一下子降低了长途电话的成本。当时，晶体管还没有出现，用来中继的器件是电子管。1956年，以美国电报电话公司为首的几个国家的电话公司铺设了跨大西洋的同轴电缆，在海底放置了50多个中继站，允许48个频段同时实用，在一天之内就有700个电话使用了新系统，该系统的总投资高达一亿美元。按一分钟收费10美元计算，该系统理论上一年就可以收回两亿五千万美元的电话费，看来长途电话业务的回报率是相当惊人的。

有没有比同轴电缆带宽更大的通讯技术呢？人们考虑到，短距离内同轴电缆所支持的带宽基本上有几百兆赫兹，但是带宽和距离成反比，所以必须寻找频率更高的电磁波媒质。</p>