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“傻”博士的初恋-14-美女明星的专利（科普）精选

已有 13157 次阅读 2013-1-7 06:49 |个人分类:故事+谜语|系统分类:科普集锦| 专利, 明星, 通讯技术

第十四章﹕美女明星的专利

上星期，在圣地牙哥教书的朋友明娜来看我。今天早上飞回南加州去了。一年多不见，明娜长胖不少。我们俩见面高兴得不得了。星期五晚上，我们头靠头躺在一起，一直聊到天亮。

星期六，和萨沙一起，带明娜去附近的海边玩。

萨沙开着车驶上了1号高速公路。硅谷的夏天略微干燥，好几个月都没有下雨，有些地方出现沙漠迹象。本来这一带就是从沙漠改造过来的嘛。不过，1号高速公路是沿海的，有海风的滋润，山和树都比离海远的地方要绿多了。

萨沙知道明娜是我在麻省理工学院时最要好的朋友，便问起了她在那儿读哪个系？学什么专业？在圣地牙哥哪个学校？做什么工作等等。老毛病又来了，就像警察审问犯人。

“还是让我自己来告诉你更多的关于我的事吧。” 明娜撇撇嘴说，她显然不甘心被“审问”。

明娜也是个话匣子，一打开便关不了。

“我是在芝加哥出生的，我父母年轻时候从印度来美国。啊，那是在我出生之前的事情了……，他们来美国之前并不认识，他们的故事很有趣，我以前讲给安妮听过……，不扯他们的事了，说我自己吧……我在学校，也就是麻省理工时，学的是人事管理专业，毕业后换了两个工作……现在呢，在圣地牙哥大学国际学生办公室工作。”

“安妮是我在MIT最好的女朋友,” 明娜接着说。“在波士顿时我还有一个男朋友，安妮也见到过的。不过上个月我和他正式分手了。目前呢，有两个候选人，都还不算是正式男朋友……”

“印度人的婚姻不是一般都由父母安排吗？”萨沙抢到了一个他感兴趣的话题，开始口若悬河地发表他的高见：“我就觉得由父母安排婚姻是很好的事情。‘父母包办’没有什么不好的，反而有很多优点，因为父母年纪大，有经验，看得准确，善于判断，为子女找到最好对象的概率最高……”

又来了概率论，真是三句话不离本行，我心想。

“什么叫最好的？父母认为好的你不见得认为好，你认为好的，父母也不见得认为好……”，明娜终于找到一个机会反驳萨沙。

“好和不好总有一个绝对标准。比如说给每一个人打一个分数……得10分的当然比得5分的好多了……”，萨沙仍然滔滔不绝地发表奇谈怪论。

“好和不好应该不是绝对的，还有感情因素呢！”我也想加入辩论。

“如果给每一个可谈的对象都打一个分数，父母选择至少有以下三点优越性，第一，……，第二……”萨沙不理睬我，自顾自地口若悬河，根本听不进别人在讲什么。

我和明娜都不想跟他辩论了，转头望着窗外的风景，哼起一个熟悉的流行歌，让萨沙自己一个人在那儿自言自语似的比较“父母安排”和“自由恋爱”两种数学模型的优劣吧！再加上汽车已经快要开到我们的目的地了。

在海边玩了一整天，大家都的确累了。昨晚回到家里我和明娜都睡得特别香。

明娜去南加州的飞机是中午12点。在我送她去机场的路上她对我说：“看得出来，你还是挺喜欢萨沙的。这个人我可受不了。不过你不一样，在某些方面你和他有某种相似之处。”

“我看这个‘数学博士’呀，虽然从象牙塔里走出来了，但本质上仍然是个‘怪物’。”明娜认为自己一句话就道出了萨沙的本质，得意地笑了起来。我也忍不住，和她一起咯咯大笑起来。

“不过，请你不要在意我刚才的话，恋爱毕竟是个人的事，只有当事人才能体会。希望你们有情人终成眷属。”明娜又补充说。

2001 年 8月 X 日，星期六

明娜走了，昨天和萨沙度过一个难分难舍的夜晚……

昨晚，很高兴听萨沙难得地夸我长得漂亮，又夸我聪明，还半开玩笑地说，能比得上通讯技术史上一个享有专利的美女明星Hedy Lamarr哦！接着，便给我讲这段历史，美女明星的故事挺有意思的，又长不少见识，因而把它记在下面。

一般来说，美女、明星很难和专利沾得上边，人们通常也想不到电影演员能有科技发明的头脑，但是，确实有这么一个美丽的电影女明星，她有一项非常了不起的专利，这个专利是现代3G通讯技术的核心，也就是说，我们每天使用的手机通讯技术就得利于这个美女明星的贡献。她就是人称“扩频通讯之母”，1913年出生于维也纳一个犹太银行家家庭的女演员赫蒂·拉玛尔。

扩频通讯之母--美女明星赫蒂·拉玛尔（照片来自Wikipedia）

什么是扩频通讯？为什么需要用扩频通讯？赫蒂·拉玛尔又为何被人称为扩频通讯之母呢？我们从简略回顾通讯发展的历史开始。

通讯是人们为了实现沟通而传递信息的过程。击鼓发令、烽火报信、鸿雁搭桥、信鸽传书, 从这些古代原始的通讯方式, 演变至现代化的计算机数字通讯，千百年来人们做了种种努力, 都是为了更多、更快、更准确、更可靠地传递信息，让“千里眼”和“顺风耳”成为现实。

通讯工程中一个重要方面是选择‘媒介’, 古时候所用的‘鼓声、烽火、鸿雁、信鸽’等都是通讯的媒介。现代的无线电移动通讯, 也就是如今热门的手机通讯方式, 使用的媒介是在一定频率范围内的无线电波。某个频率的无线电波, 就象是一列火车。把需要传递的信息‘搭载’在‘火车’上的过程, 叫做‘调制’, 这个无线电波则被称为‘载波’ 。当满载信息的火车到达目的地后, 需要有‘解调’的过程, 将信息下载并还原。

无线电波用于通讯的方面很多, 除了移动通讯之外, 还有广播、电视、及各种军事用途等等。因而，‘火车’的列车数有限, 分配给移动通讯的‘列车’数目远远不够用。怎么办呢，为了更有效地利用给定的频率段, 以满足大量用户的需要，现代通讯使用‘多址方式’。

给了一定的频率范围，一定的时间段，使用许多种编码方式，这就像是给定了一个三维的纸盒子（如下图所示）。选择多址方式, 就是选择如何在这个盒子里分配用户。例如，可以使用下面三种方法（下图中用各种不同的颜色表示不同的用户）：

（a）以‘频率’而分：频分多址（FDMA）、

（b）以‘时间’而分：时分多址（TDMA）、

（c）以‘编码’而分：码分多址（CDMA）。

三种多址方式的比较

频分多址方式（a）把可以使用的总频段划分为若干个互不重叠的频道，分配给用户；时分多址则将时间划分成许多时间小间隙作为信号通道（b）。也就是说, 在频分多址系统中, 每个用户虽占有全部的时间, 却只有很窄的频带宽度; 而在时分多址系统中, 用户可能拥有整个频宽, 却只有很短的时间。码分多址方式（c）不以分割时间或频率来区分用户，每个用户都占有整个频宽和全部时间，但却有不同的编码序列, 不同用户以‘编码’而分。

由于‘码分多址’系统中,的每个用户都有足够宽的频率范围和时间范围, 因而具有许多优越性：频谱利用率高，容量大，抗干扰能力强、保密性好等等。所以，CDMA（码分多址）成为3G通讯的首选。为了具体实现CDMA，我们需要在给信息‘编码’的同时, 扩大信息的频带, 这就是‘扩频通讯’。

尽管以扩频技术为基础的3G通讯近年来才迅速发展，扩频技术却已经有了好几十年的历史，它最早的发明专利就属于上面谈到的上世纪四十年代当红的电影女明星赫蒂·拉玛尔。

首先，赫蒂·拉玛尔是个货真价实的好莱坞明星，她演绎了电影史上第一部“露两点”的影片Ecstasy，她经历了六次婚姻，在好莱坞以风流貌美而名噪一时，连费雯丽也曾经以长得像她而倍感骄傲。

一场以失败而告终的婚姻改变了她的命运！为了逃离失败的婚姻，摆脱她的众多纳粹‘朋友’圈子中政治军事斗争的漩涡，赫蒂逃到了伦敦。并开始积极地学习和研究通信技术，以帮助盟国战胜纳粹敌人。在好莱坞时，赫蒂结识了一位音乐家乔治·安塞尔，乔治也到了伦敦，并一心想要对德作战有所贡献。因此，他们两人一起积极地进行一项能够抵挡敌军电波干扰或防窃听的秘密军事通讯系统的研究，并最终制成了一个以自动钢琴为灵感的‘扩频通讯’模型，并且在1942年的八月得到美国的专利。

这‘扩频通讯技术’，与自动钢琴有什么关系呢？我们以下图为例说明：图（a）的自动钢琴中，每个琴键代表一个频率，或者说是一段窄窄的频带。当钢琴自动演奏一段曲子时，音符按照曲调在各个键之间跳跃，比如：“C-F-G-G-A-F-D”，这时，虽然每次只弹一个键，但在演奏的这一段时间中，合成声波的频率从A到F跳跃变化。也就是说，频率范围不再只是一个音，而是扩大到了A和F之间。将这个道理用到通讯中，如图（b）所示，让载波的频率F不固定，而是按照一定的规律跳跃，合成的结果也是使频率范围扩大了，达到‘扩频’的效果。这就是赫蒂和乔治当时专利中的‘跳频扩频技术’。这载波频率F跳动的规律，对应于自动钢琴所弹奏的一段乐谱，也就是通讯中所用的一种‘编码’。

跳频扩频是一种时间平均的扩频过程。通讯技术中，扩频方法除了跳频扩频之外，还有图（b）所示的‘直接序列扩频’法，是将编码与信息相乘后再进行调制。

当时，赫蒂·拉玛尔和乔治·安塞尔将他们这项专利送给了美国政府，希望能够对当时正如火如荼进行中的二次大战有所帮助。遗憾的是, 也许是发明家的思想太超前于技术条件的发展吧, 美国军方当时并未采用这一技术。乔治·安塞尔于1959年去世时, 也尚未看到他们的发明得以应用。

直到1962年, 也就是赫蒂·拉玛尔和乔治·安塞尔的专利过期之后的第三年, 该技术才第一次被美国军方秘密使用于解决古巴导弹危机的行动中。后来，扩频通讯被深入研究，并多次用于军用通讯领域。尤其是到了上世纪九十年代，在无线电移动通讯的商业界中，扩频通讯技术飞速发展，大展宏图, 还造就了许多百万富翁。尽管如此，这项专利的原始拥有者却未曾因此而赚取过分文。

不过，值得一提的是，1997年, 以保护技术的权利与自由为目的的团体-电子前沿基金会（Electronic Frontier Foundation）颁发给85岁高龄的赫蒂·拉玛尔一个奖项, 以表彰她和乔治·安塞尔对此电子技术的贡献。2000年, 赫蒂·拉玛尔在佛罗里达州平静而安详的去世, 无论如何, 迟到了五十五年的社会认可终能使我们的美女明星发明家含笑九泉, 比起她的合作人乔治·安塞尔来说，要少几分遗憾了。