摩爾斯電碼(Morse code)，別名摩斯密碼，是一種遠距離通信的編碼形式，用于將文本編碼為兩種不同持續時間的字符信號，即“點”和“劃”，并利用電鍵通斷進行發送。1837年，美國的塞繆爾·莫爾斯(Samuel Morse)的助手阿爾弗雷德·韋爾股份(Alfred Vail)發明了摩爾斯電碼，后以摩爾斯的名字命名，韋爾股份進行擴展，形成了最初的“美式摩爾斯電碼”。
摩爾斯電碼由點字符(·）和劃字符(—)及字符間的間隔組成，通過電報機的電鍵控制開關通斷發送不同長度的文本消息。點持續時間是摩爾斯電碼傳輸中時間測量的基本單位，劃的持續時間是點持續時間的三倍。字符中的每個點或劃后的信號缺失期，稱為間隔，等于一個點持續時間。字母間的間隔等于三個點持續時間，單詞間的間隔等于七個點持續時間。
1848年，德國工程師弗里德里希·克萊門斯·格克(Friedrich Clemens Gerke)對摩爾斯電碼進行簡化，1865年國際電信聯盟(ITU)將修改后的摩爾斯電碼統一命名“國際摩爾斯電碼”，為全世界通用。摩爾斯電碼最初的通信系統需要通過線路傳輸，19世紀末古列爾莫·馬可尼(Guglielmo Marconi)發明了無線電電報設備，使它可以通過電離層反射機理以無線電形式發送。1997年摩爾斯電碼正式退出世界軍用歷史舞臺，1999年它又從國際海事通訊系統中退出，徹底退出了歷史舞臺，國際摩爾斯電碼主要用于業余電臺。摩爾斯密碼有著編碼簡單、設備便攜、傳輸距離遠的特點，雖然在日常生活中摩爾斯電碼已逐漸退出，僅為無線電愛好者所用，但因其特殊的不可替代性，在航空、航海、軍事等領域，仍被廣泛應用。隨著科技的發展，摩爾斯電碼正在朝著自動接收和深度學習方向發展。
發展歷程
背景
19世紀初，歐洲電磁學研究邁入一個高速發展的階段，電磁學理論的發展帶來了第二次全球性的技術革命，人類社會由此進入電力、電氣、電子時代。電力提供了新型能源，電氣化推動了國民經濟的發展，電子誘發了電報、電話和無線電等通信方式的出現。
產生
1832年，摩爾斯在前往紐約的郵船上受安培電磁實驗的啟發，萌發了利用電流通信的想法，航行中形成了摩爾斯電碼的雛形。回到美國的摩爾斯與倫納德·蓋爾(Leonard Gale)和韋爾股份合作進行電報開發，蓋爾和摩爾斯進行電池和電磁設備的研發，兩人各有一半的貢獻。1835年韋爾協助摩爾斯在實驗室架設了第一臺有線電報機。1837年，摩爾斯試制出第一架電磁式電報機，它利用電磁感應的機械作用操縱頂端裝有記錄頭的控制棒，電脈沖通過電路引起控制棒運動，使記錄頭觸及紙帶從而在紙帶上留下符號圖形。同年，韋爾開發出摩爾斯電碼表。
摩爾斯原本的設想是用一種特殊的電碼本或詞典來編碼消息，發送者先從電碼本中查找要發送的單詞，找出這個單詞對應的數字編碼，然后將該編碼用電報發送出去，接收者再根據收到的編碼進行解碼。可是他并沒有相關的專業技術，所以他與簽訂了一個協議，讓他幫助自己制作摩斯電碼然后制造出更加實用的設備。隨后，韋爾提出一些改進方案，包括使用電鍵發報，以及使用美式摩爾斯碼表來替代電碼本。美式摩爾斯碼包含9種不同長度的短信號、長信號和空白，用來編碼不同的字母、數字和符號。這種編碼為字母間、單詞間和句子間的間隔規定了不同長度的空白，以幫助報務員進行區分。他與摩爾斯達成一致，將這個方案也放入摩爾斯的專利中，最后形成了人們熟知的“美式摩爾斯電碼”。隨著電報網絡在北美洲、拉丁美洲和歐洲的擴張，這種編碼也隨之推廣開來。1838年摩爾斯和韋爾在新澤西州莫里斯敦的一幢房子里第一次面向公眾演示了用美式摩爾斯碼來發送消息，電報內容是“有耐心的人永遠不會失敗（A patient waiter is no loser）”。
電報還需要借助埃茲拉·康乃爾(Ezra Cornell)發明的鋪設管道的機器和銅制電報線才能夠發送。1844年，美國建成了從華盛頓哥倫比亞特區到巴爾的摩長達64km的專用電報線路。同年5月24日，這條電報線路正式啟用，摩爾斯通過這條線路向位于另一端的韋爾發送了一條著名的消息：“神行了何等大事”（what hath God wrought，出自《圣經·民數記》第23章第23條），這是世界上第一封電報。摩爾斯的成功也推動了美國電報網絡的迅速發展。除了摩爾斯在進行電報開發外，英國的蒂姆·庫克(William Cooke)也對電報機模型進行改良并與查爾斯·惠斯通(Charles Wheatstone)成立了電報公司。蒂姆·庫克模式在英國占據主流，摩爾斯模式在美國迅速擴張。在有線電報時代，蒂姆·庫克模式更直觀，但到無線電報時代，摩爾斯電碼更具數字化優勢，最終成為國際主流。
改進
1848年，經過德國工程師弗里德里希·克萊門斯·格克的改進，格克對原來的編碼進行了簡化，減少了長信號長度的種類，并為出現頻率較高的字母賦予較短的編碼，主要用于德國漢堡和庫克斯之間的通信。他的方案于1865年在巴黎舉行的國際電報大會上獲得標準化，國際電信聯盟將其統一命名“國際摩爾斯電碼”，而美式摩爾斯電碼已經極少有人使用了。
消亡
隨著世界各國經濟的發展和科學技術的進步，摩爾斯電碼逐漸落后。1997年，法國海軍發出一條“所有人注意，這是我們永恒沉寂前的最后一聲吶喊”（CALLING all.This is our last cry before our eternal silence）的電報，這標志著摩爾斯電碼正式退出世界軍用歷史舞臺。1999年摩爾斯電碼又從國際海事通訊系統中退出，徹底退出了歷史舞臺。國際摩爾斯電碼主要用于業余電臺，直到2003年，國際電信聯盟還為世界各地的摩爾斯電碼愛好者發業余執照。
編碼規則
基本組成
摩爾斯電碼由點字符(?)和劃字符(—)，或叫“滴”(dit，或dot)和“嗒”(dah，或dash)及字符間的間隔組成。點的長度決定了發報的速度，一個點字符的長度被當作一個單位時間。
通報速率
通報速率的定義為每一秒鐘內能發出多少個點（劃與間隔均按時間長短折合成點），記作波特。通報速率與基本時間單位的關系是：通報速率（波特）=1/基本時間單位（秒）=1/1000基本時間單位（毫秒），其與頻率的換算關系為：頻率（赫茲）=通報速率（波特）/2。摩爾斯電報機多以每分鐘發送若干組字來計算通報速率。
通信原理
摩爾斯電碼的表現形式可以是電報電線中的電子脈沖，或是機械標志及視覺信號（如閃光），也可以使用一種音調平穩、時斷時續的無線電信號。其使用的是一種音調平穩、時斷時續的無線電信號，被稱作連續波(CW)，屬于短波通信的一種。短波通信主要通過電離層反射（天波）機理進行遠距離傳輸，是歷史最為悠久的無線通信方式。短波通信系統具有設備簡單、使用方便、機動靈活、成本低廉、抗毀性強等優點。發射天線向高空輻射的電波，在電離層內經過連續折射而返回地面到達接收點，這種傳播方式稱為天波傳播，優點是可以利用較小的功率實現遠距離通信。但由于電離層是一種隨機的、時空變化的半導電媒質，所以短波傳播有較嚴重的衰落現象，有時還因電離層的突發急劇變化而出現通信中斷現象。
表示方法
點與劃的不同搭配可以表示拉丁字母、數字、特殊符號等含義。
基礎拉丁字母
數字
重音字母
標點符號
特殊符號
特殊信號是將兩個字母連成一個使用，省去逐個發送字母之間的間隔。
常用縮寫
縮寫和同一符號不同，縮寫保留著字元中間的間隔，它們并沒有被連成一個使用。
收發報通則
主要特點
優點
摩爾斯電碼編碼簡單，容易記憶。對于不同國家、不同母語的電報員來說，只需要準備一本通用的電碼譯本即可，大大節省了時間和精力。收發設備便于攜帶，在可移動性方面具有絕對優勢。同時摩爾斯電碼所使用的短波通信相比其他通信方式還具備：覆蓋與遠程通信能力強、通信系統頑存性強、運用模式多樣、適用范圍廣、通信選頻要求高、用頻動態性強等特點。
缺點
摩爾斯電碼本身易于破譯，保密性差。直接采用代碼發送的文字字符稱作明碼，任何收到明碼的電報員都可以通過電報表翻譯出原文，故明碼通信易造成信息泄露。因此，在摩爾斯電碼的實際應用中，特別是在軍事領域，要對發送內容進行加密，防止信息的泄露。另外，無線通信容量小、通信穩定性較差，電離層的變化會使信號產生衰落和失真。
常見分類
任何一種能把書面字元用可變長度的信號表示的編碼方式，都能稱為摩爾斯電碼。但這一術語逐漸演變為特指兩種摩爾斯電碼類型，即美式電碼和國際電碼。
美式電碼
最初的摩爾斯代碼被稱為美式摩爾斯電碼，美式摩爾斯電碼已很少使用。它使用的是不太一樣的點、劃以及獨特地間隔來表示數字、字元以及特殊符號。這種摩爾斯電碼不是通過無線電波進行傳輸的，而是經過電報電線傳輸的，主要針對地面報務員。現代摩斯電碼可以從揚聲器或者耳機中聽到電碼的音調，而美式電碼只能從最早期電報機的機械發生裝置或者發送電鍵中聽到聲音。
國際電碼
國際摩爾斯電碼由格克于1848年在美式摩爾斯電碼基礎上進行改良，最初用于漢堡市和德國庫克斯之間的電報。格克改變了近一半的字母控股和所有數字，為國際通用形式的代碼奠定了基礎。經過一些修改，國際摩爾斯電碼在1865年巴黎國際電報大會上標準化，后來被國際電信聯盟定為標準，為世界所通用。
非拉丁語電碼
除了已經絕跡的美式摩斯電碼和通用的國際摩爾斯電碼，還有一些非拉丁語體系的電碼被各個國家應用在通信領域中。
中文電碼
1873年，法國人威基杰(S·A·Viguer)參照《康熙字典》的部首排列方法，編成了第一部漢字電碼本，名為《電報新書》，后由上海電報局總辦的鄭觀應將其改編成《中國電報新編》。
中國電報碼將漢字映射到四位數代碼，并使用標準摩爾斯電碼將這些數字發送出去。中文電碼用排字法，即采用了四位阿拉伯數字作代號，從0001到9999按四位數順序排列，漢字先按部首，后按筆劃排列，字母和符號放到電碼表的最尾。但用四位數字最多表示一萬個漢字、字母和符號，后來不能滿足要求，又有第二字面漢字的出現。中文電碼屬于“無理碼”，記憶困難，幾乎無法熟練地掌握使用，需要電報索引目錄進行譯電。
日文電碼
日本假名與拉丁字母（包括少數二合字母、派生拉丁字母）依照順序逐一對應。
希臘字母
希臘字母的摩爾斯電碼類似拉丁字母的摩爾斯電碼。不同在于，增加了希臘字母“Χ”，但不采用拉丁字母的“J、U、V”。雙元音的摩爾斯電碼僅于舊電碼表中記載，實際上并未使用，而是視為二個獨立母音字母。
西里爾字母
西里爾字母的摩爾斯電碼對應近似發音的拉丁字母的摩爾斯電碼（例如西里爾字母Б對應拉丁字母B、В對應W（德語發音）、Г對應G、Д對應D，依此類推）。沒有對應拉丁字母之西里爾字母則另擇字母對應，例如Щ對應Q。俄語摩爾斯電碼用于將西里爾字符映射到四元素代碼。俄語需要2個額外的字符，“Э”和“Ъ”，它們由5個元素編碼。
應用
摩爾斯碼因其簡潔易懂，使用時間超過了160年。有線電報時代，電報公司紛紛成立，商業通信中多以新聞業和金融業為主。19世紀末，古列爾莫·馬可尼發明了無線電，摩爾斯電碼開始被大規模使用。隨著科技的發展，摩爾斯電碼已逐漸退出通信舞臺，僅為無線電愛好者所用。但因其特殊的不可替代性，在航空、航海、軍事等領域仍存在應用。
發展
隨著計算機應用的普及，摩爾斯電碼逐步改為由微機來控制發報軟件和發報機來實現報文原文的編碼和發送。然而，摩爾斯電報的接收、譯碼和抄收基本上還是靠人工的參與來完成。出于對報務員短缺現象的考慮，國內外學者不斷探索摩爾斯電碼的自動接收方案。其中，大部分是應用傳統機器學習算法，在穩定且簡單的電磁環境下，其接收效果較好，可以在一定程度上輔助人工，但隨著信噪比的降低，算法的接收準確率衰減較嚴重，達不到實用要求。隨著神經網絡的突破性發展，摩爾斯密碼正朝著深度學習方向發展。
SOS
1912年4月10日，英國的泰坦尼克號開始航行，4月14日，泰坦尼克號通信員因忙于修理無線電設備并處理積壓的電報，在接到航線上有冰山的警告信號后，反而沒有向船長通報。在電影《泰坦尼克號》之中，愛德華船長要求通信員托德·菲利普斯發出遇難信號“CQD"以及船只位置。“CQD”是馬可尼公司制定的船舶遇難信號，信號CQ（"sécu"，即法語sécurité“安全”的略稱）代表呼叫沿線所有的電臺，宣布警告或預警性的信息，同樣在海事無線電中，“CQ”也表示對所有人的呼叫。然而，在有線電報中并不存在緊急求救信號，因此馬可尼公司在“CQ”后加入了字母“D”，代表“緊急情況”（Détresse），用于緊急呼救。
但在1906年，國際無線電會議一致通過將SOS作為國際統一的求救信號，用摩爾斯電碼表示為“???— — —???”，不過在會議之后，仍然有很多船只繼續使用“CQD”作為求救信號，泰坦尼克號也不例外。助手布萊德想到了會議上的決議，并將這件事告訴給菲利普斯，于是菲利普斯將求救信號從“CQD”變更為“SOS”。
距離泰坦尼克號只有30千米的加州人號在多次向泰坦尼克號發送警告信號無果后關閉了無線電，沒能接收到求救信號，加州人號的瞭望員也沒有把泰坦尼克號發射的求救火箭當成求救信號。最先接到泰坦尼克號求救信號的是德國客船法蘭克福號，但這艘船距離泰坦尼克號大約250千米遠。接到求救信號并率先抵達的是卡納德航運公司的卡帕西亞號，這艘船距離泰坦尼克號大約100千米。泰坦尼克號于1912年4月15日凌晨2點20分完全沉，卡帕西亞號抵達時，泰坦尼克號已經沉沒了一個半小時以上。
參考資料 >
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