全世界最美丽女科学家——CDMA之母海蒂小姐

很漂亮吧？

我觉得女明星们在她面前弱爆了。（虽说她也是女明星）直到今天，她对全球无线通讯技术所做的贡献仍旧无人能及，是当之无愧的“跳频扩频通信之母” Wireless goddess！：（Spread spectrum） ，甚至于称得上“CDMA手机之祖母”。（非GSM手机，题目括号中话和称谓为引用，敝人不敢乱加......)

“比我聪明的都没我漂亮，比我漂亮的都没我聪明。”这句话虽并非出自海蒂·拉玛（Hedy Lamarr）之口，却真真切切地成了她的写照。费雯·丽也因长得像她而倍感自豪，在那个黑白片时代，她被誉为“世界上最美丽的女人”，更是“世界上最美丽的科学家”。

我孤陋寡闻了，也是最近才了解到这位大神的，不够专业的地方请指正。（当然CDMA不是一两个人发明的，要感谢的科学家也很多，鉴于大家都喜欢看美女，就先介绍跳频技术的原创者吧）

“天生弱智难自弃，一朝栽在电子系”。有感于徐楚乔同学的这条状态，深深体会到作为女生学电信的不容易，在电动力学和信号系统面前的无知，在数据结构面前的绝望，在数不清的大牛身边的彷徨，无论可以“双手悬空立体焊“的系主任王希勤教授，还是新生代实力派高富帅清华特等奖的孟华东老师。

本来亥维赛做错数学题然后无意中发明了Laplace变换的故事就够奇葩了，让我们感到压力更大的是，同样作为女生，人家天生丽质难自弃，一朝发明CDMA。而我们........

 当以CDMA为基础的通信技术开始走入大众生活，科学界才想起了已经83岁高龄的CDMA之母海蒂.拉玛，非营利性、非官方的电子前沿基金会(EFF: Electronic Frontier Foundation)授予了海蒂.拉玛早应得到的荣誉，但此时，她的专利已经失效，而其终生未能因此而得利。

就像她的儿子，美国电话局主席安东尼·罗德（Anthony Loder）对她的评价所说：“虽然她（海蒂小姐）已经被大家遗忘了，但她所做出的一切仍然影响着一代又一代的人。”全球电信和通讯技术行业著名工程师和分析师戴夫·莫克（Dave Mock）则在2005年出版的传记《高通方程式》中，以这样的文字来描述这个矛盾的天才人物：“扩频通信的内部探索来自一个全然意想不到的人物的早期发现，她就是美丽的、富有洞见的女明星海蒂·拉玛。只要你使用过移动电话，你就有必要了解并感谢她。要知道，这位性感女明星为全球无线通讯技术所做出的贡献至今无人能及。”

这位美女逝世于2000年1月19日，无论是演员还是算科学家算是非常长寿了。倍感欣慰。

她是上世纪最不可思议的女人，价值远远超过如斯芬克斯之谜的嘉宝。

她美貌惊人，而且放浪形骸，一生罗曼史更是连玛丽莲.梦露这样的性感女神也自愧不如。

但她却有如此严谨的科学头脑，为世人贡献了如此有价值的发明。

光影中的拉玛，谜一般的女人！

 这张真的是海蒂，不是费雯丽，不相信的请google一下海蒂拉玛

就在高通因CDMA专利坐在家里数钱的时候，CDMA皇冠上的宝石———扩频理论的核心基础却躺在专利号“2，292，387”的“保密通信系统”文件里，申请时间是1941年6月10日。直到1997年，美国电子前沿基金会授予了这项专利第一申请人海蒂·拉玛（Hedy Lamarr）荣誉技术奖章时，她才真正进入我们的视线。

（引用科学松鼠会）海蒂小姐，1914年9月9日出生于维也纳，当时的名字叫海德维希·爱娃·玛丽亚·基斯勒（Hedwig Eva Maria Kiesler）。父亲是当地知名的犹太银行家，母亲是一名钢琴家。 她曾迷上了表演，跟随著名戏剧导演马克思·莱因哈特到柏林学习表演。最初她在影圈充当场记，凭着无以伦比的外表和表演欲，16岁的海蒂小姐就迎来了她的第一部电影《街上的钱》。

拉玛的第一任丈夫曼德尔是奥地利军用设备制造商，其供给对象正是二战时期的轴心国。，拉玛对国防设备产生了浓厚的兴趣，，同时也能了解到国防研发中亟待解决的问题：比如，如何避免通讯信号在传输过程中，被敌方干扰或截获。

 她踏进美国国土的故事就足以拍成一部电影，1937年的一天，海蒂小姐陪同曼德尔出席晚宴，中途她以身体不适为由退席，用迷药迷昏随从侍女，跳出盥洗室的窗户，乘当天的火车连夜逃到了法国巴黎。独自在巴黎生活了一阵子，她又游走到伦敦。在伦敦，她遇见米高梅三巨头之一的路易·梅耶，在他的引荐下，她成功打入好莱坞，与米高梅签定了一份拍摄合同，并获得了一个后来她一直沿用的新名字海蒂·拉玛——这个名字来自于无声影片时期的一位大美女芭芭拉·拉玛（Barbara Lamarr）。

海蒂·拉玛到了好莱坞之后依然惊艳，也因影片《Algiers》中所塑造的优雅的黑发美女形象打破了由金发女人统治银幕的惯例，然而福兮祸所伏，她的演艺事业却再难有寸进。她在好莱坞令人惊艳了近40年，和包括克拉克·盖博在内的数名影帝合作过，却从未获得过任何奖项。即使到了彩色片时代，奥黛丽·赫本、玛丽莲·梦露等新偶像席卷天下的时候，年近50岁的她仍然在《霸王妖姬》中，以美貌颠倒众生，令许多正值妙龄的女演员都自叹不如。惊世容颜却无一部传世作品，不免令人叹息。

曾几何时，这个身高5.7英尺、有着一双近乎完美面庞的海蒂小姐人就是好莱坞的花瓶化身。 她说过一句被广泛引用的话：“任何女孩都能够变得迷人，你作需要做的全部事情就是站在那儿并且看起来很蠢”（Any girl can be glamorous. All you have to do is stand still and look stupid.）。 因为被认为是花瓶，多数人忽略了她的聪明才智。

费雯丽也因长得像她而倍感自豪

，人们通常都想不到电影明星有什么头脑，但她确实有。”

二战时，如何提高鱼雷命中率成为各方争夺的焦点。实战中，通常是由战舰和潜水艇向打击目标发射鱼雷，指挥员在飞机或轮船上通过无线信号进行引导，以保证精准的命中。因为早期的通信是同时在一个单独的频道上传输，敌方只需简单地探察频道，之后制造足够的电磁噪声来有效地干扰信号。

恰巧此时美国政府和国家发明家委员会向各界名流发出邀请，希望每个有能力和想法的人加入支持美军参战的队伍中。海蒂小姐的机会来了。她正好了解遥控鱼雷和无线通讯干扰技术，参与了设计军用无线通讯和鱼雷遥控系统。

海蒂小姐的设想是，在鱼雷发射和接收两端，同时用数个窄频信道传播信息，这些信号按一个随机的信道序列发射出去，接收端则按相同的顺序将离散的信号组合起来。这样一来，对于不知信道序列的接收方来说，接收到信号就是噪声。与此同时，由于接收端只需要对数个特殊频段的特定序列信号敏感，对一般的噪声免疫力很好。而敌方又不可能实现全频段的干扰。但怎么才能做到这一点呢？信号需要同步？如何同步呢？

扩频技术的第二发明人安泰尔是当时闻名遐迩的先锋派作曲家，其创作风格激进，又十分乐衷于弄潮儿，甚至试图将爵士音乐旋律和机器声融合于交响乐中，大胆地运用了钢琴、飞机螺旋桨的声音、电钟等音响组成音乐，与传统的音乐风格大相径庭，引起了当时音乐界的广泛争议和关注。

启发后世的扩频（展频）技术，应该是属于两个人的

他们曾一起谈到鱼雷的无线电控制。拉玛尔说出了“跳频”的新颖设想，安泰尔则提出，可以用他在欧洲期间曾尝试过的对16部同步演奏的自动钢琴进行调节的类似方式来调节无线电频率。安泰尔确信海蒂小姐是聪明卓越的人物，但毫无疑问，他对同步性的看法影响了拉玛的离散无线电通信的概念。

同时，他还尝试发明一种用于教学基本钢琴指法的机械钢琴，虽然没有成功，但该想法与拉玛的频谱变更想法碰撞出了火花。安泰尔提出更为完善的思路，为确保信号的正确接收，发送方和接收方必须也拥有相同的切换频率。他比喻说，“就像是让两台不同的钢琴同步演奏着相同的旋律。”结合拉玛的想法，把信息分段存储在不同频率上以获得更好的抗干扰能力，他们发明了一种新型的鱼雷引导方法，并申请了专利。如果你对通讯技术足够了解，就会敏锐地发现这其实也是CDMA的基本思路

3G网络通信技术的最初灵感就来自于这样的自动钢琴纪录纸带

安泰尔所说的自动钢琴很象老式计算机，通过读入编好码的打孔纸带来演奏，为了协调好这些同时演奏的自动钢琴，安泰尔着实在编码上费了一番心血才找到解决之道。因此，他和海蒂小姐最初实现跳频技术时也选用了类似自动钢琴上使用的打孔纸带来同步信道，甚至连信道数都参考了钢琴键的数目－－88个。

这就是自动钢琴，最早实用化的编码和解码器，当然，只能编译自动钢琴自己打出的密码纸带。

在海蒂小姐的公寓内，安泰尔将自动钢琴演奏器、鼓、锣，甚至是任何能够派上用场的乐器组合在一起，在无线设备和自动机械的协调下，保证每一种不同的乐器都能够在工作中与整体达到同步。灵感瞬间涌现的同时，两人用数百根火柴棒和铅笔在地毯上摆出第一张关于“免干扰无线技术”原理图。然后，将鱼雷引导系统的最初概念，用铅笔潦草地逐字写在寄自安泰尔家的一个信封上。信封背面是这种通信方法的草图，正面是一段简短的描述。海蒂小姐和安泰尔用一张简单的图画和区区几百字，抓住了免干扰通信系统的主要原理，其基本思想就是为了避免干扰必须从一个频率跳到另一个频率。这一挑战设计将发送方和接收方的信号要想在管弦乐中一样达到同步。这个系统根据所需秘密等级一级使用技术的复杂程度，范围可以从相对简单的地步到极端复杂的程度。

 最初设计图纸

 （引用果壳网）展布频谱技术示意图

将传输信号打散到不同的频谱上，提高传输效率和稳定性。

发送方和接收方拥有同步的频谱切换频率，能够实现对信号的有效发送和接收

经过了数月的辛勤工作，这个构思已经初具雏形。1940年12月，两人将一份说明送交至国家发明家委员会。委员会主席查尔斯看过手稿之后非常兴奋，并建议海蒂小姐和安泰尔继续完善其构思后申请专利。好心的主席还给他们介绍了Caltech的电气工程学教授，在这位教授的帮助下，他们精心剔除了导致故障的程序错误，终于在1942年8月，这项发明被授予美国专利。

      这个极富艺术感染力的形象比喻，却没有打动当时的军方人员。据安泰尔回忆说，当时美国海军在回绝这项发明时说：“我们又不能在鱼雷中，真的塞进一台自动演奏钢琴。”甚至，军方放言称，如果拉玛真的想要为国出力，还不如多利用她的美貌和明星的地位帮助政府多卖出一些公债。事实上，拉玛真的出力，卖了七百万美金的公债，而她与丈夫的伟大发明，则一直处于被冷冻的状态，直到上世纪50年代才得到正视，当时，美国海军给霍夫曼无线电公司一份匿名的专利，让它据此生产声纳浮标，这就是当年拉玛和安泰尔的专利。后来军方对据此专利发展起来的展布频谱技术解禁，于是成就了现在的高通公司（Qualcomm） 。

发明专利，第一作者海蒂拉玛，第二作者安泰尔

在专利说明中，描述了一种引导鱼雷的通信方法，即在一段固定时间内，在载波频率之间发射方和接收方用一种同步的通信方式。被发射方（一架高处的飞机）和接收方（一枚运行的鱼雷）所采用载波频率的同步的编号，是由一种类似自动钢琴音乐筒的装置控制，该装置有一个独特的由88个可能的阶梯组成的序列。这就意味着，通过在每个频率上仅发送整个信息的一小部分，鱼雷能受到操纵。干扰通信的企图通常一次只能是一条信道失去作用，而在其他信道上的信息足以保证鱼雷作出必要的方向矫正，以击中目标。

现代的无线电指令指导流程图 中间从地面“跟踪系统”到飞行物上的“信标机”间的通信保密就是Hed

也就是说，海蒂小姐和安泰尔打破了在一个单独频率上的常规的通信模式，而这种常规的模式自从无线电发端以来就一直被使用着。尽管海蒂小姐的专利是之后上百种专利的基础，今天的扩频通信技术就起源于“跳频”概念，但当时还没什么人能理解这一发现的深奥含义，也还没人能制造出具备专利所描述的功能的设备，美国军方也还是把这一专利归为官方机密一档，并且其概念数十年都被置于严格保密之中。

直到上世纪50年代后期，海蒂的这一杰出设计思想，才被广泛运用到军队计算机芯片中。从那时起，这一技术也启发了许许多多通信领域的科学家，从而被广泛运用到手机、无线电话和互联网协议的研发上。

引用一篇报道（力荐英文好的读这里，准确性必然高） ：  

《This 1940s Hollywood Actress Made Wi-Fi Happen》

HEDY LAMARR, screen actress, was revealed today in a new role, that of an inventor,"reported The New York Times on 1 October 1941.

"So vital is her discovery to national defense that government officials will not allow publication of its details."

The invention was not her first. Lamarr previously experimented with cola-flavoured bouillon cubes for homemade soft drinks. But her new idea, which officials would only say was "related to remote control of apparatus employed in warfare", would become a signal innovation of the century, the technology now underlying cellphones and Wi-Fi. Expertly explaining the genesis and consequences of Lamarr's invention, in Hedy's Folly, Richard Rhodes transforms a surprising historical anecdote into a fascinating story about the unpredictable development of novel technologies.

When Lamarr turned her attention to national defence, following the tragic sinking of a ship full of refugees by a German U-boat in 1940, she knew far more about armaments than most movie stars. Before arriving in Hollywood, she had been married to the Austrian munitions manufacturer Fritz Mandl, who supplied the Axis powers. Dining with Nazi generals, Lamarr not only learned about the latest submarines and missiles but also the problems with them: notably the challenge of guiding a torpedo by radio, and shielding the signal from enemy interference.

Her insight was that you could protect wireless communication from jamming by varying the frequency at which radio signals were transmitted: if the channel was switched unpredictably, the enemy wouldn't know which bands to block. But her ingenious "frequency-hopping" idea was just a hunch until Lamarr met fellow amateur inventor George Antheil at a Hollywood dinner.

Notorious in the music world for avant-garde compositions featuring airplane propellers and synchronised player pianos, prior to the war, Antheil had galvanised Paris, and incited riots, with his cacophonous Ballet Mécanique. He had also attempted to invent an open-top pianola with which to teach basic keyboard technique. It flopped, but this background came in handy. To realise Lamarr's idea, Antheil proposed coordinating transmitter and receiver by controlling the switching between channels with two identical piano rolls running at the same speed.

At least that was the analogy - and the analogy was what sunk their plan. When the US navy rejected their invention, Antheil remarked: "My God! I can see [them] saying, 'We can't put a player piano into a torpedo!'" The usefulness of their idea went unrecognised until the 1950s, and unimplemented until the 60s.

By then the operating premise, known as spread-spectrum, had applications far beyond torpedoes and frequency-jamming. Information theory proved that a signal was made more robust - and could be transmitted more efficiently - if spread across multiple frequencies. The problems introduced by new technologies gave an old idea new salience. Today, for example, frequency-hopping prevents cellphone conversations from criss-crossing.

Ideas suggested by practical needs often fail to meet those needs for trifling reasons, only to later serve purposes that could never have been anticipated.

Rhodes misses an opportunity to pursue these concepts beyond the narrow confines of this story, yet as with the invention he describes, this insightful book has more implications than he ever could intend.  

与克拉克 盖博的合作 图中左二为Hedy Lamarr

CDMA：

 CDMA系统是基于码分多址技术（扩频技术）和多址技术的通信系统，系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性，从而在时间、空间和频率上都可以重叠；将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展，接收端进行相反的过程，进行解扩，增强了抗干扰的能力。属于自干扰系统。只接收地址码一样的部分，其他部分变成噪音。

Qualcomm 高通公司的专利墙，多为与CDMA相关的技术，这些专利的技术源头在哪？

Further reading

Viterbi, Andrew J.(1995). CDMA: Principles of Spread Spectrum Communication (1st ed.). Prentice Hall PTR.
"Telecom Resources - CDMA" Telecom Resources.
Lohninger, Hans (2005-12-17). "Direct Sequence CDMA Simulation". Learning by Simulations.
"CDMA Spectrum". .
Shakya, Indu L. (2011). High Capacity CDMA and Collaborative Techniques: New Approaches and Insights into Problems of Wireless Multiple Access(1st ed.). VDM Verlag.

天要有多宠爱一个女人，才会给予她如此丰厚的礼遇。福布斯旗下的《美国发明与科技遗产》杂志发了专刊，用大块文章介绍她的科技贡献，并将其玉照作为当期封面。至今人们仍评价说：“那是有史以来，在所有科学技术刊物里，最漂亮的封面。

2000年，海蒂去世，世界通讯协会给予了她高度评价，称她是为人类做出重大贡献的人物。。3年后，波音公司进行了一系列的宣传广告纪念这位科技女性，其中毫不涉及她的演艺事业。2005年，德语国家举行了第一届发明者节，以纪念海蒂小姐的92岁诞辰。所有的这一切，仿佛在印证她的另一句妙语：“电影往往限于某一地区和时代，而技术是永恒的。

PS：有同学友好地指出本文注明引用不明显，我早已在每段的开头注明，但是文章长配图多，导致没有被看到，再次声明素材来自：

http://baike.baidu.com/view/654576.h

http://www.guokr.com/article/78844/

http://songshuhui.net/archives/14403

http://gizmodo.com/5866310/this-1940s-hollywood-actress-made-wi+fi-happen

https://www.douban.com/note/205856206/

数学中国：不止于建模

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