...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Вызываются на поединок

Пройден путь почетный,

Пройден путь заметный.

Пусть враги грозятся.

Их потуги тщетны! Я. Калас

Как часто, перелистывая газеты, мы встречаем в них заголовки статей и заметок типа: "Борьба за качество", "Битва на полях", "Потерям объявлена война", "На переднем крае", "Из плена времени"... Но никого из нас эта "военная" терминология не вводит в заблуждение, ибо мы прекрасно понимаем - это журналистский прием, за которым кроется стремление показать читателю сложность решения той или иной проблемы, необходимость концентрации усилий многих руководителей, ученых, специалистов.

Подобным приемом пользуются не только журналисты и писатели (вспомните изданный в 50-е годы XX в. роман Г. Николаевой "Битва в пути"). К нему прибегают и авторы научно-технической литературы, в частности, по электрической связи. Долгие годы для многих поколений ученых, и иженеров, студентов была настольной книгой, ставшая теперь библиографической редкостью, монография Л.А. Харкевича, имевшая столь необычное для таких изданий название: "Борьба с помехами".

А возьмите научно-популярные издания! Уж здесь-то вам не раз попадутся на глаза заголовки о "битвах" и "войнах", "завоеваниях" и "поражениях". И в этом нет ничего удивительного. По драматизму событий "битвы" за научные идеи подчас не уступают настоящим. История - свидетельница того, что за многие века поле научной "брани" густо усеяно бездыханными телами жертв (вспомните Ипатию Александрийскую - блестящего математика древности, изуверски убитую первыми христианскими инквизиторами; Джордано Бруно, заживо сожженного во времена средневекового мракобесия; Сервета, убитого протестантами; перечень всех имен получился бы очень длинным). Но дело не только в конкретных человеческих жертвах. Вернее, не столько в них. В "битве" на научном "фронте", например, с такими "противниками", какими являются помехи, разумеется, никаких человеческих жертв нет, но есть победа человеческой мысли, торжество человеческого разума, постижение им таинственных сил природы и преодоление бесчисленных барьеров и преград.

Помехи... Это не только злейший и коварный враг информации, но и самый древнейший. Первой вступила с ним в поединок природа. В процессе ее эволюции зарождался и совершенствовался обмен биологической информацией между существами, населявшими Землю: рыбами, птицами, животными. Одновременно совершенствовались и приемники этой информации, возрастала их способность противостоять вредному действию помех. И в этом направлении природа достигла феноменальных результатов!

Слух лесного жителя - совы - обладает удивительно высокой помехоустойчивостью. Приемники звуковых колебаний - органы слуха - настроены на восприятие наиболее важных для совы звуков: писков мышей, шорохов грызунов в траве, голосов птенцов и т.д. Все лишнее отсекается. Природа будто бы специально позаботилась сделать сове своего рода акустический фильтр, пропускающий звуки с частотой 3-7 тыс. Гц и подавляющий звуки, которые являются помехой при восприятии информации, например шумы леса. Не эту ли уникальную "разработку" природной лаборатории копируют ученые, когда устанавливают электрические фильтры на входе приемников радиорелейных и спутниковых систем передачи? Ведь здесь все происходит так же, как у совы: фильтры пропускают колебания только тех радиочастот, на которых работают эти линии, и ослабляют тем самым действие помех, которые занимают практически весь радиодиапазон.

Загадкой природы называют ученые дельфина. Совсем недавно, всего около 40 лет назад, была раскрыта одна из удивительных загадок дельфина - способность его к ультразвуковой эхолокации. Словно радар, посылает он в пространство короткие локационные импульсы и по отраженному от объекта эхосигналу определяет характер этого "объекта" и расстояние до него. Но поразительнее всего то, что дельфин может слышать очень слабый отраженный сигнал (например, эхо от дробинки, бесшумно опущенной в воду на значительном расстоянии от него) в сильных шумах, которые создают само вечно шумящее море, голоса его обитателей, эхо от посторонних предметов - дна, поверхности воды, тел других дельфинов, снующих рядом, и т. и. На какое же изобретение нужно на этот раз выдать патент природе, создавшей такой совершенный приемник ультразвуковой информации, безошибочно воспринимающий сверхслабые эхосигналы в таком невообразимом хаосе посторонних звуков?

Дело, оказывается, в том, что "приемная антенна" эхолокатора дельфина максимально чувствительна к ультразвуковым волнам, движущимся строго навстречу дельфину. Слышимость им звуков, приходящих сбоку, резко понижена. Профессор В.П. Морозов, многие годы занимавшийся биоакустикой дельфинов, сравнивает этот узкий ультразвуковой канал, по которому дельфин слышит только эхо и не слышит окружающего шума, с трубкой фонендоскопа, при помощи которой врач выслушивает больного. Специалисты по связи сказали бы в таком случае, что "антенна" локатора дельфина имеет узкую диаграмму направленности. Кстати, у дельфина есть еще и "антенна" с круговой диаграммой направленности, или кругового обзора, которая позволяет животному слышать все вокруг. Причем обе антенны "работают" на разных частотах, не мешая друг другу.

Обратите внимание, для борьбы с помехами в радиорелейных и спутниковых линиях связи на приемных станциях устанавливают антенны с очень узкой диаграммой направленности. Они "слышат" только те радиоволны, которые приходят точно с одного направления - от передающей станции. Любопытно, не правда ли? Может быть, в природной "лаборатории" есть решения на все случаи жизни? Как только добыть их?

Вот другой интересный факт. В локационном приемнике дельфина применяется еще один способ повышения помехоустойчивости, который называют временным стробированием. Его суть состоит в том, что приемник "работает" не все время, а "включается" только в момент возможного прихода эхосигнала от интересующего дельфина объекта. Это надежно защищает поступающую информацию от вредного действия помех - массы ненужных звуков (главным образом, эха от посторонних предметов), приходящих в другие моменты времени, и позволяет избежать ошибки при принятии решения о наличии или отсутствии отраженного сигнала и затем об измеряемом расстоянии до объекта. Не напоминает ли это вам прием, используемый в регенераторах цифровых систем передачи, когда решение о наличии или отсутствии импульса принимается компаратором не все время, а только в моменты возможного появления середины импульса?

Самое совершенное творение природы - "гомосапиенс" (человек разумный). Но, кажется, она наделила человека разумом затем, чтобы всю свою жизнь он посвятил борьбе с помехами. Передачу информации на расстояние люди осуществляли с глубокой древности. Естественно, что, зажигая цепочки сигнальных костров, посылая вдаль звуки барабана, сигнализируя дымом, нужно было одновременно проявлять заботу и о том, чтобы помехи не сорвали передачу: дождь не залил костры, ветер не отнес звуки в противоположную сторону, туман не скрыл дым...

Со временем люди стали нуждаться в более совершенных формах обмена информацией. Появилась письменность. Она совершенствовалась в течение многих поколений, и на всем этом долгом пути прослеживалось противоборство двух тенденций. Первая из них отражала стремление к более краткой передаче информации (с помощью небольшого количества знаков) и привела в конечном счете к иероглифическому письму. Каждый иероглиф обладает большой информативностью, запись текста с их помощью занимает небольшое пространство. Но вместе с тем небольшая ошибка в начертании иероглифа приводит к тому, что информация воспринимается неверно. Так, увеличение информативности знаков повышает вероятность ошибочного их понимания. (За все нужно платить!) Вторая тенденция в развитии письменности заключалась в стремлении к безошибочной передаче содержания текста. Результатом явилось создание буквенного, или алфавитного, письма. Эта система позволяет в большинстве случаев правильно понять текст, даже если в нем пропущено или искажено несколько букв. Такое свойство алфавитного письма называют "избыточностью". Конечно, избыточность удлиняет запись (некоторые буквы можно было бы выкинуть из нее без ущерба для содержания), но зато она уменьшает вероятность ошибочного понимания текста при его искажении.