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

И еще представьте себе, что все ближайшие отсчеты слева и справа от этого имеют примерно такую же "высоту" (это напоминает ситуацию, когда певец продолжительно тянет одну ноту). Такое предположение позволит нам отчетливее увидеть действие помех на речь.

Будем считать, что ошибка произошла в старшем разряде кодовой комбинации: вместо 00111100 восстановлена последовательность 10111100. Это значит: вместо отсчета в 60 мА

1•2⁷ + 0•2⁶ + 1•2⁵ + 1•2⁴+ 1•2³ + 1•2²+ 0•2¹ + 0•2⁰ = 188 мА.

Если все остальные отсчеты слева и справа декодированы правильно и равны, как мы договорились, 60 мА, то создастся впечатление, что на переданный аналоговый сигнал как бы наложился узкий импульс тока в 128 мА. Вот этот-то импульс и вызовет прослушивание щелчка в телефоне абонента! А если ошибка произойдет в последнем разряде кодовой комбинации? Тогда после декодирования будет получен отсчет в 61 мА. Такое мизерное изменение амплитуды сигнала (менее 2%) совершенно неразличимо на слух.

Таким образом, ошибки в восстановлении различных символов в кодовых комбинациях речевого сигнала по-разному воспринимаются на слух. Экспериментально установлено, что заметные щелчки возникают при неверном приеме только двух старших разрядов кодовой комбинации. Теперь мы сможем подсчитать допустимую вероятность ошибки.

Напомним, что по нормам допускается прослушивание не более одного щелчка в минуту. Это означает, что в течение 1 мин разрешается принять с ошибкой либо один символ старшего разряда какой-нибудь одной кодовой комбинации, либо один символ, следующий но старшинству. За секунду в цифровом канале передается 8000 кодовых комбинаций. А за минуту?

Естественно, 8000х60 = 480000. В этих кодовых комбинациях "опасными" с точки зрения порождения щелчков являются 480000х2 = 960 000 старших разрядов. Если считать, что оба старших символа могут вызвать щелчки в равной степени, то вероятность того, что за I мин будет ошибочно принят хотя бы один из них, составит величину р_ош = 1 /960000 ~= 10^{– 6}.

Вы думаете, эта цифра окончательная: ничего подобного. Не следует забывать, что число регенераторов на магистрали может достигать нескольких сотен. И в каждом из них компаратор может ошибиться и принять неверное решение. Конечно, маловероятно, что они ошибутся все разом, но все же... Пословица гласит: береженого бог бережет. Если ориентироваться на самый худший случай, то можно подсчитать вероятность того, что ошибки появятся на выходах всех регенераторов одновременно. Она равна сумме вероятностей ошибок в отдельных регенератоpax. Ну-ка, сообразите, какова допустимая вероятность ошибки для одного регенератора, если их число равно 100, а вероятность ошибки для всех регенераторов не должна превышать 10^{– 6} . Сообразили? Правильно, норма для каждого из них будет в 100 раз жестче: 10^{– 8}. Допускается одна ошибка на 100 млн символов!

Чтобы обеспечить такое высокое качество "диагностики" искаженных помехами и шумами импульсов, приходится включать регенераторы на городских телефонных кабелях, где и сигнал ослабляется сильнее, и помех побольше, через 2-3 км. На магистралях из коаксиальных кабелей, а они ослабляют сигнал в меньшей степени и защищены от помех лучше, регенераторы ставятся реже - через 5 км.

– А на оптических кабелях регенераторы ставятся?
– спросите вы.

Обязательно. Но только вспомните, какое малое ослабление вносит волоконный световод - единицы и даже доли децибел на километр. Поэтому и регенераторы включат в такой кабель через десятки, а то и сотни километров.

Мы хотели бы обратить ваше внимание еще на два обстоятельства:

1. Поскольку регенераторы находятся в поле, а до приемной станции, где есть так необходимые для работы компаратора тактовые импульсы, неблизко, то в каждом регенераторе приходится выделять эти импульсы непосредственно из цифрового потока. Как это делается, вы уже знаете.

2. Любые микросхемы требуют для своей работы источники питания. Те, что имеются в регенераторе, тоже. Где их взять? Не тянуть же, в самом деле, линию электропередачи к регенераторам? А почему бы и нет? Такая линия существует. Но не в виде знакомой всем ЛЭП, а в виде дополнительных проводов в кабеле. Например, в оптическом кабеле кроме световодов имеются металлические провода, по которым ток питания дистанционно подается ко всем регенераторам. В электрических кабелях поступают еще проще. В них для подачи тока питания к микросхемам используют те же провода, что и для передачи цифрового потока. У нас нет возможности рассказать вам подробно о том, как в линии связи разделяют токи питания и токи информационных импульсов. Для этого нам пришлось бы привлечь многие понятия из области энергетики. Заметим лишь, что для питания регенераторов требуется немалое напряжение - 1 400 В (напряжение в наших домах лишь 220 В). Так что это почти ЛЭП. Но только ЛЭП внутри кабеля!

Завершая рассказ о восстановлении искаженных помехами импульсов, подчеркнем, что регенератор - это своего рода "профилакторий" для цифрового сигнала. Профилакторий... на дороге. Каким бы ослабленным ни был сигнал на "пороге профилактория", после пребывания в нем он полностью восстанавливает свою форму и вновь готов к дальним странствиям.

Болезнь легче предупредить, чем лечить... Чем чаще будут встречаться битам на их пути такого рода "учреждения", тем легче предупредить самую серьезную их "болезнь" - подмену "коварными" помехами одного символа другим. Однако не слишком ли дорогим удовольствием оказывается такая профилактика? Ведь строительство большого количества регенераторов требует огромных расходов. А нет ли других средств для предупреждения подобных "заболеваний"? Об этом следующий наш рассказ.

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?