Кто вы?
Шрифт:
Мы уже установили, что любое колебание, любая волна имеют два изображения — временн'oе и частотное. Это напоминает две стороны одной медали.
На предыдущих рисунках показано изменение формы волны во времени при ее модуляции. А что же при этом происходит на второй стороне медали?
О, частотное изображение волны при модуляции существенно портится! Изображение теряет стройность: из идеала стройности оно превращается в толстяка. И чем большую информацию мы передаем в секунду, тем больше обрастает фигура жиром.
Кстати, синусоидальная волна (или колебание) — предел стройности. Она занимает на шкале
Как только мы начнем делать зарубки, простите, модулировать волну, так она начинает агрессию на соседние частотные делянки. Так и должно быть. Ведь сложные модулированные колебания являются не чем иным, как суммой ряда гармонических колебаний с разными частотами, амплитудами и фазами. Эти колебания являются обязательными спутниками несущей частоты или переносчика. Спутники появляются, как только появляется модуляция. Вот они и совершают агрессию.
Любопытно, что эту истину доказал французский математик Жан Фурье задолго до открытия радиоволн. Более того, он разработал простой математический аппарат — знаменитый ряд Фурье, — с помощью которого можно любое модулированное колебание разложить на сумму гармонических. Из этого разложения сразу следует, какой частотный участок будет захвачен при модуляции.
Я не знаю, что делали бы диссертанты и докторанты, если бы не спасительное открытие Жана Фурье. Без преувеличения можно сказать, что почти ни одна диссертация в области технических наук не обходится без его метода: сложные колебания и функции разлагаются на простые, трудные интегралы расчленяют на доступные и т. д.
Совет «попробуйте разложить в ряд Фурье» стал универсальным щитом консультантов, когда нет возможности или желания вникнуть в суть неполучающейся задачи аспиранта.
< image l:href="#"/>Итак, чем большую информацию мы хотим взвалить на волну, тем больший частотный коридор надо отвести этой волне. И тем большую полосу частот должен охватывать приемник для приема этой информации.
Или, как образно говорят практики, чем больше информации передается в единицу времени, тем шире должно быть «горло» приемника. А чем шире горло, тем, конечно, и больше всяких помех в него проникает.
Но нам пора от сигналов переходить к системе связи, то есть к совокупности элементов, позволяющих передать информацию из одной точки пространства в другую. В природе и технике мы сталкиваемся с великим разнообразием систем связи.
Казалось бы, что общего между передачей телевидения, танцем пчелы, сообщающей этим способом, куда лететь на сбор меда, импульсами радиолокатора и прерывистым излучением пахучего вещества бабочкой, служащего для привлечения зрелых особей противоположного пола?
Немного отвлекаясь, заметим, что «пробивная сила и дальнобойность» этих нежных ароматических систем связи просто поражает. Зарегистрирован случай, когда за одну ночь возле единственной самки большого ночного павлиньего глаза было поймано 125 самцов. Самка находилась в темной комнате. Самцы по запаху слетались со всей округи и через открытое окно проникали к ней. После того как окна закрыли, кавалеры продолжали проникать через дымоход старой печки.
И меж тем передача информации во всех названных системах связи происходит по одним и тем же общим законам.
Впервые единство процессов управления и передачи информации в технике и в живых организмах было показано в работах Норберта Винера и Клода Шеннона.
Сейчас это почти общеизвестно. А при первом чтении их работ буквально дух захватывало от неожиданно нового и широкого взгляда. Смело перебрасывался мост между техникой и живой природой. И надо было идти по нему в природу
и учиться у нее, как хранить, передавать и принимать информацию, как строить адаптивные системы, легко приспосабливающиеся к меняющимся условиям. Это «хождение в природу» наблюдается и сейчас.Упрощенная модель любой системы связи, в том числе и для связи цивилизаций X и Y, представлена на нашем рисунке.
Из источника в передатчик поступает сообщение, которое нужно послать абоненту. В передатчике создается тот или иной вид переносчика, на который «взваливается» (путем модуляции) информация. После усиления до нужной (или возможной) мощности полученное сложное колебание излучается в окружающую среду с помощью антенны. Возникающая волна или сигнал, пронизывая межзвездные просторы, достигает приемной антенны и воспринимается приемником. Последний усиливает принятый сигнал и производит разгрузку переносчика. Этот процесс, обратный модуляции, именуется детектированием и производится детектором (обнаружителем). В последнее время это слово приобрело за рубежом зловещий смысл в связи с применением при допросах так называемых «детекторов лжи». Ими контролируют пульс, давление крови, ритм дыхания и потоотделение. Апологеты этого прибора утверждают: если человек врет, то под давлением совести и эмоций произойдет резкое изменение хотя бы одного из этих параметров. Фактически такой связи не установлено. Но зато замечено, что подключение такой адской машины к человеку отлично его запугивает и сбивает с панталыку. Этим и пользуются. Наш же детектор — добросовестный разгрузчик информации — ничего общего с «детектором лжи» не имеет и не хочет с ним знаться.
В детекторе переносчик самоотверженно погибает. Дальнейший путь к получателю совершает доставленное им сообщение.
Но в нашей единой блок-схеме системы связи недостает одного существенного элемента: там не отражен злой гений, который преследует сигнал на всем его пути и наносит ему жестокие удары. Часто эти удары наносятся ножом, да еще в спину, и по самую рукоятку. Кто он, этот гангстер среди волн?
При взгляде на блок-схему связи сразу встает фундаментальный вопрос: на какую дальность может стрелять такая информационная пушка? Всякая волна, раз возникнув в среде, распространяется в ней теоретически беспредельно (точнее, «достигает бесконечно удаленных точек с бесконечно малой амплитудой»). Но из опыта мы знаем, что для всякого источника колебаний (звуковых, световых, радио) имеется предельное расстояние, за которым обнаружить его колебания не удается. В чем же дело? Не обманывает ли нас теория?
Для примирения теории с практикой нужно учесть два фактора. Первый: в среде распространения волн происходит хаотическое тепловое движение молекул и, кроме того, на среду воздействует большое число других источников колебаний, что и создает неизбежный шумовой фон самой среды. Второй: любой приемник колебаний имеет всегда свой уровень собственных шумов. (В этом легко убедиться. Включите приемник, отключите антенну и поставьте регуляторы громкости на максимум: вы услышите шум, похожий на шипение примуса. Это и есть его собственный шумовой фон.) При приеме происходит дружное объединение шумов среды и приемника, а результирующий шум и ограничивает фактическую дальность передачи информации.
Если амплитуда колебаний полезного сигнала становится соизмеримой или меньше уровня фона, то утлая ладья сигнала начинает тонуть в бушующем море помех. Сначала ее только изредка заливает водой, но паруса еще чувствуют ветер источника, и ладья держит правильный курс. По мере удаления от источника сигнал слабеет, волны хаоса шума вздымаются все выше, воду не успевают откачивать, паруса рвутся, рушатся мачты, ладья «без руля и ветрил» становится игрушкой волн шума.