Кто вы? - Петрович Николай Тимофеевич - Страница 24

Существует множество способов для наложения сигналов Да — Нет на радиоволну.

Какой же из них лучший с точки зрения нашей задачи? Выбор зависит от врага номер один — помехи. Ведь он не дремлет, особенно в длиннющих космических радиолиниях. Оказалось, что лучше всего противостоят помехам сигналы Да — Нет, запрятанные в фазу сигнала, если их фаза сдвинута на максимальный угол — 180 градусов. Это положение было доказано советскими учеными А. Пистолькорсом и В. Сифоровым еще в начале тридцатых годов.

Человечки на нашем рисунке изображают фазовые посылки. Переход с ног на голову или наоборот соответствует повороту фазы на 180 градусов.

Шли годы, как пишут в романах, а этот способ не находил применения. Все упиралось в смышленый приемник. Он должен четко чувствовать или различать фазы: при одной фазе «говорить» на выходе Да, при другой — Нет. Но ведь фаза — это время, точнее, величина, определяющая положение сигнала во времени. Смещая синусоиду во времени, мы меняем ее фазу. Упрощенную модель фазового канала можно мыслить так. На передаче и на приеме имеются часы. Мы их сверили и внесли поправку на время прохождения радиоволны от передатчика к приемнику. Далее условились, например, так: посылки, приходящие в четные секунды, всегда означают Да, а в нечетные — всегда Нет. В действительности нужны часы, отсчитывающие миллионные доли секунды и автоматически проверяющие, чему соответствует фаза сигнала: Да или Нет.

В толстых пыльных папках патентных библиотек можно найти сотни очень остроумных предложений по построению такого фазового приемника, по созданию точных магических часов на передаче и на приеме. Но ни один из них не давал уверенного приема. Да и Нет вели себя как цирковые акробаты. То они хранили заданное на передаче положение: Да стоит на ногах, а Нет вверх тормашками на руках. То вдруг на некий случайный отрезок времени все Да вставали на руки, а все Нет на ноги. Это происходило и из-за незначительного изменения режима работы приемника, и из-за действия помех. Предугадать эти массовые акробатические номера (названные «обратной работой») было невозможно. Поиски схемы, свободной от этого недостатка, продолжались безрезультатно более 25 лет. Я тоже многие месяцы все свободное время отдавал этой головоломке. Но Да и Нет продолжали издеваться. В конце концов неудачи привели меня к вопросу: а возможен ли такой приемник принципиально?

Удалось строго математически доказать, что хаотический танец Да и Нет неизбежен, а фазовый приемник без «обратной работы» при классических фазовых сигналах — чистейший миф. Магические часы принципиально нельзя заставить идти точно. Было жаль времени и сил, потраченных зря.

Как-то, изнывая от смертельной тоски в очереди, я механически чертил на обрывке газеты сигналы в разных фазах. Действовали силы инерции периода борьбы с «обратной работой». Вдруг совершенно четко, как на киноэкране, я увидел новые фазовые сигналы, которые принципиально устраняют эту проклятую «обратную работу».

Для их формирования, во-первых, надо отказаться от одинаково идущих часов в передатчике и в приемнике. Их надо выбросить на свалку. Отсчет времени или фазы в точку приема должен приносить сам сигнал. В него и надо на передаче врубить метки времени. Но оказывается, это лишнее. Метки уже есть: фаза несущего колебания каждой посылки и есть отличная метка времени.

Во-вторых, для эксплуатации этих меток следует немного изменить метод манипуляции фазы: надо фазу каждой посылки отсчитывать не по единым часам (которые мы уже выбросили), а от фазы ранее переданной (предыдущей) посылки. Например, так: для передачи Нет берем фазу, обратную предыдущей (или сдвинутую от предыдущей на 180 градусов). Соответственно изменяется и метод приема: каждая предыдущая посылка (она же метка времени) хранится в памяти приемника до прихода следующей и сопоставляется с нею в блоке сравнения. Каждая посылка несет свою информацию и одновременно является меткой времени (часами) для приема последующей.

На рисунке верхние человечки изображают посылки, идущие со входа, а нижние — те же посылки, но прошедшие через линию задержки. Если человечки стоят одинаково — оба на ногах или оба на руках, — то передается плюс. Если стоят по-разному, то минус. В этом случае «обратная работа» принципиально устраняется. Даже если произойдет переворот всех посылок на обратные, информация не исказится, поскольку перевернется как данная, так и ей предшествующая посылка, а их соотношение (одинаковые они или разные) сохранится.

Поражала предельная простота метода. Неужели я первый набрел на этот лежащий на самой поверхности способ передачи и приема? Не может быть! Тут, наверное, ошибка в рассуждениях. К утру уже сомнений не было — все получается! Акробатика уничтожена. Да и Нет уже не меняются местами. Но еще три года ушло на то, чтобы создать такой канал связи. Авторское свидетельство было выдано после двухлетнего спора с экспертами. Их сбивала элементарная простота метода.

Сейчас этот метод известен под названием относительной фазовой телеграфии (ОФТ). Он попал в учебники. Слово относительный подчеркивает, что фаза данной посылки отсчитывается относительно предыдущей. ОФТ находит широкое применение в различных системах связи, особенно там, где нужно получить предельную помехоустойчивость (или скорость) передачи.

Мы на ней несколько задержались потому, что из известных методов ОФТ обеспечивает максимальную помехоустойчивость, а следовательно, и максимальную дальность. Это делает возможным ее применение в межзвездной связи.

О. Предположим, цивилизация X и цивилизация Y пытаются установить контакт. Как, ты думаешь, можно вычислить потребную мощность передатчика?

П. Она же зависит от многих величин, которые мы будем высасывать из пальца!

О. Вынь палец изо рта. Попробуем логически моделировать эту систему связи, опираясь на теорию и практику землян.

П. Но ведь у них техника…

О. Перестань. Техника другая, но законы, понимаешь, З-А-К-О-Н-Ы те же. Скажи мне, от чего зависит предельная дальность радиосвязи?

П. Попытаюсь вспомнить. От мощности передатчика Р — раз. От диаметров передающей и приемной антенны D₁ и D₂ — два. От температуры шумов на входе приемника Т — три. От рабочей длины волны λ (она определяет уровень внешних помех) — четыре… Вот, кажется, и все.

О. Слона-то ты и не приметил. Хочешь, посылай 1000 телеграмм в час, хочешь, посылай одну в сутки нужна та же мощность, так?

П. Нет, конечно. Чем больше скорость работы, тем полоса пропускания приемника Δf должна быть шире, тем больше он вбирает в себя шумов, тем больше нужна мощность передатчика, чтобы их перекричать.

О. Верно. Но это не все. Дальность еще зависит от того, насколько нам надо перекричать шум. А это, в свою очередь, определяется способом погрузки информации на переносчик. Ведь нам надо выиграть поединок на входе приемника (см. рисунки). Чем способ передачи помехоустойчивей, тем меньшую мощность надо для победы.

П. Конечно.

О. Итак, цивилизация X отстоит от цивилизации Y на расстоянии R световых лет. Подсчитай, пожалуйста, какая нужна мощность для радиосвязи.