Посвящение в радиоэлектронику

Поляков Влад

Возьмите текст стандартной телеграммы: «Поздр-м-с-ем ро-д-ния ж-ла с-a-тья зд-р-в-я ус-хо-». Из пятидесяти букв пропущено восемнадцать, более трети, и что же? Текст прекрасно восстанавливается. Несколько труднее было бы восстановить текст: «Грузите апельсины бочками», но и это нетрудно, если знать классиков юмористической литературы. А вот текст нестандартной поздравительной телеграммы: «Завидуем только сорок желаем новой весны». Здесь уже труднее выбросить часть букв, и не зря в таких случаях работники телеграфа делают к телеграммах приписку: «Текст верен».

Таким образом, действительное количество информации в сообщении является случайной величиной. Как и для любой случайной величины, можно найти среднее количество информации на символ (букву).

Первую

попытку уменьшить количество передаваемой информации, повысив эффективность кодирования, предпринял еще С. Морзе, изобретатель телеграфной азбуки. Вместе с помощниками он изучил немало английской классической литературы, не вникая в смысл прочитанного, а подсчитывая количество различных букв в тексте. В результате была найдена относительная вероятность появления той или иной буквы. Чаще других встречалась буква «с», и ей была присвоена самая короткая кодовая комбинация — одна точка (·). Следующей по частоте появления оказалась «t», и эту букву обозначили одним тире (-). Ну а реже всех появлялись «j» (·– --), «у» (-·– -) и «q» (--·– ), разумеется, они были обозначены самыми длинными кодовыми комбинатами. Код Морзе неравномерный, он неудобен для автоматического буквопечатающего телеграфа-телетайпа. В автоматических аппаратах используют равномерный код Бодо, в котором каждому символу — букве отводится пять двоичных знаков — посылок тока. Для автоматического телеграфа особую важность приобретают вопросы оптимального кодирования, которыми, в частности, и занимается наука, о которой я немного расскажу в следующем параграфе.

Телеграфисты, использовавшие код Морзе, не успокоились на достигнутом. При обычном телеграфном обмене передается очень много стандартных слов и фраз. Их стихийно стали сокращать, и в результате появился особый язык общепринятых сокращений. Он особенно был в ходу в 20-е и 30-е годы в связи с развитием телеграфной радиосвязи и используется до сих пор как профессиональными радистами, так и радиолюбителями-коротковолновиками. У них он так и называется «радиолюбительский код». Вот типичный пример текста при радиосвязи: «Gd dr оm Vy gld meet u. Wx hr is stormy…. Cuagn, ga». Текст получился после общепринятых сокращений слов во фразах «Good day dear old man. Very glad to meet you. Weather here is stormy… Call you again, go ahead». («Добрый день, дорогой приятель. Очень рад связи с тобой. Погода здесь ветреная… Вызову тебя снова, передавай, буду на приеме».) Подобных фраз можно услышать сегодня сколько угодно, выучив телеграфную азбуку и настроив приемник на частоту любительского коротковолнового диапазона. А служебные, ведомственные и государственные радиостанции используют более строгие и официальные Q-код, Z-код и др. Сочетания Q-кода часто используют и радиолюбители. Например, QRP означает «Уменьшите мощность», QSL — «Прием подтверждаю», QRU — «Для вас сообщений нет». А кодовое сочетание QST, стоящее в названии известного американского радиолюбительского журнала, означает «Всем постоянным корреспондентам». Ошибочный прием одной лишь буквы полностью изменяет смысл сообщения. Зато коды позволяют намного сократить время передачи сообщений и разгрузить линии связи.

Азбука передачи информации

Наш мир полон информации. Год от года ее становится все больше. Информация есть совокупность сведений о событиях, явлениях, предметах — одним словом, обо всем, что имеется и происходит в мире. Для передачи и хранения информации используют знаки (символы). С их помощью информацию представляют в виде письменного текста, шифрованной цифровой таблицы, в форме живой человеческой речи, графиков, рисунков, электрических сигналов и многими другими способами.

Совокупность знаков, содержащих

ту или иную информацию, называют сообщением. Это текст телеграммы, ток микрофона, телевизионное изображение. Сообщения необходимо передавать от человека к человеку, из одного места в другое, ибо без обмена информацией попросту невозможна разумная человеческая жизнь.

Информация, заключенная в этой книге, никогда не дошла бы до вас, сети бы книга не была издана, а вы ее не прочитали. Собираясь начать какое-либо дело, например конструирование детекторного приемника, вы прежде всего должны ознакомиться с уже имеющейся информацией по этому вопросу. Иначе вам придется самостоятельно повторить научные и экспериментальные труды Ампера, Фарадея, Максвелла, Герца, Попова и многих других ученых и исследователей. Согласитесь, это не самый оптимальный и легкий путь!

Гораздо проще прочитать школьный учебник физики, подходящую радиолюбительскую брошюру или, наконец, шестую главу этой книги. Там достаточно информации для построения детекторного приемника.

Нужны ли еще примеры? При строительстве новых заводов, разработке приборов и станков, в путешествиях по ближним и дальним краям просто необходимо использовать информацию, уже накопленную людьми. И чем проще это слетать, тем скорее движется дело. «Позвони и спроси!» вот как просто и очень часто мы выходим из затруднительных положений. А средства массовой информации — печать, радио, телевидение? Сколько сведений мы узнаем благодаря им! Итак, сегодняшнюю жизнь невозможно представить без широко разветвленных систем передачи информации.

Передача сообщений осуществляется либо с помощью материального носителя (бумаги, магнитной ленты), либо с помощью некоторого физического процесса (посылок тока, звуковых и электромагнитных волн). В этом случае физический процесс, отображающий сообщение, называют сигналом. Сигнал обязательно является функцией времени, т. е. передача знаков происходит последовательно, один за другим. Обратите внимание на то, как вы читаете этот текст: слева направо и сверху вниз, последовательно пробегая взглядом все слова.

Сигналы, представленные в электрической форме, характеризуются определенными параметрами. К ним относится длительность сигнала определяющая время, нужное для его передачи.

Другой параметр уже введенный нами динамический диапазон — равен отношению наибольшей мгновенной мощности сигнала Р_макс к наименьшей мощности, которую необходимо регистрировать при заданном качестве передачи Р_мин (измеряется он обычно в децибелах):

Динамический диапазон спокойной человеческой речи, как уже упоминалось, составляет 30… 35 дБ, а симфонического оркестра 70…80 дБ.

Третьим параметром сигнала является ширина его спектра. Звуковой спектр лежит в пределах 16…20000 Гц. Но передавать весь этот спектр необходимо, лишь когда мы желаем обеспечить исключительно высокое качество звуковоспроизведения. При телефонной же связи требуется, чтобы речь была разборчивой и собеседники узнавали друг друга по голосу. В этих условиях достаточна полоса частот от 300 до 3400 Гц, которая и принята в качестве стандартной в телефонной связи.

Ширина спектра обратно пропорциональна скорости изменения сигнала во времени — чем быстрее изменяется сигнал, тем шире спектр. Некоторые буквопечатающие телеграфные аппараты (например, СТ-35) работают со скоростью передачи 50 символов в секунду, или 50 Бод, как говорят связисты. Ширина спектра телеграфного сигнала обычно считается равной F_c = 1,5v, где v скорость телеграфирования в бодах. В данном примере ширина спектра составит всего 75 Гц. Как видим, телеграфный сигнал занимает весьма узкую полосу частот. Телевизионный сигнал, напротив, занимает очень широкую полосу частот — около 6 МГц (шесть миллионов герц!).