Репортаж с ничейной земли. Рассказы об информации

В эфире объем сигналов будет тем больше, чем больший диапазон мощностей и частот занят сигналами радиостанций и чем дольше ведется их передача. Поскольку с каждым годом станций становится все больше и больше и их сигналы заняли весь диапазон рабочих частот, «теснота» в эфире становится все ощутимее. А если учесть, что вместе с сигналами наземных радиостанций на вход приемников поступают помехи космических излучений, грозовые разряды и искры промышленных установок, мы уже не будем удивляться, если вместо четких сигналов спутника увидим на наших экранах лишь сплошной хаотический шум.

Пусть не смущает вас выражение: «Увидим шум на экране». Действительно, «увидеть» шум бывает гораздо легче, чем его услышать. Услышать можно лишь те сигналы, частота которых не превышает 20 тысяч колебаний в секунду. Все остальные помехи - это «неслышный шум». С точки зрения инженера-связиста, шум - это все, что мешает нормальной работе станции. В одном случае это треск и шорох в наушниках, в другом - всплески на специальном экране.

Вы скажете, странные люди эти инженеры-связисты! Информацию они называют «грузом», а «шумом» называют то, что и услышать нельзя.

А может быть, они все-таки правы? В самом деле, считалось, что рыбы безмолвны. «Нем, как рыба» - эта поговорка уже давно вошла в обиход. Но вот появились приборы, способные принимать в воде ультразвуковые сигналы, и обнаружились удивительнейшие вещи: оказалось, что рыбы «громко кричат»! Этот «шум» нельзя услышать, потому что его частоты выше слышимых (звуковых) частот. И все же факт остается фактом: простор океана наполнен «рыбьими голосами», и если бы мы могли их услышать, мы убедились бы в том, что «рыбий базар» ничуть не спокойнее птичьего.

Однако вернемся к нашим задачам. Среди всех причин, рождающих «видимый шум» на экране, мы не учли еще один очень важный фактор - собственные шумы. Ведь мы хотим принимать сигналы далекого спутника. Преодолев огромные расстояния, они придут настолько слабыми, что нам придется усиливать их в миллионы раз. И собственные шумы, возникающие за счет теплового движения молекул и атомов, в элементах схемы, будут усилен-ы вместе с полезным сигналом. При таком большом усилении они мешают не меньше, чем сигналы соседних станций: ведь все безмолвные элементы приемника - лампы, конденсаторы, сопротивления - начинают «кричать» на разные голоса.

Сколько досадных хлопот доставляют эти помехи! Как от них избавляться? Начнешь уменьшать усиление - шумы станут меньше, но и сигнал уменьшится во столько же раз.

Инженер начинает искать компромиссы. Он пытается «сузить двери» - ставит на входе каналов фильтры, пропускающие узенький спектр частот. Теперь все помехи, имеющие другие частоты, не попадают в канал. Но и тут подстерегает беда: для полезных сигналов «двери» стали тоже слишком узки. В канал попадает лишь часть необходимого спектра, и сигнал, «протиснувшись в узкие двери», будет настолько обезображен, что смысл сообщений уже невозможно понять.

Мало этого. Та часть полезного спектра, что не прошла сквозь «узкие двери», полезет в «двери» соседних каналов и станет для них помехой, такой же опасной, как и все другие сигналы, которыми насыщен эфир.

Где же выход? Остается еще одно, пожалуй самое эффективное, средство: надо повышать мощность полезных сигналов, с тем чтобы они могли «подавить» любые шумы. Но что значит повысить мощность? Это значит увеличить вес передатчиков, вес и размеры питающих их устройств.

Едва ли вышел бы на орбиту хотя бы один искусственный спутник, если бы техника шла только этим путем. Теория информации открыла перед техникой новые перспективы. Научив людей измерять информацию, Шеннон открыл им новые истины. Он показал, что смысл сообщений может быть точно разгадан даже тогда, когда среди шумов и посторонних сигналов, словно иголка в сене, затерялся полезный сигнал. Он доказал теорему о том, что даже наполненный «шумом» канал сохраняет свою пропускную способность: определенное количество сведений может быть передано вместе с шумами, и при этом вероятность ошибки будет ничтожно мала. Надо выполнить всего лишь одно условие: применить наилучший код. Какой же?

Теорема Шеннона не дает ответа на этот вопрос. Она лишь доказывает, что такой код может быть создан. В разных случаях он может быть разным. Стоит лишь найти лучший из кодов, и сообщение перестанет «бояться» шумов.

С тех пор теория информации неустанно ищет лучшие коды...

Польза сравнений

«Истина познается путем сравнения». Этот издавна применяемый в науке принцип в связи с развитием теории информации воплотился в целый ряд приемов и схем. Есть совсем простые приемы.