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

Наложение импульсов друг на друга происходит не только в линии из двух проводов. В коаксиальных кабелях, где вместо проводов для передачи цифр используются коаксиальные пары, тоже имеет место интерференция символов, хотя и в меньшей степени, так как у линии такой специальной конструкции индуктивность и емкость значительно меньше. Кстати, это одна из причин, по которой удается передавать по коаксиальным кабелям цифровые потоки с более высокой скоростью, чем по симметричным кабелям, состоящим из проводов.

По оптическому волокну распространяются, как вы помните, световые импульсы. Если передается единичный бит, волокно озаряется короткой вспышкой света, если нулевой бит - волокно остается темным. Скорость передачи его по оптическим волокнам столь велика, что каждая вспышка длится менее миллиардной доли секунды или еще короче. Вы, вероятно, не забыли, что световой поток вводится в торец волокна и распространяется по нему в виде множества лучей. Так как различные лучи затрачивают на "пробег" по волокну разное время, то световые импульсы "размазываются" во времени и громоздятся друг на друга. Но это же и есть межсимвольная интерференция!

Работает в открытом пространстве лазерная линия - световые лучи интерферируют из-за отражения их от неоднородности атмосферы. Выходят биты в "эфир" с помощью радиорелейных и спутниковых линий - УКВ-радиолучи интерферируют из-за неоднородностей ионосферы. Как видите, какое бы "обличие" не принимали биты, спастись от искажений им не удастся. Но это еще не все! Как гласит народная мудрость: пришла беда - отворяй ворота!

Мы обещали вернуться к автогонкам, вернее, к графикам изменения скоростей автомобилей во время прохождения автогонщиками трассы. Теперь самое время взглянуть на них еще раз. Французу Л. Просту крупно не повезло: в середине гонки задымились изношенные покрышки и потребовалась их замена. Досадная помеха! Из-за нее француз пришел к финишу только вторым. Австриец Бергер вообще сошел с трассы. Опять какая-то помеха? Как часто в жизни жалуемся мы на различные помехи. Вот кто-то вклинивается в наш разговор по телефону (для нас это помеха, мешающая слышать собеседника). А вот мы не можем из-за сетки дождя разглядеть, сгорая от нетерпения на остановке, номер троллейбуса. Таких примеров много.

Помехи окружают нас всюду. Одни мешают нам сильно, другие - не очень, третьи мы просто не замечаем, так как надежно защищены от них. Часть помех люди создают сами - своим поведением, своей деятельностью, а часть существует независимо от людей, их источником являются силы природы.

Помехи доставляют неприятности не только людям, но и битам. И что парадоксально: человек, который старается оградить потоки информации от воздействия помех, сам же в большинстве случаев и создает их. Придумал человек трамвай и метро, электрифицировал железные дороги - и появились "блуждающие" токи. А ведь они страшны не только тем, что "поедают" кабель, т. е. вызывают его коррозию. С коррозией человек научился бороться. Блуждающие токи, проникая в жилы кабеля, накладываются на итак уже "искореженные" импульсы. Форма этих токов весьма причудлива. Можно представить, что они "проделывают" с импульсом. Построил человек радиостанции и линии электропередач на переменном токе - вот вам еще наведенные в кабелях токи, причем с формой, далеко не похожей на прямоугольную. Работает электросварщик на стройке - будьте уверены, в близлежащих кабелях появились помехи. В общем, промышленные помехи поджидают биты буквально на каждом шагу. А тут еще грозная игра стихии! Сверкают молнии, вспыхивают метеоры, "шумят" электромагнитные бури. Эти так называемые атмосферные помехи, безусловно, наносят ощутимый вред импульсам в проводных и радиолиниях. Добавьте сюда еще и замирания в радиорелейных и спутниковых линиях, которые тоже не способствуют сохранению формы импульсов.

Это все, так сказать, "внешние враги" битов, проникающие из внешнего мира в кабели, стволы радиолиний. Но есть еще один "коварный враг" - внутренний. Имя ему - тепловой шум.

Мы представляем себе ток в виде направленного движения электронов в проводнике. Но электроны совершают, кроме того, и хаотические, беспорядочные движения. Последние, конечно, выражены менее ярко, чем направленное движение, но тем не менее это тоже ток, только очень слабый, и форма его непрерывно меняется, принимая самые причудливые очертания. Поскольку этот ток вызван хаосом в потоке электронов, его назвали шумом. При увеличении температуры проводника электроны в нем начинают двигаться более энергично и, как следствие, шум возрастает. Поэтому шум в проводниках называют еще тепловым. Нужно ли объяснять, что он присутствует всегда? И тогда, когда по линии передаются импульсы, и тогда, когда в линии никаких сигналов нет.

Почему мы наградили шум эпитетом "коварный"? Подумаешь, слабенький ток, в десятки, сотни, а иногда и в тысячи раз меньше основного, будет накладываться на импульсы или регистрироваться в их отсутствие. Какой уж там вред он может нанести? Не преувеличены ли наши "страхи"?