4. Битва со случайной помехой

Война, которую ведет человек со случайностью, имеет два фронта. На одном оружием являются средства подавления и уничтожения случайности, как, например, звукоизоляция - защитная мера, препятствующая проникновению шума в вашу квартиру. Другой фронт разрабатывает "мирные" средства сосуществования со случайными помехами. Эти "дипломатические" средства позволяют вырабатывать такие способы поведения, чтобы действующие случайные помехи не очень мешали бы нам. Примером может служить повышение голоса при телефонном разговоре с помехами, повторение отдельных слов и предложений и т. д. Здесь случайные помехи остаются на том же уровне, а специальное поведение в процессе связи позволяет поддерживать связь, несмотря на действие помех.

Для иллюстрации рассмотрим работу простейшего канала связи между двумя говорящими лицами, показанного на рисунке 19. На эту систему воздействуют три вида помех.

Рис. 19

Помеха № 1 оказывается помехой передающего. Она проявляется в неправильном произношении слов. Причиной могут быть косноязычие, шепелявость, глотание окончаний, заикание - все, что называют плохой дикцией.

Помеха № 2 порождается внешней средой - посторонний шум, грохот трамвая, разговор других лиц, плач или смех ребенка и т. д.

Помеха № 3 характеризует эффективность приемника - в данном случае слушающего. Эта помеха вызывается плохим слухом, плохим знанием языка, плохим зрением (известно, что, глядя на мимику говорящего, его легче понимать), плохим состоянием нервной системы слушающего (звон в ушах, алкогольное опьянение и т. д.).

Все три помехи воздействуют на эффективность общения (разговора) и при их высоком уровне могут вообще прервать это общение. Мы не будем рассматривать помехи № 1 и № 3, порожденные передатчиком и приемником, так как и слишком специфичны и зависят от физической сути приемника и передатчика. Для преодоления помехи заикания, скажем, нужно приглашать не специалиста в области кибернетики, а хорошего логопеда. Аналогично при глухоте следует обращаться к врачу. При реализации этой схемы связи на радиоканале этими вопросами должны заниматься радиоспециалисты. А при изучении связи между домашними животными помехи анализирует ветеринар.

Нас будет интересовать помеха № 2, то есть помеха, возникающая в канале связи. Она имеет ту же физическую структуру, что и сигнал, несущий сообщение. Помеха как бы "рядится" под сигнал - иначе нам бы она не мешала. Действительно, при разговоре в трамвае нам мешают грохот его колес и крики кондуктора, а не искрение в токоснимателе. Здесь акустический канал забивается акустическими же помехами. Аналогично на оптический канал связи действуют оптические помехи, а радиоканал забивается радиопомехами.

На рисунке 20 показаны два примера взаимодействия полезного сигнала, который несет информацию, и случайной помехи. Как видно, помеха сильно искажает полезный сигнал.

Рис. 20

Каждый канал связи характеризуется определенной "зашумленностью", то есть искажением сигнала помехой. Чтобы характеризовать эффективность канала, очень удобно ввести меру его зашумленности: какое-то число, которое показывало бы, насколько плохо этот канал пропускает информацию из-за действия помех. Такой мерой зашумленности принято называть соотношение

Оно получается делением размаха колебаний помехи (а) на размах колебаний полезного сигнала (в):

Эта величина и определяет зашумленность канала. Чтобы хоть как-нибудь представить себе величину этой зашумленности в практических каналах связи, достаточно сказать, что при К=1 разговор прерывается, так как помеха настолько подавляет сигнал, что человек не в состоянии понять смысл сообщения.

Глядя на эту формулу, хорошо видно, что для снижения величины зашумленности имеются две возможности:

а) подавлять помеху а, то есть снижать ее уровень (эта мера и образует первый фронт борьбы с помехой), и

б) увеличивать уровень полезного сигнала или повышать размах в.

В обоих случаях эффективность связи возрастает.

Но вторая возможность (увеличение мощности полезного сигнала) довольно быстро исчерпывается. В самом деле, в разговоре мы в силу устройства нашего голосового аппарата не можем все время кричать, да и крик ограничен по своим возможностям - сколько ни кричи, а поговорить с собеседником, находящимся на другом конце города, без телефона не удастся. При работе с радиоканалом интенсивность его ограничена мощностью передатчика и никак не может быть больше. Значит, этот путь для нас следует считать закрытым.

Но есть другой путь - повышать избыточность сообщения, то есть повторять его, переспрашивать при подозрении, что оно ошибочно, и т. д. Эти меры и образуют второй фронт борьбы со случайными помехами.

Рассмотрим арсенал обоих фронтов.