Почему уравнение идеального приемника В. Котельникова и его схема в виде квадратиков получили всемирную известность?

Если вы зайдете в радиомагазин и спросите "идеальный приемник Котельникова", то продавец или примет это за шутку, или отнесет вас к категории свихнувшихся. Но если этот продавец окажется студентом-вечерником, скажем, института связи, то его ответ будет иной: "Простите, но ведь такой приемник существует только на бумаге. В лучшем случае, вам можно было бы продать уравнение, по которому он работает, и его схему в виде квадратиков, соединенных стрелочками-проволочками". Ответ правильный. Но почему это уравнение и эти квадратики получили всемирную известность и продвинули теорию передачи сообщений на новую ступень?

Представим себе, читатель, что мы проникли в музей радиоприемников. Вот детекторный приемник, выпускавшийся на заре радиотехники: катушка чуть ли не в полметра в диаметре с толстенным проводом, конденсатор с подвижными пластинами размером с блюдце, кристалл-детектор, которого касается тонкая острая проволочка (эту точку касания кристалла надо было часто менять для хорошей работы приемника).

Наши взоры привлек один из первых ламповых приемников. Это увесистый чемодан, из которого во все стороны торчат знаменитые радиолампы серии "Микро". Сегодня он напоминает карикатуру на ежа. Приемник этот мог усиливать только на частоте принимаемого сигнала, почему и назывался прямого усиления.

Но он не выдержал битвы с супергетеродинным приемником, в котором любой сигнал переносится на единую стандартную частоту и на ней осуществляется и усиление, и фильтрация помех.

Вот перед нами семейство современных "суперов": начиная от сложных, первоклассных, с дополнительными ручками для борьбы с помехами и кончая портативными карманными и даже "ушными". Здесь уже нет, точнее, почти нет ламп, здесь - царство полупроводников.

Вдохнем "жизнь" в эти приемники, то есть подключим к ним антенны и электропитание (от сети или батареи). Детекторных приемников это не касается: они работают только на энергии принимаемого сигнала и, естественно, очень "недальнобойны". Настроим все их на одну и ту же передачу. Переходя от приемника к приемнику, мы убедимся, что степень искажения сигнала помехами у них будет разная: у одних очень сильная, у других значительно меньшая.

В. Котельников, проделав нечто похожее на наш эксперимент, поставил естественный вопрос: ставит ли природа предел улучшению защиты приемника от помех или, совершенствуя приемники, можно полностью от них избавиться?

И это был не праздный вопрос. Если предела нет, значит, есть надежда навсегда покончить с тресками, скрежетом, писком в приемниках, избавиться от искажения телеграмм, обеспечить абсолютно точное управление по радио любыми космическими аппаратами в любой точке вселенной.

Но если этот предел есть, если законы физики ставят заслон, то каков он? Далеки ли наши приемники от него и как приблизиться к нему?

Отвечая на эти вопросы, В. Котельников установил зависимость степени искажения сигналов на выходе приемника от суммы сигнала и помех, действующих на входе приемника. Затем он провел поиск условий, при которых эта математическая зависимость обеспечивает минимальные искажения сигнала.

Условия были найдены. Из них вытекали и принцип приема сигналов, и принцип построения такого лучшего из возможных приемников. Этот приемник и получил название идеального приемника Котельникова.

Выходило, что реальные приемники могут по защищенности сигнала от помех (по помехоустойчивости) приближаться к идеальному, но никогда не превзойдут его. Идеальный приемник полностью реализует все возможности, которые дает нам земная физика.

Я вспоминаю, как погрузился в анализ хитроумной схемы приемника. Поначалу никак не удавалось получить формулу его работы. Интегралы не брались. При разложении их в ряды "вместе с водой выплескивался и ребенок". Но в конце концов трудности были преодолены и формула получена. Подставляю конкретные данные, и получается помехоустойчивость лучше, чем... у идеального приемника! Звоню В. Котельникову: "Найден приемник лучше идеального. Возможно ли это?" Слышу спокойный ответ: "Приезжайте, посмотрим ваши выкладки. Такого не должно быть, но, впрочем, чем черт не шутит..."

Автор идеального приемника легко обнаружил одно некорректное допущение в выкладках, которое и привело к "подкопу" под идеал.

Вычисляя помехоустойчивость идеального приемника при действии шумов, о которых мы говорили выше, В. Котельников установил, что даже идеальный приемник не может от них полностью избавиться.

Поэтому, если студент на вопрос, что такое приемник Котельникова, отвечает: это приемник без помех, я его тут же отправляю "углублять свои знания".

Потенциальная помехоустойчивость, так назвали помехоустойчивость идеального приемника, была определена В. Котельниковым как для случая дискретных, так и для непрерывных сигналов. Она, конечно, получилась разной, ибо исход сражения сигнала с помехами зависит от того, какую форму мы придадим сигналу.

Таким образом, с помощью потенциальной помехоустойчивости вполне можно оценивать разные способы передачи сигналов, принимая их на идеальные приемники (они, естественно, будут тоже различны). и выявлять лучшие из них.