Наилучшим способом передачи двоичных сигналов является фазовая телеграфия. Но она практически нереализуема. Есть ли способ передачи этих сигналов, близкий к наилучшему, но реализуемый?

Итак, из сигналов с фазой манипуляцией принципиально нельзя выделить однозначные метки времени, а следовательно, и создать приемник, чувствительный к фазе. Напрашивается вопрос: нельзя ли на передаче в наши метки времени внести некоторые изменения, чтобы устранить эту двузначность шкалы времени, формируемой в приемнике из самого ФМ-сигнала?

Такие предложения появились. Одни предлагали "врубить" в наши метки-времени дополнительные метки, не несущие информации. Другие предлагали применить передачу дополнительных меток на соседней частоте.

Но перечисленные пути неизменно вели к ухудшению самого метода, к снижению его стойкости от помex, замедлению скорости передачи или расширению требуемой полосы частот. Поэтому практика их отвергла.

Перелом наступил с появлением так называемой относительной фазовой манипуляции (ОФМ). Идея ее настолько проста, что трудно понять, почему ее не обнаружили значительно раньше.

Эта простота ставила в тупик и экспертов. Они говорили обычные в таких случаях фразы: сначала "не может быть", затем - "не будет работать" и, наконец, "давно известно" - и долго не выдавали мне авторского свидетельства на ОФМ.

Но, невзирая на экспертов, метод ОФМ работал: лабораторные, а затем натурные испытания прошли успешно; началось широкое внедрение ОФМ в радио-и проводную связь. Была наконец найдена упряжка, в которой фаза сигнала помчала заданные ей "да" и "нет" без всяких акробатических фокусов и с помехоустойчивостью, весьма близкой к тому, что обещал идеальный приемник В. Котельникова.

Суть ОФМ сводится к следующему. Надо принципиально отказаться от единой шкалы времени и для передачи, и для приема. Правда, мы доказали, что без шкалы времени фазовый приемник принципиально нельзя создать. Это верно. Но совершенно необязательно иметь единую шкалу времени для всех посылок. Можно сделать так, чтобы каждая из них имела свою шкалу.

Вспомним нашу модель фазового канала с метками времени и двумя часами: если метка совпадает с показанием часов, то передано "да", если сдвинута, то- "нет". А теперь изменим чуть-чуть метод передачи. Если передается "да", то передающая ее метка стоит рядом с предыдущей, если "нет", то сдвинута на некоторый интервал Δt.

Значит, для приема каждой данной посылки достаточно знать ее положение только относительно предыдущей посылки. Каждая предыдущая посылка и есть текущая шкала времени для последующей. При этом специальных посылок времени нет: каждая посылка несет "да" или "нет"; ее значение определяется при сравнении с предыдущей, и одновременно она является меткой времени для последующей. Исключение составляет самая первая информационная посылка в начале сеанса связи; для ее приема, естественно, нужно перед нею послать одну неинформационную метку времени.

Теперь вернемся к нашим синусоидам. В переводе на их язык описанный метод с метками времени выглядит еще проще: при передаче "да" данная посылка (сигнал) должна иметь ту же фазу, что и предыдущая, а при передаче "нет" ее фаза сдвигается на 180 градусов относительно предыдущей.

Для приема таких сигналов в схеме необходим дополнительный элемент кратковременной памяти, запоминающий предыдущую посылку до прихода следующей. Сравнение фаз осуществляется путем перемножения и усреднения двух отрезков синусоиды (данного и предыдущего). Если их фазы одинаковы, то получаем положительное напряжение, что соответствует сигналу "да", а если сдвинуты на 180 градусов, то отрицательное - наше "нет".

Описанный метод приема несколько уступает идеальному приемнику, так как В. Котельников постулировал идеальную метку времени, недоступную помехам, а у нас меткой служит предыдущая посылка, которую помехи могут иногда искажать.

Для наилучшей передачи информации очень важно знать, от чего зависит помехоустойчивость идеального приемника и близкого к нему приемника ОФМ; знать, какие необходимо принять меры, чтобы сделать вероятность ошибки не более допустимой в данной линии связи.

Эта ошибка, естественно, зависит от решаемой задачи. Скажем, при передаче речи, хможно допустить пропадание отдельных букв п даже слов без потери смысла. При передаче с Земли команд управления двум стыкующимся космическим кораблям допустима ничтожно малая вероятность ошибки передаваемой команды, например одна ошибка на сто миллионов переданных команд.

Вероятность ошибки, то есть отношение искаженных битов ко всем переданным, как показал В. Котельников, может быть улучшена только за счет улучшения на входе приемника отношения энергии бита к энергии помех.

Энергию бита можно увеличить, только повышая мощность передатчика (этот путь весьма ограничен на спутниках и космических кораблях) или удлинняя бит во времени (это снижает скорость передачи).

Уменьшить энергию помех еще трудней. Внешние помехи можно снизить, если применить антенну, которая чувствительна только в направлении на источник сигнала и не принимает помехи с других направлений. Внутренние шумы можно "заморозить", то есть уменьшить за счет снижения "резвости" молекул в элементах приемника, охлаждая входные каскады приемника.

Использование для передачи таких диапазонов волн, где меньше внешних помех, естественно, тоже поможет нашим битам донести неискаженную информацию.

Наконец, применение кодирования позволяет... Но это уже в следующей главе.