Проблемы эффективной связи

Информацию нужно не только сохранять, но и передавать из одного места в другое. Технически задача эта решается с помощью средств связи: телеграфа, телефона, радио, телевидения и т. п.

Современный телеграфный аппарат (рис. 7) внешне похож на пишущую машинку. Только она как бы разрезана на две части: клавиатура -- в Харькове, а печатающие рычажки и бумажная лента - в Полтаве. При нажатии клавиши в другой город посылается определенная комбинация импульсов (посылок) электрического тока. Там эти импульсы проходят по обмотке электромагнита, который через порредство специального механизма приводит в действие нужный печатающий рычаг. Чтобы передать телеграмму, достаточно "отстукать" ее на клавиатуре этой чудесной пишущей машинки.

Рис. 7. Телеграфный аппарат СТ-35

Разумеется, помимо двух половинок такой "пишущей машинки", нужны еще электрические провода, соединяющие оба города. По сравнению с точной механикой телеграфных аппаратов последняя деталь может показаться и несущественной, но на деле она обходится гораздо дороже их. Немало цветного металла расходуется на провода, десятки тысяч столбов требуются для их подвески, сотни работников должны неустанно следить за их исправностью. Поэтому вместе с рождением телеграфа возникла и новая проблема: передавать как можно больше сообщений по каждой проводной линии.

Телеграммы передаются посредством электрических сигналов: каждой букве соответствует определенная комбинация электрических импульсов. Известная всем телеграфная азбука Морзе вместе с ручным телеграфным ключом постепенно выходит из употребления. В широко распространенных буквопечатающих телеграфных аппаратах комбинации импульсов строятся по тому же принципу, по которому можно изображать буквы алфавита наличием и отсутствием отверстий на перфокарте (рис.4), Отверстию соответствует электрический импульс, отсутствию отверстия - отсутствие импульса (или же импульс противоположной полярности).

Таким образом, элементарный телеграфный сигнал двоичен: его два варианта - наличие и отсутствие электрического импульса. Поэтому для передачи пяти единиц, информации, содержащихся в одной русской букве, требуется пять импульсов. Как и в случае хранения информации такая двоичная система кодирования букв горазда выгоднее, чем если бы мы, например, для передачи буквы А использовали один импульс, буквы Б - два импульса, буквы В - три импульса, а буквы Я - 32 импульса.

Ну, а если для передачи разных букв употребить электрические импульсы одинаковые по длительности, но разные по силе тока: букву А передавать импульсом в 1 ампер, Б - в 2 ампера, В - в 3 ампера..., Я - в 32 ампера? Ведь таким способом можно было бы передавать телеграммы в пять раз быстрее, чем при двоичной системе (один импульс вместо пяти!). Но здесь мы уже встречаемся с другой проблемой.

Передавать информацию быстро это еще не всё. Нужно, кроме того, еще позаботиться, чтобы она доходила правильно, без искажений. А технических причин для искажений - более чем достаточно. В жаркое время от нагревания увеличилось сопротивление проводов и ток стал слабее; грозовые разряды или искры находящихся поблизости электрических аппаратов навели в проводах ложные импульсы, которых мы вовсе не передавали; нечетко сработала телеграфная аппаратура и т. д. Все эти причины неправильной передачи информации, каковы бы ни были причины их возникновения, называются помехами.

Легко понять, что одни способы передачи сообщений менее чувствительны к воздействию помех, чем другие. Если буквы различаются по силе тока, то уже незначительные изменения электрического сопротивления проводов повлекут за собой смешение одной буквы с другой. Если же мы различаем только наличие или отсутствие импульсов, как при двоичной системе, то колебание сопротивления цепи в широких пределах на правильности сигналов не скажется. И в этом проявляется преимущество двоичной системы изображения информации: с целью повышения устойчивости по отношению к помехам лучше всего пользоваться только двумя вариантами сигнала, которые можно выбрать очень резко отличающимися друг от друга.

Но при очень высоком уровне помех естественной помехоустойчивости мало; нужны дополнительные меры. Особенно часто приходится прибегать к ним в случае передачи телеграмм по радио, где всегда много помех атмосферного происхождения (грозовые разряды), от расположенной поблизости искрящей электроаппаратуры, а также вследствие хаотического теплового движения электронов в проводах и электронных лампах самих радиоприемников.

Самый простой прием, который мы можем противопоставить вредному влиянию помех, - это многократное повторение одного и того же сообщения. Влияние помех по своему характеру всегда случайно. Поэтому мало вероятно, чтобы каждый раз искажение коснулось одних и тех же букв. Сопоставляя между собой отдельные, различным образом искаженные сообщения, в большинстве случаев удается восстановить истинный текст - подобно тому, как это сделали герои романа Жюля Верна "Дети капитана Гранта" с поврежденными водой документами.

Но передавать каждое сообщение несколько раз - значит намеренно уменьшить скорость телеграфирования. Здесь мы впервые встречаемся с одним из важнейших принципов теории информации: повышение помехоустойчивости возможно только ценой отказа от лаконичности.