Борис Крук - ...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Представьте, что вы в такт с поступлением битов включаете и выключаете СВЧ-генератор передатчика. Пришла 1 — включили генератор, пришел 0 — выключили. При этом антенна то излучает электромагнитную волну, то нет. Таким образом, в эфир уходят один за другим импульсы электромагнитных колебаний. Такие действия над радиолучом называют амплитудной модуляцией (от латинского modulatio — изменение), так как изменяется амплитуда излучаемой волны. Ясно, что даже при очень низкой скорости передачи вы не будете успевать включать и выключать СВЧ-генератор вручную. Это делается автоматически, "по команде" самих битов, специальным устройством — модулятором.

К сожалению, амплитудная модуляция страдает серьезным недостатком. Если в радиолинии имеют место замирания, вследствие чего амплитуда волны резко уменьшается, то при этом бывает трудно распознать что передавалось в данный момент — 1 или 0. Чтобы избежать этого неприятного явления и нейтрализовать действие замираний, применяют другой прием. В передатчике используют два СВЧ-генератора: один из них генерирует колебания с частотой f 1, а другой — с частотой f 2. Если на вход модулятора поступает 1, то к антенне подключается первый генератор, если же поступает 0, то — второй генератор. В этом случае антенна вместо электромагнитного колебания с переменной амплитудой излучает два колебания разных частот. Такому радиосигналу замирания не страшны: даже при малой его амплитуде легко разобраться, какая частота излучается — f 1, или f 2. Этот вид модуляции получил название частотной, поскольку под воздействием цифр 1 или 0 изменяется частота излучаемой электромагнитной волны.

Ну что же, пожалуй, все основные проблемы передачи цифровой информации по радиолиниям мы обсудили. Впрочем, нет! Осталась без внимания еще одна проблема — дальность связи. И тут нас ждет разочарование. Оказывается, при установке антенн на мачтах высотой до 100 м расстояние "прямой видимости" между ними составляет чуть более 50 км. Но ведь требуется устанавливать связь на расстоянии тысяч километров. Есть ли выход? Выход есть. Здесь нам хочется провести любопытные исторические параллели. Вернемся в XIX в.

…Изнуренные, покрытые пеной кони подтащили к почтовой станции кибитку. Послышались крики: "Перепрягайте лошадей!"… Во Франции XIX в. замена уставших лошадей свежими называлась "реле", а почтовые станции — "релейными"…

А теперь Америка начала XX в. В 1935 г. между Нью-Йорком и Филадельфией вступила в строй радиолиния на ультракоротких волнах. Она имела протяженность 150 км. Чтобы перекрыть это расстояние, через 50 и 100 км были построены две промежуточные "релейные" станции, которые принимали ослабленные радиоволны, "заменяли" их новыми и посылали дальше. Сама радиолиния была названа "радиорелейной" линией. Опыт человечества — великое дело, и, поистине, ничто на земле не происходит бесследно.

Мы не знаем, что подсказало конструкторам первой в мире радиорелейной линии дать ей такое название. Ностальгия по старине? А может, за основу было взято английское слово relay — эстафета? Или отдана дань заслугам английского физика Релея (помните его трубы — волноводы)?

Да и не в этом дело! Идея "перепрягать радиоволны" оказалась весьма перспективной. Отныне во все концы земного шара потянулись цепочки радиорелейных линий. Строительство первой такой линии в нашей стране было осуществлено в 1953 г. между Москвой и Рязанью. Однако еще в начале 30-х годов советские инженеры М.И. Греков и В.М. Большеверов провели опыты по направленной радиосвязи на дециметровых волнах между Москвой и Люберцами.

Современная радиорелейная линия (часто пишут сокращенно — РРЛ) состоит из двух основных и цепочки промежуточных радиорелейных станций. Каждая станция — это приемник, передатчик и высокая мачта (или башня) с антеннами. Для мачты выбирают возвышенные участки местности. С каждой из них видны две соседние мачты. Расстояние между промежуточными станциями обычно составляет 40–70 км. Протяженность линии может быть несколько тысяч километров. Радиоволны узким направленным лучом идут от одной станции к другой, принимаются там приемником, усиливаются передатчиком (как лошади подкармливались овсом) и отправляются к следующей станции.

Думается, нет необходимости пояснять, что радиоволны от одной оконечной станции до другой добираются почти мгновенно.

В 50-60-е годы ожидалось, что преимущества радиорелейных линий откроют перед ними широкую дорогу и заставят существенно потесниться кабели связи. Однако время расставило все на свои места, и сегодня радиорелейные и кабельные линии связи мирно сосуществуют, переходя порой одна в другую.

Дело в том, что и радиорелейным линиям присущи недостатки. На распространение ультракоротких волн влияют и рельеф земли, и обширные водные глади, встречающиеся на пути радиорелейной линии, и ионосфера, "капризы" которой приводят к замираниям волн, и внутренние шумы в генераторе СВЧ-колебаний, приемнике, антенне. Кроме того, не всегда удастся построить промежуточные станции строго в расчетных местах — мешают естественные преграды: водные, горные и т. п.

Конечно, нетрудно представить себе местность, где строительство радиорелейной линии является единственно возможным. Однако в каждом конкретном случае проектировщики должны принять решение: какую магистраль — кабельную или радиорелейную — выгодно строить с экономической точки зрения и какая из них обеспечит лучшее качество передачи информации.

Шел 1865 год. Еще не будут связаны телеграфной линией Америка и Европа — Новый и Старый Свет. Еще год не будет покоряться американскому предпринимателю Сайрусу Филду "кратчайший" 3 500-километровый путь через бурный и глубокий Атлантический океан. Еще год многим будет казаться, что прокладка этой телеграфной линии просто нереальна. И тогда рождается еще один — не менее фантастический по тем временам — проект. Изобретатель первого в мире пишущего телеграфа и знаменитых "точек" и "тире" С. Морзе предложил соединить Нью-Йорк и Лондон… воздушной линией, проходящей через Аляску и Сибирь и пересекающей лишь две узкие водные преграды — Берингов пролив и Ла-Манш. Длина такой линии, на строительство которой было даже получено согласие американского правительства, составила бы 25000 км! И хотя этому "проекту века" не суждено было осуществиться (через год вступила в строй телеграфная линия, проложенная по дну Атлантического океана), его масштабы и сегодня поражают наше воображение.