Текст книги "Посвящение в радиоэлектронику"

Автор книги: Владимир Поляков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 26 страниц)

Еще один пример, но теперь из реальной жизни – 1943 год, англо-американские войска готовятся к высадке на итальянский остров Сицилию, занятый фашистскими войсками. В это время в одной из тюрем США сидел очень влиятельный гангстер Лучано, выходец из Сицилии. Американская разведка, пользуясь всяческими средствами, вступила с ним в сговор, пообещав досрочное освобождение. В результате с самолета над Сицилией был сброшен вымпел – шелковый платок с вышитой на нем буквой L. Сицилийские мафиози, в то время не ладившие с немецко-фашистскими оккупантами, прекрасно поняли смысл сообщения: Лучано за союзников! Эффект был поразителен – американская армия практически не понесла потерь при освобождении Сицилии, так как мафиози основательно помогли ей, начав партизанскую войну против немцев.

Сейчас нас интересует не значимость для истории сообщения на вышитом платке, а лишь количество переданной информации. В английском алфавите 26 букв, добавим еще служебные знаки препинания – всего 32 знака. Значит, осуществлялся выбор одного из 32 знаков. Пример характерен тем, что при передаче любых телеграмм, на любом языке в приемном устройстве происходит выбор одной буквы из алфавита, который чаще всего содержит 32 знака. Если вероятность появления каждого из знаков одинакова и, следовательно, составляет 1/32, то при передаче одного знака сообщается log₂32 = 5 бит информации. Ту же цифру мы можем получить и иным способом. Перенумеруем все буквы алфавита по порядку.

Буква L стоит на двенадцатом месте, и ее порядковый номер будет 12. Теперь для выбора этой буквы достаточно передать ее порядковый номер. Число 12, выраженное в двоичном коде, выглядит как 01100. Для передачи любого из 32 чисел двоичным кодом нужно пять разрядов, а любого из N чисел log₂N. Вы еще не умеете переводить числа из десятичного исчисления в двоичное и обратно?

Научитесь, это не так уж сложно! Вам поможет приведенная таблица и простое правило: последний разряд двоичного числа дает единицы (2⁰), предпоследний – двойки (2¹), третий разряд справа – четверки (2²), четвертый восьмерки (2³), и т. д. Обозначив символы двоичного кода (1 и 0) в последнем разряде х₁, в предпоследнем х₂ и т. д., получим простую формулу для структуры двоичного числа:

N = х₁·2⁰ + х₂·2¹ + х₃·2³ +…

Для передачи любого числа от 0 до 31 необходимо пять двоичных разрядов, или 5 бит информации. Таким образом, сообщение гангстера Лучано мафиози содержало 5 бит информации.

В народном хозяйстве необходимо передавать значительно больше информации. Не вызовет удивления, например, такая телеграмма, переданная работником снабжения: «В феврале на Чукотку поступило 10 000 грампластинок». Информация здесь такова: во-первых, февраль. Надо думать, поставки товаров подобного рода производятся ежемесячно, поэтому февраль надо обозначить цифрой 2. Отсюда определяем число двоичных разрядов, необходимых для передачи номера месяца: 4 (2⁴ = 16, имеется некоторая избыточность информации). Далее необходимо ввести код Чукотки. Пусть соответствующая организация поставляет товары в 120 краев и областей, причем Чукотке ввиду ее удаленности присвоен последний номер. Тогда для передачи кода Чукотки (120) потребуется 7 двоичных разрядов (2⁷ = 128). После кода области надо указать код товара. Если всего поставляется, например, 512 наименований товаров, то для обозначения грампластинок, скажем № 384, потребуется 9 разрядов (2⁹ = 512). И наконец, число грампластинок 10000 в двоичном коде займет 14 разрядов. Получаем следующую таблицу:

Полное сообщение требует 34 двоичных разряда. Спереди обычно добавляют несколько разрядов служебной информации адрес, знак начала сообщения и т. д. Последовательность кодов и число разрядов каждого кода, указанные в таблице, должны быть и у отправителя, и у получателя сообщения, чтобы они имели возможность закодировать и раскодировать телеграмму. На линии связи эти процессы автоматизированы, соответствующие устройства называют кодерами и декодерами.

В книгах про разведчиков подобные таблицы называются шифрами и ключами к шифрам, скажет сообразительный читатель, и будет совершенно прав. Надеюсь, что наиболее юные и энергичные из читателей придумывают свои собственные шифровальные таблицы для игры в разведчиков, и их шифры, особенно представленные в двоичном коде, вряд ли расшифрует «неприятель». Итак, мы научились представлять информацию в цифровой форме и определять ее объем. А как быть с аналоговыми сигналами? Раньше их обрабатывали в аналоговой форме, теперь все чаще преобразуют в цифровую.

Вспомним автопилот самолета, который мы уже рассматривали, и попробуем сконструировать простейший датчик углового положения фюзеляжа. Возьмем отвес – жесткий стержень с грузом на конце, закрепленный на горизонтальной оси 0. Верхний конец стержня соединим с подвижным контактом потенциометра R, а к крайним выводам потенциометра подключим источники напряжения -10 и + 10 В. Если фюзеляж самолета находится в горизонтальном положении, подвижный контакт будет в середине резистивной подковки потенциометра, а потенциал на нем U обратится в нуль.

Стоит самолету наклониться вперед, скажем войти в пике, движок потенциометра переместится влево по подковке и потенциал U станет отрицательным. Если же носовая часть самолета будет направлена вверх, потенциал U станет положительным. Пусть при наклоне фюзеляжа на угол ± 20° потенциал U изменяется от + 10 до —10 В. Крутизна характеристики преобразования угол напряжение для такого датчика составит 0,5 В на градус. Таким образом мы получим аналоговый сигнал углового положения самолета. Для преобразования этого сигнала в цифровую форму необходимо задаться шагом дискретизации – минимальным изменением напряжения, соответствующим изменению цифрового кода на единицу.

Если в нашем простейшем случае достаточна точность 1°, то шаг дискретизации будет равен 0,5 В. Число шагов дискретизации, на которое изменилось напряжение U, и будет являться углом наклона фюзеляжа, выраженным в градусах. Его значение можно представить и двоичным кодом, как это показано на рисунке.

Датчик углового положения.

Дискретизация по уровню.

Для преобразования аналоговых величии в цифровой код служат специальные электронные устройства – аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Полученный цифровой код углового положения фюзеляжа поступает в цифровой процессор, выполняющий функции и сравнивающего устройства, и системы регулирования (посмотрите схему на стр. 19). Сюда же поступают сведения и о положении самолета в других плоскостях пространства, и о положении рулей. Процессор вырабатывает сигнал, управляющий рулями. При цифровой обработке информации можно получить значительно большую точность регулирования и управления. Этим и объясняется широкое применение цифровой техники в системах управления.

С какой точностью, например, можно измерить напряжение с помощью обычного стрелочного прибора? Лучшие лабораторные магнитоэлектрические приборы с зеркальной шкалой обеспечивают точность отсчета не более 0,2 %, что составляет 2·10^-3. В то же время цифровые вольтметры могут иметь пять-шесть разрядов, что обеспечивает точность измерений на два-три порядка (в 100… 1000 раз) выше. Но вернемся к проблемам связи, ведь мы так и не закончили разговор о передаче телефонных сигналов цифровым кодом.

Разговор по телефону в цифрах

Несколько лет назад мне довелось пройти на гидрографическом судне от Владивостока до Петропавловска-Камчатского. Естественно, что из каждого порта я звонил домой, в Москву, чтобы справиться о делах и здоровье близких. Владивосток был еще связан с Москвой старой системой аналоговой телефонной связи. Часа три приходилось ждать, пока телефонистки соединят линию. Наконец, еле-еле, сквозь шумы и трески послышался голос жены. Совсем иная картина была в Петропавловске. Там действовала цифровая телефонная связь. Прямо из кабины телефона-автомата можно набрать код Москвы, затем две-три служебные цифры и нужный номер в Москве. Весь процесс занял не более минуты, причем более половины этого времени ушло на то, чтобы разобраться в правилах пользования автоматом, вывешенных в кабине: какие набирать цифры, каких ждать гудков и т. д. Слышно было лучше, чем когда я звонил соседу по дому в Москве, так же хорошо слышали и меня, а помех практически не было. Надо ли говорить, что после состоявшегося разговора я стал ярым приверженцем цифровой телефонной связи.

Так как же обычная человеческая речь превращается в поток цифр, ведь на выводах микрофона имеется быстро изменяющийся речевой сигнал (как показано на рисунке)? А вот как. Берутся отсчеты, т. е. значения этого сигнала через равные промежутки времени τ. Интервал τ должен быть настолько мал, чтобы речевой сигнал не успевал намного измениться между отсчетами. Этот интервал часто называют временным шагом дискретизации или интервалом Найквиста. Минимальную частоту взятия отсчетов, т. е. величину, обратную временному шагу дискретизации, определяет теорема В. А. Котельникова (академика, основателя теории помехоустойчивости систем связи). Частота отсчетов должна быть вдвое больше самой высокой частоты звукового спектра. В телефонии принято передавать частоты только до 3400 колебаний в секунду, т. е. до 3,4 кГц. При этом разборчивость речи еще очень хорошая. Значит, частота взятия отсчетов должна быть не менее 6800 в секунду, или 6,8 кГц. Процесс взятия отсчетов называют дискретизацией по времени.

Для цифровой оценки отсчетов нужен следующий процесс – дискретизация по уровню. Каждый отсчет можно представить числом, соответствующим значению отсчета звукового напряжения. Например, если звуковое напряжение измерять в милливольтах, то число целых милливольт и будет отсчетом, а один милливольт – шагом дискретизации по уровню. Ошибка квантования но уровню в данном случае не превзойдет половины шага квантования, т. е. 0,5 мВ. Отношение максимальной амплитуды звукового напряжения к шагу квантования даст максимальное число, которое можно получить при отсчетах. Оно определяет динамический диапазон передаваемого сигнала. Для передачи телефонной речи с удовлетворительным качеством достаточен динамический диапазон (отношение максимального уровня сигнала к минимальному) 30… 35 дБ, что соответствует числу шагов квантования при отсчетах 30. Для передачи одного отсчета двоичным кодом в этом случае достаточно In ₂30 ~= 5 разрядов. Для хорошей передачи музыки это число, число шагов квантования по уровню, должно быть не менее 10000, что соответствует динамическому диапазону 80 дЬ. В этом случае для передачи одного отсчета потребуется log₂10000 ~= 14 разрядов.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Наконец мы можем оценить поток информации при телефонном разговоре. Полагая полосу звуковых частот равной 3,4 кГц и частоту взятия отсчетов 6,8 кГц, получаем количество отсчетов в секунду 6800. При 30 шагах квантования по уровню каждый отсчет занимает 5 разрядов. Следовательно, в секунду передается 34000 двоичных разрядов, или бит информации. Скорость передачи информации, измеренную в битах в секунду, можно выразить формулой

С = 2F·log₂N,

где F – наивысшая частота звукового спектра; N – число уровней квантования.

Перейдя на цифровую передачу, мы существенно улучшили качество связи. Но не даром же это досталось! Чтобы передать цифровой сигнал со скоростью 34 кбит/с, нужна полоса частот, пропускаемых каналом связи, не менее 34 кГц. А теперь вспомним, что для передачи обычного аналогового телефонного сигнала требуется полоса частот всего 3,4 кГц. Таким образом, цифровые системы связи оказываются широкополосными. Происходит как бы обмен полосы частот на отношение сигнал-шум, но обмен достаточно выгодный. Расширяя полосу частот в десять раз при переходе к цифровой передаче, мы намного снижаем допустимое отношение сигнал-шум, или сигнал-помеха, в канале связи, и это при общем существенном улучшении качества.

Скорость передачи 34 кбит/с достаточно большая, но надо учесть, что при телефонном разговоре с речью как таковой передаются и интонации голоса, и эмоциональная окраска, что хорошо знают все, кто разговаривал друг с другом по телефону, да и не только по телефону. Телеграф, к сожалению, таких нюансов передать не может. Давайте ради интереса оценим, каков будет поток информации, если телефонный разговор заменить телеграфной передачей того же текста. При среднем темпе речи человек произносит 1… 1,5 слова в секунду. Каждое слово состоит в среднем из пяти букв. А для передачи телеграфом одной буквы требуется 5 бит (считаем, что алфавит содержит 32 знака). Перемножив все эти числа, получим скорость передачи телеграфной информации, соответствующей тексту телефонного разговора в реальном масштабе времени, С ~= 30… 40 бит/с. Это почти в тысячу раз меньше! Вот во что обходятся связистам эмоции и интонации телефонных разговоров. Одна и та же междугородная линия связи может пропустить, скажем, 16 телефонных каналов или несколько тысяч телеграфных!

Но подождите, то ли еще будет, когда мы перейдем к телевидению! Там ведь надо передавать еще и движущиеся изображения.

Посмотрим, какой результат мы получили, положив скорость передачи в телефонном канале равной 30 кбит/с, а в телеграфном 30…40 бит/с? Ведь мы предположили, что каждый последующий отсчет сигнала независим от предыдущего и может принимать любые значения. Для телеграфного текста это означает, что вероятность появления любой буквы алфавита одинакова и не зависит от того, какие буквы были переданы ранее. Но при передаче осмысленного текста все совсем не так! Вы смотрите на ленту телеграфного аппарата и читаете: «Добрый ден…». Стоп! Какая буква следующая?

Со стопроцентной уверенностью вы скажете, что «ь», и будете совершенно правы. Так сколько бит информации нес этот последний символ «ь»? А нисколько. Но на его передачу было затрачено пять двоичных разрядов. Таким образом, мы оценили максимально возможную скорость передачи информации. Она реализуется лишь для хаотических, случайных сигналов и беспорядочного набора символов, т. е. для нестандартных текстов.

В реальном тексте можно допустить довольно много пропусков и ошибок, почти не уменьшив количество переданной информации.

Возьмите текст стандартной телеграммы: «Поздр-м-с-ем ро-д-ния ж-ла с-a-тья зд-р-в-я ус-хо-». Из пятидесяти букв пропущено восемнадцать, более трети, и что же? Текст прекрасно восстанавливается. Несколько труднее было бы восстановить текст: «Грузите апельсины бочками», но и это нетрудно, если знать классиков юмористической литературы. А вот текст нестандартной поздравительной телеграммы: «Завидуем только сорок желаем новой весны». Здесь уже труднее выбросить часть букв, и не зря в таких случаях работники телеграфа делают к телеграммах приписку: «Текст верен».

Таким образом, действительное количество информации в сообщении является случайной величиной. Как и для любой случайной величины, можно найти среднее количество информации на символ (букву).

Первую попытку уменьшить количество передаваемой информации, повысив эффективность кодирования, предпринял еще С. Морзе, изобретатель телеграфной азбуки. Вместе с помощниками он изучил немало английской классической литературы, не вникая в смысл прочитанного, а подсчитывая количество различных букв в тексте. В результате была найдена относительная вероятность появления той или иной буквы. Чаще других встречалась буква «с», и ей была присвоена самая короткая кодовая комбинация – одна точка (·). Следующей по частоте появления оказалась «t», и эту букву обозначили одним тире (―). Ну а реже всех появлялись «j» (·―――), «у» (―·――) и «q» (――·―), разумеется, они были обозначены самыми длинными кодовыми комбинатами. Код Морзе неравномерный, он неудобен для автоматического буквопечатающего телеграфа-телетайпа. В автоматических аппаратах используют равномерный код Бодо, в котором каждому символу – букве отводится пять двоичных знаков – посылок тока. Для автоматического телеграфа особую важность приобретают вопросы оптимального кодирования, которыми, в частности, и занимается наука, о которой я немного расскажу в следующем параграфе.

Телеграфисты, использовавшие код Морзе, не успокоились на достигнутом. При обычном телеграфном обмене передается очень много стандартных слов и фраз. Их стихийно стали сокращать, и в результате появился особый язык общепринятых сокращений. Он особенно был в ходу в 20-е и 30-е годы в связи с развитием телеграфной радиосвязи и используется до сих пор как профессиональными радистами, так и радиолюбителями-коротковолновиками. У них он так и называется «радиолюбительский код». Вот типичный пример текста при радиосвязи: «Gd dr оm Vy gld meet u. Wx hr is stormy…. Cuagn, ga». Текст получился после общепринятых сокращений слов во фразах «Good day dear old man. Very glad to meet you. Weather here is stormy… Call you again, go ahead». («Добрый день, дорогой приятель. Очень рад связи с тобой. Погода здесь ветреная… Вызову тебя снова, передавай, буду на приеме».) Подобных фраз можно услышать сегодня сколько угодно, выучив телеграфную азбуку и настроив приемник на частоту любительского коротковолнового диапазона. А служебные, ведомственные и государственные радиостанции используют более строгие и официальные Q-код, Z-код и др. Сочетания Q-кода часто используют и радиолюбители. Например, QRP означает «Уменьшите мощность», QSL – «Прием подтверждаю», QRU – «Для вас сообщений нет». А кодовое сочетание QST, стоящее в названии известного американского радиолюбительского журнала, означает «Всем постоянным корреспондентам». Ошибочный прием одной лишь буквы полностью изменяет смысл сообщения. Зато коды позволяют намного сократить время передачи сообщений и разгрузить линии связи.

Азбука передачи информации

Наш мир полон информации. Год от года ее становится все больше. Информация есть совокупность сведений о событиях, явлениях, предметах – одним словом, обо всем, что имеется и происходит в мире. Для передачи и хранения информации используют знаки (символы). С их помощью информацию представляют в виде письменного текста, шифрованной цифровой таблицы, в форме живой человеческой речи, графиков, рисунков, электрических сигналов и многими другими способами.

Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением. Это текст телеграммы, ток микрофона, телевизионное изображение. Сообщения необходимо передавать от человека к человеку, из одного места в другое, ибо без обмена информацией попросту невозможна разумная человеческая жизнь.

Информация, заключенная в этой книге, никогда не дошла бы до вас, сети бы книга не была издана, а вы ее не прочитали. Собираясь начать какое-либо дело, например конструирование детекторного приемника, вы прежде всего должны ознакомиться с уже имеющейся информацией по этому вопросу. Иначе вам придется самостоятельно повторить научные и экспериментальные труды Ампера, Фарадея, Максвелла, Герца, Попова и многих других ученых и исследователей. Согласитесь, это не самый оптимальный и легкий путь!

Гораздо проще прочитать школьный учебник физики, подходящую радиолюбительскую брошюру или, наконец, шестую главу этой книги. Там достаточно информации для построения детекторного приемника.

Нужны ли еще примеры? При строительстве новых заводов, разработке приборов и станков, в путешествиях по ближним и дальним краям просто необходимо использовать информацию, уже накопленную людьми. И чем проще это слетать, тем скорее движется дело. «Позвони и спроси!» вот как просто и очень часто мы выходим из затруднительных положений. А средства массовой информации – печать, радио, телевидение? Сколько сведений мы узнаем благодаря им! Итак, сегодняшнюю жизнь невозможно представить без широко разветвленных систем передачи информации.

Передача сообщений осуществляется либо с помощью материального носителя (бумаги, магнитной ленты), либо с помощью некоторого физического процесса (посылок тока, звуковых и электромагнитных волн). В этом случае физический процесс, отображающий сообщение, называют сигналом. Сигнал обязательно является функцией времени, т. е. передача знаков происходит последовательно, один за другим. Обратите внимание на то, как вы читаете этот текст: слева направо и сверху вниз, последовательно пробегая взглядом все слова.

Сигналы, представленные в электрической форме, характеризуются определенными параметрами. К ним относится длительность сигнала определяющая время, нужное для его передачи.

Другой параметр уже введенный нами динамический диапазон – равен отношению наибольшей мгновенной мощности сигнала Р_макс к наименьшей мощности, которую необходимо регистрировать при заданном качестве передачи Р_мин (измеряется он обычно в децибелах):

Динамический диапазон спокойной человеческой речи, как уже упоминалось, составляет 30… 35 дБ, а симфонического оркестра 70…80 дБ.

Третьим параметром сигнала является ширина его спектра. Звуковой спектр лежит в пределах 16…20000 Гц. Но передавать весь этот спектр необходимо, лишь когда мы желаем обеспечить исключительно высокое качество звуковоспроизведения. При телефонной же связи требуется, чтобы речь была разборчивой и собеседники узнавали друг друга по голосу. В этих условиях достаточна полоса частот от 300 до 3400 Гц, которая и принята в качестве стандартной в телефонной связи.

Ширина спектра обратно пропорциональна скорости изменения сигнала во времени – чем быстрее изменяется сигнал, тем шире спектр. Некоторые буквопечатающие телеграфные аппараты (например, СТ-35) работают со скоростью передачи 50 символов в секунду, или 50 Бод, как говорят связисты. Ширина спектра телеграфного сигнала обычно считается равной F_c = 1,5v, где v скорость телеграфирования в бодах. В данном примере ширина спектра составит всего 75 Гц. Как видим, телеграфный сигнал занимает весьма узкую полосу частот. Телевизионный сигнал, напротив, занимает очень широкую полосу частот – около 6 МГц (шесть миллионов герц!).

Произведение трех основных параметров сигнала определяет его объем:

V_c = T_сD_сF_c.

Объем сигнала можно выразить в битах, если скорость передачи умножить на время передачи сигнала:

V_c = СT_с.

Чем больше объем сигнала, тем больше информации можно «вложить» в этот объем. Это наглядно иллюстрируется изображением «плитки» информации. Ведь объем параллелепипеда равен произведению его длины, ширины и высоты. Примем длину «плитки» пропорциональной длительности сигнала, ширину – полосе частот, а высоту – логарифму отношения максимальной и минимальной мощностей сигнала. Тогда объем «плитки» окажется равным объему сигнала.

Плитку информации при передаче можно деформировать.

Теперь мы в каждом конкретном случае можем оценить, что и сколько надо передавать. А передача осуществляется средствами радиоэлектроники. Совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала из пункта А в пункт B, называется каналом связи. Это может быть проводная, кабельная, радиорелейная. оптическая, коротковолновая или спутниковая линия связи с необходимой приемопередающей аппаратурой. Канал связи имеет свои собственные параметры, а они чаще всего не совпадают с параметрами сигнала. Пусть, например, автоматическая межпланетная станция получила телевизионное изображение далекой планеты. Линия радиосвязи со станцией может пропустить лишь ограниченную полосу сигнала, и передать весь телевизионный спектр шириной 6 МГц нет никакой возможности. Кроме того, сигнал, прошедший по каналу связи, искажается шумом и помехами. В результате его динамический диапазон оказывается ограниченным сверху максимальной мощностью передатчика, а снизу – уровнем шумов и помех в канале связи.

Другой пример: с автоматической метеостанции, плавающей в открытом море, надо снять информацию, накопленную за сутки или даже за неделю. Сеанс связи может длиться всего несколько минут, ведь корабль, самолет или спутник, как правило, не может долго находиться в зоне действия передатчика станции. Значит, «плитку» информации, подлежащей передаче, надо «деформировать», преобразовать так, чтобы ее объем не изменился, а параметры были сoгласованы с параметрами канала связи. Так и делают. Телевизионное изображение далекой планеты передают долго, существенно увеличивая Т_с, сжав одновременно динамический диапазон сигнала D_с и его полосу частот F_c. А метеоданные, накопленные сутками, передают за минуты, значительно увеличивая скорость передачи С = V_c/T_с, равную произведению динамического диапазона и полосы сигнала: С = D_сF_c. Соотношение между динамическим диапазоном и полосой сигнала также выбирают исходя из параметров канала связи. При одной и той же скорости передачи можно сформировать широкополосный сигнал с малым динамическим диапазоном (что обычно выгоднее) либо узкополосный с большим динамическим диапазоном.

Все эти вопросы относятся к очень серьезной, но, к сожалению, малоизвестной широкому кругу читателей науке – теории передачи информации, или теории передачи сообщений. Известны и другие ее названия: общая теория связи, математическая (статистическая) теория связи. Эта наука возникла на стыке математических и технических дисциплин, она связана с кибернетикой, теорией вероятностей, математической статистикой, теорией случайных процессов, статистической радиотехникой.

Большой вклад в разработку математических основ общей теории связи внесли наши советские ученые: академик Л. Н. Колмогоров и член-корреспондент АН СССР А.Я.Хинчин. Академик В. А. Котельников создал теорию потенциальной помехоустойчивости, позволяющую рассчитывать предельно достижимые параметры канала связи при наличии шума и помех. Его работы «О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи» (1933 г.) и «Теория потенциальной помехоустойчивости» (1946 г.) стали классическими. Впоследствии В. А. Котельников руководил работами по радиолокации планет Солнечной системы, за что был удостоен Ленинской премии.

Общая теория связи позволяет правильно спроектировать канал связи, выбрать оптимальный способ кодирования и модуляции сигнала, построить (только подумайте: вычислить математически!) оптимальную структурную схему приемника. Давно ушли в прошлое те времена, когда упоминание о линии связи вызывало в воображении образ радиста, вслушивающегося в слабый писк «морзянки», тонущей в шумах эфира, и отстукивающего свои сообщения телеграфным ключом. Хотя такого радиста еще и можно увидеть на далекой зимовке или за любительской радиостанцией, в государственном масштабе проблемы связи решаются по-другому, и обусловлено это неизмеримо возросшими потоками передаваемой информации.

В нашей стране развивается и совершенствуется Единая автоматизированная сеть связи (ЕАСС). Ее основу составляют кабельные и радиорелейные линии связи, причем сеть допускает возможность усовершенствования существующих и подключения новых линий. Оконечная аппаратура сети позволяет передавать не один, а сотни и тысячи телефонных разговоров одновременно. Как же это делается?

Раньше поступали просто: надо организовать два телефонных канала-протягивали две линии. В старых фильмах можно увидеть, а может быть, некоторые из читателей видели и в действительности пучки из нескольких десятков проводов, протянутых на телеграфных столбах с перекладинами. Сейчас такого уж не встретишь, и это очень хорошо с точки зрения экономии материалов и труда связистов. Для того чтобы передать много каналов по одной линии, которая так и называется – многоканальная линия связи, информацию уплотняют. Различают два основных вида уплотнения: частотное и временное.

При частотном уплощении лишь один телефонный канал передается по линии связи в его «собственной» полосе частот 300… 3400 Гц. Сигналы других каналов преобразуются по частоте и занимают другие, более высокочастотные участки спектра. В приемной аппаратуре производят обратное преобразование и получают исходный звуковой спектр для каждого канала. Для разделения каналов при частотном уплотнении используют электрические частотные фильтры.

При временном уплотнении линия связи «предоставляется» каждому каналу на очень короткое время и сигналы каналов передаются по очереди в виде коротких импульсов. Частота переключения (коммутации) каналов в соответствии с теоремой отсчетов должна быть вдвое выше наивысшей частоты спектра сигнала. Для телефонных каналов она может составлять, например, 8 кГ ц. В многоканальной линии связи общая полоса передаваемых частот значительно возрастает. Например, в современной отечественной системе К1800 может быть передано 3600 телефонных каналов при общей полосе частот, занимаемой групповым сигналом, 8,5 МГц. Разработаны и еще более емкие системы, например К10800, пропускающая 21 600 телефонных каналов при общей полосе частот 61 МГц. При ее создании использовались самые новые радиоэлектронные компоненты и конструкторско-технологические решения.

Пропустить столь широкие полосы частот в радиоканалах длинных, средних и коротких воли невозможно, поэтому для передачи группового сигнала по радио приходится использовать сверхвысокие частоты – дециметровые и сантиметровые волны. А поскольку эти волны распространяются лишь в пределах прямой видимости между антеннами, строят радиорелейные линии – ряд мачт с антеннами и ретрансляторами, размещаемыми на расстоянии 30…60 км друг от друга. Не правда ли, радиорелейная линия чем-то напоминает древнюю систему сигнальных башен! Спираль развития средств связи совершила виток, но насколько же связь усовершенствовалась и качественно, и количественно! Типовая радиорелейная линия может передавать несколько телевизионных и сотни, тысячи телефонных каналов, в сумме – сотни мегабит информации в секунду.

А с наступлением космической эры развиваются и совершенствуются спутниковые системы связи, для которых уже не существует больших расстояний на поверхности Земли. Как же изменился телеграф в современных условиях? Теперь его даже трудно назвать телеграфом, в ходу новое название цифровые системы передачи сообщений. Их интенсивное развитие связано с успехами общей теории связи, освоением новых диапазонов частот (СВЧ, оптического), совершенствованием вычислительной техники, успехами в освоении космоса. Цифровые системы связи проектируются и разрабатываются на основе последних достижений микроэлектроники. Первоначально ряд телеграфных каналов объединяется в группу, размещаемую в полосе частот стандартного телефонного канала. Скорость передачи в первичной группе составляет от 200 до 9600 бит/с. Групповые сигналы объединяются в более «мощные» стволы со скоростью передачи до 10 Мбит/с. А на магистральных линиях связи скорость передачи достигает 140 Мбит/с. Для формирования сигналов цифровых систем связи применяют весьма сложную аппаратуру, например ИКМ-1920, использующую импульсно-кодовую модуляцию и специальные помехоустойчивые виды кодирования. Все чаще по цифровым каналам связи передается и аналоговая информация (телефонные переговоры, радиовещательные программы), преобразованная в цифровую форму.