Большинство наших современников использует в повседневной жизни доступные им средства связи. Самый распространённый способ — это связь посредством сотового телефона или смартфона. Но многие ли при этом задумываются о том, как это происходит? Наверное, у большинства такой вопрос всплывает в сознании. Ведь все, кто родился ещё до появления этих маленьких удобных устройств, прекрасно помнят телефоны-автоматы, переговорные пункты, простые домашние и рабочие телефоны с дисками, которые крутили пальцем за отверстие с нужной цифрой, потом с кнопками, потом с памятью на некоторое количество записанных заранее номеров… А те, кто постарше — письма и телеграммы… Даже в литературе был такой жанр — эпистолярный, это опубликованная (может быть даже выдуманная) переписка между людьми в виде писем и телеграмм. Достаточно коротко и содержательно рассказывалось об отношениях людей (обычно двоих) и событиях, происходящих в этот период времени… Даже у меня получился такой рассказ (только для семейного чтения) — эта наша переписка с женой, когда она родила нашу первую дочку. Это 1975 год. Тогда в роддоме женщины оставались после родов минимум на неделю. Телефонная связь была невозможна в связи с отсутствием домашнего телефона, и мы общались письмами, которые каждый день передавали друг другу. Я их все сохранил, и получилось целое повествование об этой неделе радости, забот и умиления… Но, я как всегда отвлёкся. Стоит заговорить об одном, вспоминается другое и уносишься в прошлое, а остановиться можно только дополнительным усилием воли. Продолжу.
Вообще-то я собрался рассказать о том, что происходит, когда мы связываемся с другим человеком по сотовой связи. Не в смысле событий, а в техническом плане. Ведь для того, чтобы мы услышали друг друга, где-то, кто-то должен кому-то что-то как-то передать, а потом всё то же в обратном порядке… Не ругайте меня за этот набор слов, но ведь так и происходит. А чтобы разобраться в этом процессе, постараюсь вкратце рассказать, как мы до этого дошли.
С Вашего разрешения, я пропущу связь с помощью сигнальных костров, флажков и проводного телеграфа. Даже радиосвязь азбукой Морзе оставим без комментариев. Начнём с голосовой радиосвязи. Вы понимаете, что радиопередатчик и радиоприёмник для связи должны быть настроены на одну частоту (волну). Но что будет, если на этой волне начнут разговаривать между собой сразу несколько человек? Их голоса перемешаются так, что слышно будет только неразборчивую смесь, или того, у кого передатчик мощнее или расположен ближе к радиоприёмнику принимающего. А если к этому ещё добавится радиосигнал какого-нибудь диспетчера такси или автоматической передачи данных от метеоспутника? Ничего хорошего не произойдёт. Плохо будет всем. Для этого, чтобы не мешать друг другу, весь спектр радиоволн разбит на некоторое количество диапазонов, которые используются для разных целей.
Начиная с 1868 года между странами, использующими радиосвязь заключались и перезаключались соглашения, которые разбили весь этот спектр радиоволн на участки частот (диапазоны) для использования в различных областях от радиовещания до военных и космических целей. Эти соглашения должны строго соблюдаться во избежание серьёзных происшествий. Ведь если кто-то сделает передатчик и будет использовать его, например, на волнах управления полётами самолётов, может произойти катастрофа с очень страшными последствиями. Поэтому специальные службы очень тщательно следят за этим и имеют специальные средства для выявления и наказания нарушителей. Сейчас не знаю, есть ли такие нарушители, а 60-х — 90-х годах прошлого века, когда я был активным радиолюбителем, это было очень распространённым явлением. «Мастера» делали ламповые передатчики на диапазон средних или длинных волн и вещали в эфир кто во что горазд, в основном, музыку и переговоры между собой, которые принимались на обычный приёмник в свободном месте диапазона в данном месте. Просто настраивали «на слух» свой передатчик так, чтобы сигнал от него ловился в стороне (по шкале) от работающих радиостанций.
Но такой сигнал имел ещё несколько гармоник (тот же сигнал на нескольких частотах, кратных их передатчикам). И не факт, что их частота была основной, она могла быть как раз гармоникой сигнала на запрещённом участке диапазона. Для того, чтобы уменьшить эти гармоники, в серьёзной аппаратуре применялись специальные фильтры, которые, зачастую, были сложнее самих передатчиков. Но кто из доморощенных радистов об этом думал? Их часто ловили и серьёзно наказывали — в первый раз штрафовали и изымали всю радиоаппаратуру вплоть до бытовой, которую находили в доме… Повторное нарушение — уже административная или уголовная ответственность.
Я снова отвлёкся. Сетка диапазонов много раз менялась. Были приняты международные и национальные законы и договора. Вначале это было всего 20 государств, создавших Международный Телеграфный Союз, который в 1932 году переименовали в Международный Союз Электросвязи. Сейчас это уже специальное учреждении ООН и в него входит 180 стран мира. Этот союз регламентирует всё, что творится в эфире нашей планеты — работу радиостанций, телевидение, связь, управление авиацией, космических кораблей, военное использование и много разных других областей применения радиоизлучений.
Вернёмся к голосовой радиосвязи. Всё это касается передач в эфир и приёма музыки и ТВ сигнала, только качество и частотный диапазон здесь гораздо выше, но принцип тот же. А при голосовой связи требуется просто передать и принять небольшой спектр сигнала довольно узкого промежутка частот от 300 Гц до 3400 Гц. Это не музыка. Для передачи звукового сигнала используется метод модуляции (изменения) сигнала высокой частоты (несущей частоты радиостанции) низкочастотным звуковым сигналом, с последующим выделением этого сигнала в приёмнике из принятого того же высокочастотного сигнала. Напрямую, низкочастотный сигнал (например, голос или музыка) в эфир не передашь, а вот сигнал с частотой от нескольких десятков тысяч Герц и выше, сформированный в колебательном контуре передатчика, уже можно передать с помощью антенны. Длина антенны напрямую связана с частотой колебаний несущей частоты и, чем выше эта частота, тем короче наша антенна. В радиосвязи используют антенны длиной в половину или четверть длины волны передатчика.
Если для средневолнового сигнала 300 КГц нужна антенна длиною 50 или 25 метров, то для 30 МГц — 50 или 25 сантиметров. Так, двигаясь дальше можно дойти до совсем коротких антенн, например, для наших сотовых телефонов (900 МГц) — около 16 или 8 см. Но в них применяются не просто штырьевые, а специальные полосковые антенны. Но, вернёмся к сигналу передатчика, вернее, к несущей частоте, модулированной нашим речевым сигналом. Существует несколько видов модуляции:
АМ — амплитудная модуляция. Это когда амплитуда (уровень несущей частоты) изменяется от уровня речевого (или музыкального) сигнала.
Если мы молчим, передаётся половина или даже меньше уровня несущей частоты. Если говорим — уровень несущей колеблется в зависимости от нашей речи, максимально он может увеличиться вдвое от тишины. Принятый приёмником сигнал детектируется диодом и из него выделяется низкочастотная составляющая — наша речь (или музыка), которая усиливается и воспроизводится радиоприёмником или телефоном.
Частотная модуляция. Здесь изменяется не уровень, а частота несущей частоты. Она изменяется в небольших пределах, но достаточно, чтобы при приёме выделить эти изменения и преобразовать их в тот же наш речевой сигнал и, усилив, воспроизвести его.
Фазовая модуляция. Принцип тот же, что в частотной, но меняется фаза несущей частоты, т. е. происходит небольшая задержка всей несущей частоты, которая колеблется в зависимости от модулирующего сигнала. На самом деле, процесс изменения фазы несколько сложнее, чем я объяснил, но результат примерно такой же. Применяется для передачи цифровой информации. Здесь уже передаётся сигнал в виде наших любимых нолей и единиц.
Теперь разберёмся с видами голосовой радиосвязи. Она бывает односторонняя и двусторонняя.
Первая — это если есть отдельно диктор и слушатели. Можно только слушать без возможности ответа. Как на радио. Её ещё называют Симплексная связь (односторонняя).
Вторая — это если объединить в одном корпусе передатчик и приёмник, работающие на одном канале. Тогда мы получим рацию. Она способна выполнять одно из двух действий — передавать или принимать сигнал собеседника.
При разговоре нужно предупреждать собеседника, что ты всё сказал, и готов слушать. Обычно говорят: «Приём!» и слушают. Перебивать собеседника бессмысленно. Он ничего не услышит, пока не переключится на приём. В конце разговора тоже принято предупреждать собеседника об окончании сеанса связи. Такой вид связи называется Симплексной двухсторонней связью.
Двусторонняя связь может быть также и Дуплексная. Для этого в в устройстве связи, которое уже можно по праву называть телефоном, потому, что собеседники могут говорить и слушать друг друга одновременно. Для этого приём и передача ведутся на разных каналах.
Дуплексная связь может вестись и на одном канале, что гораздо экономичнее и удобнее, но происходит это иначе. Нельзя включить рацию одновременно на передачу и приём на одной частоте с собеседником. Толку от такой связи не будет, сигналы несущих забьют друг друга. Пошли другим путём — сигналы с обоих устройств передаются не целиком, а кусочками. Всё, что мы говорим в микрофон режется на кусочки, которые сжимаются по времени и передаются в эфир. То же происходит и у собеседника. Принимаем мы тоже кусочки, но в промежутках передачи своих кусочков. Они аппаратно склеиваются и мы слышим полный текст. Так же аппаратно происходит синхронизация обоих устройств, и мы ничего этого не замечаем. Попробуйте что-то заметить при разговоре по сотовому телефону… Сомневаюсь, что получится. Но это ещё не всё. Так было бы, если бы разговаривали только два абонента. А их много, на одном канале связи могут общаться сразу несколько абонентов. Например, одна вышка сотовой связи, работающая на 3 сектора в двух диапазонах (900 и 1800 МГц.) и трёх и четырёх частот в каждом диапазоне (соответственно), может одновременно обслуживать 150 абонентов! Потому, что сигналы всех абонентов делятся на такие короткие части, что все они вмещаются в работу этой вышки связи. Так что предложение услышать склейки в сигнале — это на уровне прикола. И это ещё не всё! Сигналы каждого абонента ещё и шифруются. Без специальной аппаратуры их не разобрать. Вот до чего дошла наука и цифровые технологии в наше время. Теперь можно объяснить и название нашего любимого вида связи — сотовая. Так она называется из за схемы расположения вышек с антеннами, которые покрывают своим сигналом шесть секторов, по форме образующих шестиугольник, который граничит с такими же другими. Как в детской мозаике и, конечно же, пчелиной соте. Все они соединены в единую сеть и коммутируются из единого центра.
Ещё несколько слов о специальных видах радиосвязи, когда нужно было защитить передаваемую информацию от чужих ушей.
Раньше тоже старались зашифровать разговоры, передаваемые в эфир, чтобы их не могли понять те, для кого она не предназначена. Способы для этого имеются разные.Например сигнал тоже режется на кусочки, затем они перемешивается в определённом порядке и передаётся в эфир… Принятый сигнал синхронизируется по специальным меткам, а затем восстанавливается в нужном порядке. Не зная точного порядка склеивания очень трудно восстановить исходную речь. Ведь порядок склейки кусочков ещё и постоянно изменяется согласно секретному алгоритму. Система такого шифрования вшита в шифровальщик радиостанции специальным кодом. Разведки всего мира охотились и охотятся за этими кодами. Когда мы в кино видим, как военные общаются в эфире прямой речью, работает как раз какой-то из подобных шифровальщиков.
Если Вы думаете, что теперь всё поняли, не прыгайте от радости. Это далеко не всё, что происходит в мозгах наших и не наших цифровых устройств. Поэтому, когда я утром за завтраком смотрю по телевизору РенТВ, где меня убеждают, что эти технологии получены от инопланетян, и не могли быть придуманы нами самостоятельно за столь короткое время, я начинаю сомневаться в наших способностях и выглядывать в окошко… Эй, Вы. Там… Наверху!
Если вы обнаружили ошибку, выделите ее и нажмите Shift + Enter или нажмите здесь, чтобы сообщить нам.
