4.1. Одновременная передача сообщений

В середине XIX в. телеграф широко распространился по всему миру. Достаточно сказать, что общая протяженность телеграфных линий в Европе, например в 1855 г., составляла почти 40 тыс. км, а уже через 10 лет, в 1865 г., она увеличилась до 160 тыс. км, т.е. в 4 раза. Однако темпы строительства телеграфных линий не могли угнаться эд потребностью в услугах телеграфной связи. За тот же период числа переданных телеграфных депеш возросло с 2 до 18 млн. шт., т.е. 9 раз.

За счет чего же темпы роста телеграфного обмена (есть такой специальный термин) оказались выше темпов строительства теле-графных линий? Как удалось передать телеграмм в 9 раз больше, и число телеграфных линий увеличилось лишь в 4 раза? В те мена были известны два пути повышения эффективности ис-пользования линии связи. Первый - совершенствование организа-ции работы телеграфной службы и телеграфных аппаратов. Другими словами, телеграммы следовало передавать без промедления, одну за другой, и с возможно большей скоростью, т.е. как можно больше букв в минуту. Однако этот способ более эффективного использова­ния линии связи очень быстро оказался исчерпанным. Причина про-ста и естественна. Как бы не улучшался телеграфный аппарат, ско-рость работы на нем даже опытного телеграфиста не превышает 240..300 букв/мин. Второй путь требовал гораздо больших матери-нмьных затрат. Дело в том, что основным типом линий связи в XIX в. были воздушные линии. Вот что представляла собой такая линия. Ни столбах (их называют опорами) подвешивался стальной провод диаметром 3...6 мм, а вторым проводом служила земля. По мере необходимости, т.е. когда обмен телеграфными депешами возрас-тал настолько, что передавать их по этому проводу попросту не ус­певали, на эти же столбы подвешивался второй провод, затем тре­тий и т.д. Такие линии связи можно назвать многопроводными. На­пример, в России первая однопроводная телеграфная линия была проложена в 1854 г., а уже через год, в 1855 г., возникла потреб­ность в подвеске второго провода. К 1857 г. в стране существовали пятипроводные телеграфные линии, а на отдельных, особенно за-руженных телеграфными депешами участках, число висящих на опорах проводов достигало 8...12.

Все это привело к тому, что в упомянутом выше 1865 г. длина те­леграфных проводов в Европе почти в 3 раза превышала длину теле­графных линий связи и составляла около 450 тыс. км. Между тем из­готовление и подвеска каждого последующего провода требовала огромных по тем временам расходов. Да и подвешивание новых про­водов не могло продолжаться бесконечно. Ставить же рядом новые опоры и дорого, и громоздко.

Применительно к середине XIX в. проблема формулировалась так: нужно было научиться передавать по одному проводу сразу несколь­ко телеграмм.

Надо сказать, что данная проблема актуальна и по сей день. Возьмем, к примеру, современную спутниковую линию связи. Она по­зволяет организовать обмен информацией (а это могут быть либо речевое сообщение, либо сведения из банка данных, либо видео­изображение и т.д.) между двумя любыми точками нашей планеты. Но вряд ли кому придет в голову использовать линию для передачи информации только от одного пользователя к другому. Во-первых, это очень дорого. Во-вторых, это просто-напросто неэффективно: в ли­нию «вложены» колоссальные средства, а предоставляется она каж­дый раз только двум пользователям. Гораздо выгоднее дать возмож­ность как можно большему числу пользователей «арендовать» на время обмена информацией «космический мост» за вполне умерен­ную плату. Но поскольку каждый из них может выразить желание вос­пользоваться линией связи в удобное для него время и не захочет мириться с тем, что кто-то уже занял ее, решение проблемы может быть только таким: все абоненты должны пользоваться линией связи одновременно.

Цепи связи проводных кабельных линий и стволы радиолиний мо­гут обеспечить передачу сигнала в широкой полосе частот: от десят­ков и сотен килогерц до десятков мегагерц в проводных системах и сотен и тысяч мегагерц в радиосистемах. Если сравнить эти цифры с шириной спектра первичных сигналов (см. табл. 1.1), то видно, что по­лоса частот, в которой работает та или иная линия передачи однока-нальной системы, используется крайне неэффективно.

Линия передачи большой протяженности представляет собой до­рогое и громоздкое сооружение, требующее больших затрат сил, средств и времени на строительство. Для содержания линий в ис­правном состоянии также необходимы значительные силы и средст­ва. Подавляющая часть капитальных затрат приходится на линей­ные сооружения и лишь незначительная часть - на аппаратуру. Ес­тественно, возникает проблема наиболее эффективного использо­вания линейных сооружений. Техническим решением этой экономи­ческой проблемы является одновременная передача по одной цепи большого числа первичных сигналов от разных источников сообщений т.е. создание на одной цепи большого количества независимых каналов.

Первые образцы многоканальной системы появились в России в 30-е годы XX в. В 1934 г. был налажен выпуск 3-канальной системы многократного телефонирования СМТ-34, которая выпускалась вплоть до Великой Отечественной войны. В 1940 г. была введена в опытную эксплуатацию первая в стране 12-канальная аппаратура для воздушных линий. В настоящее время существуют проводные и радиосистемы передачи, позволяющие организовать на одной цепи (и одном стволе) от десятков до тысяч каналов передачи.

Рис. 4.1 иллюстрирует принцип одновременной передачи нес-кольких сообщений с помощью системы передачи. Сообщения a₁(t), a₂(t), …, a_N(t) от N источников преобразуются на переда­че в первичные сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_N(t). Последние посту­пают в систему передачи на преобразователь сигналов, где под­вергаются специальной обработке и объединяются в групповой сигнал v(t), направляемый в цепь связи. В приемной части систе­мы передачи из искаженного помехой группового сигнала вы­деляются индивидуальные первичные сигналы отдельных каналов . В приемных первичных преобразователях эти сигналы преобразуются в сообщения .

Ранее уже описывались методы передачи первичных сигналов: выбирается переносчик (гармоническое несущее колебание или по­следовательность узких импульсов), и его параметры модулируются первичным сигналом по амплитуде (AM или АИМ), частоте (ЧМ или ЧИМ), фазе (ФМ или ФИМ) и т.д.

Однако первичные сигналы s₁(t), s₂(t), …, s_N(t) от N источ­ников сообщений могут существовать одновременно и занимать одинаковые полосы частот (например, это могут быть сигналы ре­чи, занимающие полосу частот 0,3...3,4 кГц). Необходимо, чтобы после преобразования на передаче сигналы отличались друг от друга. Только в этом случае удастся выделить из группового сиг­нала канальные.