...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь
Шрифт:
Электрический фильтр подключают на приемной станции к линии связи параллельно с приемником с тем, чтобы он не мешал цифровому потоку попадать в приемник и в то же время сам мог анализировать частотное "содержание" этого потока.
Поскольку фильтр изготавливается заранее настроенным на частоту тактовых колебаний, он и выделяет из поступающего на его вход цифрового потока колебание именно данной частоты. Но колебание одной частоты - это всегда синусоидальное колебание. Однако с помощью специальных устройств - усилителя и ограничителя (есть и такие микросхемы!) - из него легко "изготовить" колебания в виде последовательности тактовых импульсов. Они-то и будут управлять генератором приемной станции, заставляя его выдавать импульсы с точно таким же интервалом.
Может, вообще отказаться от генератора на приемной станции, поскольку мы уже получили тактовые импульсы из цифрового потока? Нет, это неразумно. Вдруг по каким-либо причинам (а о них - чуть ниже) система синхронизации даст сбой и тактовые импульсы на какое-то время пропадут? Связь по всем каналам немедленно нарушится, что недопустимо.
Наличие же генератора на приемной станции гарантирует, что нарушения связи не будет: потребуется достаточно много времени, прежде чем генератор выйдет из синхронизма, а за это время тактовые импульсы могут вновь появиться.
Отчего же может случиться сбой в синхронизации? Причин много. Вот одна из них. Глубокой ночью, когда большинство абонентов спит и, естественно, не пользуется услугами цифровой связи, в подавляющем большинстве каналов информация не передается, и тогда в цифровом потоке появляются очень длинные последовательности нулей. Как тут не вспомнить героя трагедии Шекспира "Король Лир", который говорил: "Из ничего и выйдет ничего". Из такого сигнала не выделишь тактовые импульсы.
– Зачем же их выделять, если по каналам ничего не передается?
– спросит читатель.
Ну, не совсем ничего. Связь работает и ночью. Пусть не так напряженно, как днем, но работает. И не считаться с этим нельзя. Но, самое главное, не исключено появление длинных последовательностей нулей в цифровом потоке и в любые другие часы. Что же, мириться с тем, что синхронизация будет отсутствовать в данные моменты?
Нет, конечно. Мы приведем один очень эффектный прием, позволяющий устранить эти "белые пятна" в цифровом потоке. Помните, в главе "Искусство шифрования" было рассказано о том, как можно "засекретить" текст, чтобы его никто не разгадал. К двоичному коду "тайного" слова (а таким было выбрано слово ОМЕГА) прибавлялся по правилам двоичной арифметики некоторый случайный ключ (по сути, случайная последовательность 0 и 1). После этого расшифровать слово, если не знать ключ, было невозможно. Таким оно и передавалось по линии.
Чтобы раскрыть тайну переданного сообщения, достаточно было снова сложить по тем же правилам принятый код с тем же случайным ключом. Первоначальный код восстановлен!
Этим приемом "засекречивания" можно воспользоваться и для ликвидации длинных последовательностей нулей в цифровом потоке. Но поскольку никаких секретов здесь нет, ключ можно выбрать очень простым:
Как видите, в цифровом потоке исчезли длинные последовательности нулей. Теперь из него снова можно выделить тактовые импульсы. Ну, а как вернуться к исходному потоку, вы уже знаете: перед тем, как подать его в приемник, нужно снова сложить его по законам двоичной арифметики с тем же ключом. Убедитесь в этом сами, без нашей помощи.
Подобная операция получила у специалистов название "скремблирование" (от английского слова scramble - перемешивать). Выполняется она довольно просто с помощью микросхем, "умеющих" складывать двоичные цифры по нужным правилам. Мы упоминали о таких микросхемах в главе "Искусство шифрования". Это так называемые "сумматоры по модулю 2", они выпускаются промышленностью. Цифровой поток, перед тем как отправить его в линию, подают на один из входов этого сумматора, на второй его вход поступает двоичная последовательность выбранной структуры (мы назвали ее ключом). Результат суммирования - "скремблированный" цифровой поток - направляется в линию связи. Он уже не содержит длинных последовательностей нулей. Точно такой же сумматор есть и на приемной станции. Через него пропускаются выходящий из линии цифровой поток и та же последовательность (ключ), что и на передаче. Происходит "дескремблирование", и восстановленный в первоначальном виде поток обрабатывается приемником. Естественно, что для выделения тактовых импульсов используется цифровой поток, еще не подвергшийся процедуре восстановления.
Итак, синхронизация цифровой системы передачи на каждом такте ее работы осуществлена. Но этого недостаточно. Хотя теперь на приемной станции подключение линии к каналам и происходит в такт с передающей станцией, нужно еще знать, к какому конкретному каналу следует в данный момент подключить линию связи. Другими словами, речь идет о том, что приемная и передающая "электронные щетки" - мультиплексор и демультиплексор, как и в системе Бодо, должны начинать свое вращение с одного и того же положения, например с первого канала.
Кстати, знаете как решил эту проблему в своем изобретении Ж. Бодо? Он применил оригинальное и довольно простое (а, может, потому и простое, что оригинальное, или потому и оригинальное, что простое?) устройство синхронизации. Если вы разглядывали внимательно рисунок, на котором изображена система Бодо с "чередованием кодовых комбинаций" (см. с. 192), то, вероятно, заметили, что на распределителях кроме четырех ламелей (по пять сегментов в каждой), соединенных с четырьмя телеграфными аппаратами, есть еще совершенно отдельный, не связанный ни с одной ламелью, 21 -й сегмент. На передающем распределителе к нему подключена батарея, а на приемном - электромагнит тормозного устройства. Мотор приемного распределителя вращается чуть быстрее, чем передающего. Теперь представим, что щетка на приемной станции находится в конце упомянутого нами 21-го сегмента. Представили?
Ну так вот, а в это время из-за меньшей скорости работы мотора щетка на передающей станции только-только вступает на такой же сегмент. Заметьте, цепь электромагнита тормозного устройства замкнулась. В результате мотор приемного распределителя притормозился и его щетка застыла на месте. Она останется неподвижной до тех пор, пока щетка передатчика не совершит весь свой путь по 21-му сегменту. Миг довольно краткий, но его хватает, чтобы выровнять положение щеток и начать их движение и на приеме, и на передаче с одной и той же позиции, а именно с самого первого в распределителях сегмента. Как видите, синхронность начала движения щеток (еще говорят: их синфазность) достигается в системе Бодо за счет притормаживания приемного распределителя и установки его тем самым в начальное положение. Если один оборот щеток считать за один цикл передачи информации от всех телеграфных аппаратов, то можно сказать, что каждый новый цикл щетки обоих распределителей начинают одновременно. Такой вид синхронизации уместно назвать синхронизацией по циклам.
Взглянем на устройство синхронизации, предложенное Ж. Бодо, с более общих позиций. Когда щетка передающего распределителя скользит по сегменту, соединенному с батареей, в линию посылается "отрезок" постоянного тока, т. е. импульс. Этот импульс является ничем иным, как синхросигналом, дающим приемнику указание "начинаем новый цикл!", и приемник исполняет эту директиву, притормаживая распределитель с тем, чтобы сразу же после окончания синхросигнала начать новый цикл. Таким образом, один цикл работы системы Бодо включает в себя передачу в линию сначала сигнала синхронизации, а затем поочередно укороченных символов от каждого телеграфного аппарата (см. рисунок на с. 206). Длится такой цикл по современным понятиям невероятно долго - около 200 мс. Это и понятно, ведь мотору приходится совершать около 5 об/с (300 об/мин), а для небольших моторов это и сейчас едва ли не предел.