Как работает телефон?

Как работает телефон?

«Телефон» был еще у персидского царя Кира в VI веке до н. э. У него на службе состояли 30 000 человек, именуемых «царскими ушами». Располагаясь на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости, они передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. Юлий Цезарь упоминает, что и у галлов была похожая система связи: сообщения по ней передавались со скоростью 100 км/ч.

Сегодня, когда мы задумываемся о принципах работы телефона, обычно возникает вопрос: как звук преобразуется в электрический сигнал, который передается и потом преобразуется обратно в звук? На то, чтобы это осуществить, ушло очень много труда. И если уж быть честным, нельзя сказать совершенно достоверно, кто первый изобрел телефон, потому что преобразование речи в электрический сигнал и обратно — это одно дело, и значительная часть телефона, но сам телефон — совершенно другое. Телефон — это еще и вещь, которой кто-то пользуется. И ввести его в оборот — это самое главное для изобретения. В этом смысле первым, кто изобрел телефон, то есть предъявил людям как средство для дистанционного общения, был Александр Белл. Это случилось в 1876 году. И даже при этом он сильно заблуждался относительно того, кому телефон нужен. Белл никак не ожидал, что этот прибор пригодится такому количеству людей. Он сказал примерно следующее: такой телефон нужен двум старушкам-подружкам, которым трудно ходить и из-за этого встречаться.

На самом деле телефон произвел колоссальную информационную революцию. И как только люди привыкли к телефону, он начал совершенствоваться, и вот стал мобильным.

В 2006 году в России число мобильных телефонов превысило число жителей. И тот прибор, который мы видим, — это настоящее чудо. Во-первых, это чудо техники — очень сложная миниатюрная электроника. Первый мобильный телефон нужно было возить на специальной тележке. Но важен был сам принцип мобильности, а уж компактность — это, как мы видим, дело технического прогресса.

Во-вторых, это информационное чудо. Проблема мобильной телефонии не столько в том, чтобы сделать аппарат миниатюрным, сколько в том, чтобы быстро передать огромное количество информации, потому что разговаривают и передают другую информацию огромное количество людей. Эту задачу можно решить только с помощью кодирования. Интересно, что кодирование здесь применяется двойное. Сначала из нашей речи выделяют признаки, по которым ее можно потом надежно восстановить. Для этого используют научные знания о механизмах речевоспроизведения.

Сама идея принадлежит великому ученому Леонарду Эйлеру и сформулирована им лет за сто до изобретения телефона. Признаков нашей речи, оказывается, сравнительно немного. Эти признаки и считаются кодом речи. По мобильному телефону, таким образом, передается не речь, а лишь сообщение о ее признаках, то есть коды. На приемном конце наш мобильный аппарат — а по сути, специализированный компьютер — из кодов восстановит речь со всеми ее индивидуальными особенностями. Передача сообщения о кодах производится по радиоканалу, то есть с помощью электромагнитных волн. Чтобы электромагнитные волны переносили по эфиру сообщение, их параметры должны непрерывно подвергаться закономерному изменению. Это называется модуляцией. Способы, или алгоритмы модуляции могут быть самыми разнообразными, и надо выбрать такой, который обеспечит и передачу большого объема данных, и защиту от помех. Интересно, что основы алгоритмов помехоустойчивого кодирования CDMA, используемых в мобильной телефонии, были разработаны еще в 1939 году выдающимся специалистом в области радиотехники Дмитрием Агеевым в кандидатской диссертации «Линейные методы селекции и проблема пропускной способности эфира».

Интересно, что огромный вклад в развитие этих методов внесла знаменитая актриса Хеди Ламарр, занимавшаяся еще и научной деятельностью. В августе 1942 года ею и соавтором был получен патент США № 2 292 387 «Секретная система связи». Однако применение метода было отвергнуто из-за сложности в реализации, и лишь через 50 лет он стал основой для широкополосной связи, которая сегодня используется повсюду — от мобильных телефонов до Wi-Fi.

И теперь, когда мы идем на работу и берем с собой телефон, конечно, должны удивляться, какой он маленький и сколько в нем функций, но мы должны также помнить, какую концентрацию человеческой мысли держим в руках.