3. Передумови розвитку електрозв’язку

Навіть у первісному суспільстві люди потребували засобів спілкування, які б дозволили передавати інформацію на великі відстані в найкоротші терміни. Розвиток виробництва та торгівельних відносин послужив каталізатором для цього процесу.

Вся історія суспільства нерозривно пов’язана з історією розвитку засобів зв’язку.

За давніх часів, коли люди користувалися примітивними знаряддями праці, камінь чи то палиця могли слугувати першими засобами зв’язку. Удар ними по якому-небудь предмету міг сигналізувати про небезпеку тощо, отже, такі прості засоби можна вважати першими зразками пристроїв звукової сигналізації.

Звукова сигналізація історично була, напевно, першим технічним засобом зв’язку. Разом з нею з’явилася ідея кодування інформації. Наприклад, сигнали, що повторювалися через малі проміжки часу, могли означати небезпеку, а ті, що повторювалися зрідка, могли означати, що все спокійно.

З роками засоби сигналізації та кодування ускладнювалися. Серед них з’явилися барабани, свистки, дзвони, гудки, сирени, дзвоники… Деякі з цих засобів збереглися до наших часів.

Згодом було з’ясовано, що помітити вогонь багаття вночі набагато легше, ніж почути, скажімо, далекий звук барабана. Тому в доповнення до звукової сигналізації з’явилася сигналізація оптична, тобто заснована на дистанційній реєстрації світлових сигналів.

Згадаємо деякі засоби оптичної сигналізації, які виникли в ті давні часи.

Найпростіший випадок – передавання повідомлення за допомогою багаття, яке легко помітити у темряві. Дальність дії оптичної сигналізації зростає, якщо джерело світла (у нашому випадку – сигнальний смолоскип або сигнальне багаття) підняти на деяку висоту. Для сигнальних вогнищ почали будувати спеціальні вежі.

Видатним досягненням античної культури виявився оптичний телеграф, який дозволяв дистанційно передавати тексти. Два його різновиди – водяний та факельний – описані давньогрецьким істориком Полібієм.

Водяний телеграф був винайдений Енеєм Тактиком в IV ст. до н. е. Сигнальні вежі – приймальна і передавальна – були обладнані ідентичними сигнальними ємностями та сигнальними факелами. Для передачі повідомлення обидві ємності наповнювали водою вщерть. Сигналом виклику, який повідомляв про подальше передавання повідомлення, був факел, запалений на одній з веж. Спостерігач на іншій вежі, помітивши виклик, також запалював факел. По цьому сигналу обидва спостерігачі одночасно відкривали отвори ємностей, після чого факели прибирали. Всередині ємності містилася лінійка, яка зі зменшенням рівня води опускалася вниз. На лінійці у якості поділок були нанесені графи з текстом повідомлень. Коли графа з потрібним повідомленням досягала верхнього краю ємності, перший спостерігач сигналізував факелом. За цим сигналом другий спостерігач закривав отвір ємності, лінійка в якій опустилася до того ж рівня. Таким чином, повідомлення було отримане.

Слід зазначити, що для коректної передачі повідомлень таким способом необхідно було, щоб сосуди були строго ідентичними, розміщені під одним кутом, однаково наповнені водою, мали однакову швидкість витікання води. Якщо ж хоча б одна з цих умов не виконувалася, замість потрібного могло бути передане деяке інше повідомлення.

Таким чином, проблеми збереження цілісності інформації при передаванні каналами зв’язку та синхронізації передавача і приймача були актуальними ще в ті давні часи.

Перша проблема виникає за рахунок недосконалості самого каналу. Це проблема запобігання спотворенням сигналу, які виникають через неправильні значення параметрів каналу.

Наприклад, для випадку з водяним телеграфом могли виникнути наступні ситуації:

• «інженер-дослідник» не помітив, що швидкість витікання води з ємностей не однакова через різну форму сосудів;

• «інженер-конструктор» спроектував ємність з дуже високою швидкістю витікання води;

• «інженер-технолог» в процесі виробництва не забезпечив відповідність форм та розмірів ємностей;

• «інженер з експлуатації» допустив замулення отвору і так далі.

Друга проблема виникає внаслідок впливу різноманітних перешкод на інформацію, яка передається. Це проблема забезпечення завадостійкості каналу, при чому гарантується правильний прийом сигналу за наявності завад.

В попередньому прикладі такою завадою можна вважати сторонні вогні, що відволікають увагу спостерігача від потрібного йому сигналу, випадковий вилив води з сосуду тощо.

Зазначимо, що замість кодування повідомлень фразами можливо було б в графах лінійки розмістити окремі літери. Таким чином можливості телеграфу були б значно розширені. За його допомогою можливо було б передавати будь-які повідомлення, не обмежуючись початковим набором. Крім того, завадозахищеність сигналу значно зросла б, оскільки під дією перешкоди могла бути прийнята невірно одна або декілька літер, а не все повідомлення (тобто повідомлення можна було б відновити на прийомі).

Природньо, що при такому способі кодування швидкість передачі інформації значно знижується.

Оптимальну для свого часу систему оптичного телеграфу винайшли в ІІІ ст. до н. е. олександрійські вчені Клеоксен та Демокліт. Цей телеграф був «алфавітним». Весь грецький алфавіт з 24 літер був зведений в 5 рядків. Для передавання літери використовували дві факельні групи, перша з яких означала номер рядка в таблиці, а друга – позицію літери в рядку. В пункті прийому спостерігали за положенням факелів за допомогою підзорних труб.

Така система кодування є попередницею сучасної регістрової системи передавання телеграфних знаків. Її суть полягає в тому, що в різних регістрах один і той же знак, що передається, має різне значення. Передаванню знаку має передувати передача регістрового символу, який вказує номер регістра.

Факельний телеграф мав вищу завадозахищеність, ніж водяний, більш раціональну конструкцію та спосіб кодування. Саме тому його використовували протягом століть. Зокрема, в Римській імперії факельний телеграф застосовували для дальньої передачі повідомлень по ланцюгу сигнальних веж, який можна вважати попередником сучасних радіорелейних ліній зв’язку.

Подальше вдосконалення оптичного телеграфу пов’язане з використанням угнутих дзеркал та підзорних труб, які дозволили збільшити завадостійкість оптичного телеграфу. Потрібно було винаходити нові способи кодування.

У 1781 р. французький інженер Клод Шапп винайшов систему повітряного (семафорного) телеграфу з новим способом кодування повідомлень. Система складалася з трьох сигнальних планок. Різні положення сигнальних планок відповідали різним значенням знаків, що передавалися. Лінії такого телеграфу були побудовані у Франції, Італії, Індії, Єгипті, Росії і т. д. Передавання одного знаку такою системою займало близько 2-х хвилин.

У 1794 р. російський механік І. П. Кулібін вдосконалив оптичний телеграф та змінив сигнальний код. Однак, це вдосконалення на практиці не використовувалося.

У 1839 р. на лінії Санкт-Петербург – Варшава було встановлено телеграф системи К. Шаппа на 1200 км.

Однак, на зміну оптичному телеграфу найближчим часом мав прийти телеграф електричний.