11.8. Множественный доступ с кодовым разделением

Узкополосные системы сотовой имеют ряд недостатков. Например, они подвержены федингу и не всегда обеспечивают высокое качество в условиях многолучевого приема, когда из-за сложного рельефа местности или интенсивной городской застройки возникают многочисленные переотражения радиосигнала.

Не всегда качественным является процесс передачи вызова от ячейки к ячейке, в результате чего происходит ухудшение качества или даже прерывание связи. Дело в том, что центр коммутации сотовой сети поддерживает связь (соединения) только между одной базовой станцией и абонентом. Когда же абонент начинает перемещаться в соседнюю ячейку, центр коммутации организует новый канал связи через соседнюю базовую станцию и в определенный момент времени (при заданном соотношении уровней сигналов от обеих базовых станций) принимает решение о переключении каналов (так называемое «жесткое переключение», или «hard hand-off»). При этом линия связи с одной базовой станцией разрывается до того, как установится новая линия связи с другой базовой станцией. В результате в течение некоторого интервала времени абонентский терминал не связан ни с одной базовой станцией. Этот момент обычно ощутим для абонента в виде помехи, шума, а иногда он заканчивается и обрывом связи.

Узкополосные сотовые системы, как цифровые, так и аналоговые, часто требуют огромных усилий на радиочастотное планирование с целью исключить наличие одних и тех же радиочастот в соседних ячейках. Поэтому во многих системах качество обслуживания вызовов понижается по мере того, как растет число абонентов. Ведь это требует уменьшения размеров ячеек, что крайне затруднительно (и возможно только до некоторых пределов) при ограниченном числе радиочастот, а также при высоких пороговых отношениях сигнал/шум, которыми характеризуются, прежде всего, аналоговые системы (свыше 15 дБ). В системе GSM это отношение составляет 9 дБ. Все эти проблемы дополнительно усложняются при дефиците выделенных для таких систем частот, что, кстати, повсеместно имеет место в Россия и удорожает инфраструктуру развернутых здесь сетей стандартов NMT, AMPS и GSM.

С целью преодоления приведенных недостатков компаниям-производителям пришлось обратиться к принципиально иным цифровым системам, выполненным по технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) или, как его называют во всем мире, CDMA (Code Division Multiple Access), которые используют шумоподобные сигналы с расширенным спектром.

Технология мультидоступа с кодовым разделением каналов, в основе которой лежит ортогональное разделение сигналов, известна давно. В СССР первая работа, посвященная этой теме, называлась «Основы теории линейной селекции» и была опубликована в сборнике ЛЭИС еще в 1935 году, а ее автором был Дмитрий Васильевич Areев. Уже после войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи как в СССР, так и в США, поскольку обладала многими ценными для таких систем преимуществами, о которых будет сказано ниже.

Сам принцип CDMA заключается в расширении спектра исходного информационного сигнала (в нашем случае речевого), которое может производиться двумя различными методами, они называются «скачки по частоте» и «прямая последовательность»,

Так называемые «скачки по частоте» (или FH – Frequency Hopping) реализуются следующим образом: несущая частота в передатчике постоянно меняет свое значение в некоторых заданных пределах по псевдослучайному закону, индивидуальному для каждого разговорного канала, через сравнительно небольшие интервалы времени. Приемник системы ведет себя аналогично, изменяя частоту гетеродина по точно такому же алгоритму, обеспечивая выделение и дальнейшую обработку только нужного канала. С помощью FH сейчас производятся попытки улучшить технические характеристики узкополосных цифровых систем сотовой связи, в частности GSM.

Метод «прямой последовательности» (или DS – Direct Sequence) основан на использовании шумоподобных сигналов и применяется в большинстве работающих и перспективных системах CDMA. Он предусматривает модуляцию информационного сигнала каждого абонента единственным и уникальным в данном случае псевдослучайным шумоподобным сигналом (он-то и является кодом), который и расширяет спектр исходного информационного сигнала. Тут сразу следует отметить, что число вариантов таких кодов достигает нескольких миллиардов, что позволило бы создать персональную связь в масштабах нашей планеты. В результате проведения описываемого процесса узкополосный информационный сигнал каждого пользователя расширяется во всю ширину частотного спектра, выделенного для пользователей сети (база сигнала при этом становится много больше 1). В приемнике сигнал восстанавливается с помощью идентичного кода, в результате чего получается исходный информационный сигнал. В то же самое время сигналы остальных пользователей для данного приемника продолжают оставаться расширенными и воспринимаются им лишь как «белый шум», который является наиболее «мягкой» помехой, в наименьшей степени мешающей нормальной работе приемника.

Чтобы популярно пояснить принцип работы такой системы, воспользуемся одной очень удачной аллегорией, которую, объясняя основы технологии CDMA, обычно предлагает компания Motorola «для экспертов и не очень». Представьте себе комнату, в которой одновременно разговаривает друг с другом много пар людей, причем на разных языках. Каждый из них хорошо понимает своего собеседника, а все посторонние разговоры воспринимаются как некий фон и не особенно мешают разговору.

При этом обеспечивается высокая степень защиты от активных и пассивных помех, что позволяет работать при низких значениях отношения сигнал/шум (3-5 дБ) со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала. Таким образом, в одном и том же радиочастотном канале одновременно передаются информационные сигналы большой группы пользователей.

Следует также сказать, что CDMA не зря широко используется в военных системах связи, поскольку расширение спектра сигналов позволяет противодействовать преднамеренным искусственным помехам. Если расширить базу радиосигнала до очень больших величин, то можно сделать его ниже уровня шумов, которые сможет наблюдать потенциальный противник. На приемной же стороне исходный сигнал будет восстановлен. Таким образом, подобные системы можно было бы применить, не мешая работе других радиосредств, использующих тот же диапазон радиочастот. Такие системы существуют, но пока не используются в коммерческих сотовых системах CDMA.

Основная особенность метода CDMA – это работа в широкой полосе частот, значительно превышающей полосу сигнала речи, в сочетании с таким кодированием информации каждого из физических каналов, которое позволяет выделять ее из общей широкой полосы, используемой одновременно всеми физическими каналами. Система связи, реализующая CDMA, является системой с расширенным спектром (английское spread spectrum) – спектр информационного сообщения искусственно расширяется посредством модуляции (кодирования) периодической псевдослучайной последовательностью импульсов с достаточно малым дискретом). Для получения ширины спектра более 1 МГц длительность дискрета модулирующей последовательности должна быть менее 1 мкс. С практически используемыми методами кодирования информации мы познакомимся несколько ниже. Указанные общие принципы – расширение спектра за счет модуляции псевдослучайной последовательностью в сочетании с кодовым разделением физических каналов – однозначно определяют и общие достоинства метода СDМА: высокую помехоустойчивость, хорошую приспособленность к условиям многолучевого распространения, высокую емкость системы.

Помехоустойчивость метода – по отношению как к узкополосным, так и широкополосным помехам – может быть пояснена следующим образом. Модуляция сигнала псевдослучайной последовательностью при передаче требует его повторной модуляции той же последовательностью при приеме (что эквивалентно демодуляции сигнала), в результате чего восстанавливается исходный узкополосный сигнал. При этом подбор задержки демодулирующей последовательности производится экспериментально с точностью до дискрета последовательности, и правильному значению задержки соответствует максимальный отклик на выходе фильтра-демодулятора; описанная схема обработки соответствует так называемому корреляционному приему. Если помеха узкополосная, то демодулирующая псевдослучайная последовательность при приеме воздействует на нее как модулирующая, т.е. «размазывает» ее спектр по широкой полосе , в результате чего в узкую полосу сигнала попадает лишь 1/G часть мощности помехи, так что узкополосная помеха будет ослаблена в раз, где – выигрыш обработки (processing gain), равный отношению полосы расширенного спектра к полосе исходного сигнала. Если же помеха широкополосная – с полосой порядка или шире, то демодуляция не изменяет ширины ее спектра, и в полосу сигнала помеха попадает ослабленной во столько раз, во сколько ее полоса шире полосы исходного сигнала.

Возможность успешной работы в условиях многолучевого распространения также непосредственно связана с корреляционным приемом. Если корреляционный приемник имеет несколько каналов и каждый из них может быть настроен на свою задержку сигнала, то разные каналы могут быть согласованы по задержке с сигналами, прошедшими по разным путям, а сигналы с выходов всех каналов после соответствующего выравнивания во времени могут быть просуммированы. Описанная схема носит название рейк-приемника (RAKE receiver – в буквальном переводе приемник-ГРАБЛИ; происхождение этого названия обусловлено своеобразной формой импульсной характеристики приемника, напоминающей редкую гребенку с острыми зубцами или грабли). Если учесть, что замирания сигнала (фединг), связанные с многолучевым распространением, сами по себе являются частотно-селективными и заметно ослабляются при полосе сигнала более 200...300 кГц, то ослабление замираний в методе CDMA на 20 ..30 дБ по сравнению с FDMA или TDMA представляется вполне естественным. При этом в методе CDMA исключается применение эквалайзера, но сохраняется целесообразность разнесенного приема.

Перейдем к вопросам технической реализации метода CDMA.

В технических решениях компании Qualcomm в применении к сотовой связи расширение спектра обеспечивается за счет модуляции сигнала псевдослучайной последовательностью с частотой следования дискретов (английский термин chip – буквально щепка, осколок, фрагмент) 1,23 МГц. Более точно эта частота составляет 1,2288 МГц, причем 1228,8 = 9,6*128, так что при частоте информационной битовой последовательности 9,6 кбит/с длительности одного бита соответствует 128 дискретов псевдослучайной модулирующей последовательности. Полоса сигнала с расширенным спектром по уровню 3 дБ составляет W_ss=1,23 МГц, причем при помощи цифрового фильтра формируется спектр, близкий к прямоугольному.

Если говорить точнее, то для модуляции сигнала используется три вида функций: «короткая» и «длинная» псевдослучайные последовательности и функции Уолша порядков от 0 до 63. Длина короткой псевдослучайной кодовой последовательности составляет 2¹⁵-1 = 32767 знаков, длинной псевдослучайной последовательности – 2⁴²-1=4.4*10¹² знаков. Длительность дискрета для всех трех модулирующих функций одинакова (для функций Уолша имеется в виду дискрет функций высшего порядка) и соответствует частоте следования дискретов 1,2288 МГц.

Для кодирования речи используется алгоритм CELP (Code Excited Linear Prediction – линейное предсказание с кодовым возбуждением) с переменной частотой выдачи информации. Кодер поддерживает частоты кодирования 8, 4, 2 и 1 кбит/с, которым соответствуют скорости передачи информации в канале 9,6; 4,8; 2,4 и 1,2 кбит/с. И в подвижной, и в базовой станциях используются многоканальные рейк-приемники (3 канала – в подвижной станции, 4 канала – в базовой), причем помимо настраиваемых на определенную задержку каналов в каждом из них имеется сканирующий по задержке канал, что позволяет выбрать для настраиваемых каналов сигналы с наибольшей интенсивностью.

В прямом канале (от базовой станции к подвижной, рис.11.9) модуляция сигнала функциями Уолша (бинарная фазовая манипуляция) используется для различения разных физических каналов данной базовой станции; модуляция длинной псевдослучайной последовательностью (бинарная фазовая манипуляция) – с целью шифрования сообщений; модуляция короткой псевдослучайной последовательностью (квадратурная фазовая манипуляция двумя псевдослучайными последовательностями одинакового периода) – для расширения полосы и различения сигналов разных базовых станций.

Решение последней задачи – различение сигналов разных станций – обеспечивается тем, что все базовые станции используют одну и ту же пару коротких псевдослучайных последовательностей, но со сдвигом на 64 дискрета между разными станциями; при этом все физические каналы одной базовой станции имеют одну и ту же фазу последовательности.

Более конкретное назначение функций Уолша различных порядков: функция Уолша нулевого порядка (W₀) кодирует пилот-сигнал – это сигнал несущей, который используется подвижной станцией для выбора рабочей ячейки (по наиболее мощному сигналу), а также в качестве опорного для синхронного детектирования сигналов информационных каналов; функция кодирует канал синхронизации, по которому передается также ряд служебных сообщений; функции используются для кодирования каналов вызова – их число может составлять от 0 до 7; остальные функции Уолша, вместе с оставшимися от каналов вызова (если число последних меньше семи), используются для кодирования каналов трафика, и число последних может составлять от 55 до 62. Для защиты информации от ошибок в прямом канале используется сверточное кодирование с длиной ограничения 9 и скоростью 1/2, а также перемежение на интервале 20 мс.

Рис.11.9. Упрощенная функциональная схема обработки сигналов в передающем тракте базовой станции

В обратном канале (от подвижной станции к базовой, рис.11.10) модуляция сигнала короткой псевдослучайной последовательностью (квадратурная фазовая манипуляция двумя псевдослучайными последовательностями одинакового периода) используется только для расширения спектра, причем все подвижные станции используют одну и ту же пару последовательностей с одинаковым (нулевым) смещением. Модуляция сигнала длинной псевдослучайной последовательностью (бинарная фазовая манипуляция) помимо шифрования сообщений несет информацию о подвижной станции в виде ее закодированного индивидуального номера и обеспечивает различение сигналов от разных подвижных станций одной ячейки за счет индивидуального для каждой станции сдвига последовательности. Пилот-сигнала в обратном канале нет, поэтому синхронное детектирование здесь не используется.

Но функции Уолша используются для кодирования 6-битовых групп символов – при этом задействованы все 64 функции Уолша, поскольку 64 = 2⁶; это кодирование одинаково для всех физических каналов, а на приемном конце используются 64 параллельных канала, каждый из которых настроен на свою функцию Уолша, и эти каналы распознают (декодируют) принятые 6-битовые символы. В обратном канале, как и в прямом, для защиты от ошибок используются сверточное кодирование с длиной ограничения 9, но со скоростью 1/3 (т.е. с вдвое большей избыточностью – это тоже мера компенсации отсутствия синхронного детектирования) и перемежение на интервале 20 мс.

Рис.11.10. Упрощенная функциональная схема обработки сигналов в передающем тракте подвижной станции

Подчеркнем, что описанные выше технические решения изначально были ориентированы на сочетание с североамериканским стандартом AMPS – как альтернатива методу TDMA при переходе от аналоговой обработки к цифровой.

Рассмотрим теперь подробнее технические особенности метода CDMA и попытаемся объяснить, за счет чего он может претендовать на обеспечение более высокой емкости системы сотовой связи.

Главным фактором в решении задачи получения предельной емкости является то обстоятельство, что в CDMA основной вклад в отношение сигнал/помеха (или, точнее, в отношение несущая/помеха – Carrier to Interference ratio, С/I) вносят мешающие сигналы других физических каналов (других пользователей) в «своей» (рабочей) ячейке, поскольку все физические каналы используют одну и ту же широкую полосу частот, тогда как в FDMA и TDMA помеховый фон создается каналами связи, работающими в других ячейках (более или менее удаленных от рабочей – в зависимости от числа ячеек в кластере) в том же частотном канале, а для TDMA – и в том же временном слоте. Поэтому в CDMA тщательная регулировка уровней сигналов, применение секторных антенн на базовых станциях и использование фактора «речевой активности» (станция излучает лишь тогда, когда абонент говорит, и не излучает в паузах речи) в сочетании с оперативным изменением числа задействованных каналов связи в пределах имеющегося ресурса позволяет практически – по месту, по конкретно складывающейся ситуации – реализовать предельно малое допустимое значение С/I, т.е. получить предельно большие пропускную способность и емкость системы. В методах FDMA и TDMA это нереализуемо, прежде всего в отношении первого фактора – регулировки уровней сигналов, так как такая регулировка возможна только по критериям своих («удаленных») ячеек, без учета отношения С/I в рассматриваемой рабочей ячейке. Поскольку в силу сложности законов распространения и затухания сигналов уровень помех от других ячеек оказывается величиной случайной и с достаточно большой дисперсией, практически это приводит к необходимости выбирать размер кластера с известным запасом, чтобы отношение C/I с достаточно большой вероятностью не опускалось ниже допустимого порога, а это и означает некоторое недоиспользование (в среднем) частотных ресурсов системы. Практически же в FDMA и TDMA столь оперативной, как в CDMA, регулировки уровней сигналов обычно не производится, фактор «речевой активности» используется не всегда, а секторизация применяется фактически как вариант дробления ячеек. Кроме того, комбинированное использование в CDMA нескольких достаточно сложных и эффективных методов кодирования позволяет снизить nopor С/I по сравнению с FDMA и TDMA. В методе CDMA имеется, очевидно, и возможность оперативной регулировки порога C/I, например кратковременного его снижения (при соответствующем ухудшении характеристик связи) для обеспечения этапа передачи обслуживания.

Из сказанного однозначно следует, что в CDMA регулировка уровней сигналов, применение секторных антенн и отработка «речевой активности» являются принципиально важными и обязательными элементами метода. При этом регулировка уровней производится как в прямом канале (дискрет 0,5 дБ, управление с обратной связью, периодичность 15...20 мс), так и в обратном (дискрет 0,5 дБ, управление без обратной связи, время реакции несколько микросекунд и с обратной связью – периодичность 1,25 мс), причем в обратном канале регулировка столь оперативна, что существенно сглаживает даже быстрые (релеевские) замирания сигнала. Указанные выше технические особенности метода CDMA, равно как и некоторые другие, можно при желании трактовать и как его достоинства, и как недостатки. Действительно, именно эти особенности обеспечивают высокие характеристики метода, и в этом смысле они, конечно, выступают как достоинства. Кроме того, они дают и некоторые дополнительные преимущества, например отработка «речевой активности» позволяет соответственно экономить энергию источника питания. С другой стороны, реализация этих особенностей достаточно сложна, что, разумеется, достоинством не является. Мы не будем вдаваться в более подробное обсуждение этих аспектов и ограничимся изложенной констатацией. Отметим еще несколько технических деталей по методу CDMA.

В этом методе нет частотного планирования, во всех ячейках используется одна и та же полоса частот. Если, в терминах разработки Qualcomm, под CDMA отведена полоса более широкая, чем минимально необходимые 1,23 МГц, то каждый из поддиапазонов в 1,23 МГц (возможно, с некоторым защитным интервалом между поддиапазонами) используется во всех ячейках с однотипной организацией работы во всех поддиапазонах. При этом в качестве коэффициента эффективности повторного использования частот указывается величина порядка 2/3, т.е. вследствие помех от других ячеек число используемых в каждой ячейке каналов снижается в 1,5 раза по сравнению с одной изолированной ячейкой (эти коэффициенты аналогичны соответственно 1/7 и 7 в 7-ячеечном кластере методов FDMA и TDMA).

В методе CDMA реализуется так называемая «мягкая передача обслуживания» (soft handoff): когда подвижная станция приближается к границе ячейки, т.е. сигналы от двух базовых станций – рабочей ячейки и одной из смежных – становятся соизмеримыми по уровню (это фиксируется подвижной станцией и сообщается на базовую станцию рабочей ячейки), по команде с центра коммутации через базовую станцию смежной ячейки организуется второй канал связи с той же подвижной станцией; при этом первый канал (в «старой» ячейке) продолжает работать, т.е. подвижная станция принимает сигналы одновременно от двух базовых станций, ис пользуя технические возможности рейк-приемника – возможности приема двух «копий» одного и того же сигнала, смещенных между собой во времени. Так продолжается до тех пор, пока подвижная станция не удалится от границы ячеек, т.е. пока сигнал от второй базовой станции не станет существенно сильнее сигнала от первой. После этого канал связи через первую базовую станцию закрывается, и процесс передачи обслуживания завершается. «Мягкая передача обслуживания», безусловно, повышает качество и надежность связи, но ее организация обходится отнюдь не бесплатно: помимо того, что в процессе передачи обслуживания подвижная станция занимает не один физический канал, а два (по одному каналу в двух ячейках), регулировка уровня сигнала подвижной станции может производиться лишь по одной из ячеек, а по второй сигнал может оказаться либо слабоватым, либо великоватым и с несглаженными замираниями, с вытекающими отсюда последствиями для качества связи.

Метод CDMA требует точной синхронизации базовых станций системы. Это может быть реализовано, например, при помощи спутниковой геодезической системы GPS (Global Positioning System – Глобальная система определения местоположения), но в результате система сотовой связи оказывается не автономной. В методе CDMA нет защитных интервалов (бланков), как в методе TDMA, а большое число знаков в используемых кодовых последовательностях облегчает сохранение конфиденциальности передаваемой информации (затрудняет ее несанкционированное декодирование). Наконец, высокая помехоустойчивость метода CDMA и распределение энергии по широкой полосе частот допускают совместную с CDMA работу некоторого числа узкополосных каналов связи в пределах той же широкой полосы при относительно небольшом уровне взаимных помех.

Таким образом, метод CDMA обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью и хорошо работает в условиях многолучевого распространения. Кроме того, он отличается высокой скрытностью, не использует частотного планирования, допускает «мягкую передачу обслуживания», но все это требует обязательного использования достаточно сложных технических решений: аккуратной регулировки уровня сигналов, применения секторных антенн и отработки «речевой активности», точной синхронизации базовых станций, причем последнее может быть связано с потерей автономности системы.

В качестве оценки емкости системы, в терминах эквивалентного числа физических каналов на ячейку, иногда приводят коэффициент увеличения порядка 20 в сравнении с методом FDMA стандарта AMPS. Если учесть, что переход от FDMA к TDMA увеличивает число физических каналов втрое, а при полускоростном кодировании – вшестеро, получается, что переход от простейшего варианта TDMA («чистого» TDMA) к CDMA может обеспечить примерно трехкратное увеличение числа каналов. Этот вывод едва ли можно считать окончательным, поскольку известны соображения и о более сильном фактически влиянии помех в CDMA, чем принималось в расчетах, приведших к указанным выше результатам, и о необходимости в некоторых ситуациях более плотного расположения базовых станций; и то, и другое в конечном счете ведет к снижению емкости системы. Кроме того, метод TDMA имеет дополнительные резервы, о которых не следует забывать при сопоставлении его по емкости с CDMA. Речь идет о скачках по частоте (FH – Frequency Hopping), предусмотренных, в частности, стандартом GSM, которые в сочетании с прерывистым излучением (отработкой «речевой активности») и оперативной регулировкой мощности излучения смягчают влияние релеевских замираний и снижают средний уровень помех, т.е. позволяют реализовать большие значения коэффициента повторного использования частот. К той же цели ведет и использование адаптивного распределения каналов, в том числе в сотовых сетях иерархической структуры; в отношении построения последних TDMA имеет преимущества по сравнению с CDMA. В результате методы CDMA и TDMA оказываются примерно сопоставимыми по обеспечиваемой ими емкости. Такое мнение также высказывается в имеющихся публикациях, и оно представляется в достаточной мере правдоподобным.

Технические решения самого метода CDMA продолжают развиваться. В рамках стандарта IS-95 разработан усовершенствованный кодер речи с частотой кодирования 13 кбит/с. Помимо упоминавшихся разработок в США (стандарт IS-95) работы по CDMA проводились в Европе, в частности в рамках проекта CODIT (Code Division Testbed), входившего в программу RACE (Research and Development in Advanced Communication Technologies in Europe), но они не дали результатов такой степени завершенности, как стандарт IS-95. В мае-июне 1997 г. было объявлено об инициативе японской компании NTT DoCoMo по разработке экспериментальной системы мобильной связи третьего поколения на основе широкополосной системы CDMA (диапазон 2 ГГц, полоса 5 МГц) с участием компаний Nokia (Финляндия), Ericsson (Швеция), Motorola и Lucent Technologies (обе – США). В числе предложений по третьему поколению мобильной связи имеется и вариант комбинированной системы TDMA/CDMA.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полвека тому назад французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери писал, что нет большей роскоши, чем роскошь человеческого общения.

Вся эволюция живой природы тесно связана с общением организмов – начиная от соединения простейших в колонии, специализации функций до сформирования биосферы как общепланетарной системы, биоценозов, адаптации и развития. Взаимодействуют живые структуры со всем окружающим миром, в том числе с косной природой, но общаются живые организмы только между собой. Эволюция вида Homo Sapiens и весь процесс создания современной цивилизации, а также грядущие перспективы человечества основаны на общении.

Примитивные средства сигнального общения (с помощью знаков и звуков) объединили первобытных людей в группы и племена. Межгрупповая сигнализация (костры, барабаны) увеличила дальность общения, а благодаря развитию речи и второй сигнальной системы образовались этносы и государства.

В дальнейшем средства дальней связи прошли сложный и многотрудный путь от оптического телеграфа до телекоммуникации, без чего немыслима современная техническая цивилизация.

Стремление к общению – фактор генетический и проявляется с момента рождения. С возрастом общение становится обязательным и неизменным спутником во всех сферах деятельности человека.

Ближнее общение помимо языка включает вазомоторы, «взгляд в глаза», интонации. Современные технические средства позволяют сохранить все это на любых расстояниях. Общение поколений – от наскальной живописи до новейших средств фиксирования событий в динамике и с малейшими нюансами – позволило соединить прошлое с настоящим. Уже упоминалось о том, что техническая цивилизация достигла грандиозных возможностей, неосторожное обращение с которыми может привести к всемирному катаклизму и самоуничтожению. Причем для этого вовсе не обязательна злонамеренность: действия, на первый взгляд, вполне безобидные, но производимые несогласованно в разных местах земного шара, совместно могут (либо непосредственно, либо путем влияния на тектонические или атмосферные процессы) вызвать катастрофу мирового масштаба, вплоть до «ядерной зимы». Единственная гарантия от опасности несогласованных действий – информационное единство человечества, формирующее социальное единство.

Человечество владеет огромным энергетическим ресурсом, до предела увеличившим его мускульную силу. Благодаря компьютерам многократно возросла сила мышления: усилился индивидуальный интеллект, объединив мыслительные усилия больших масс людей нескольких поколений.

В информационном единстве заключены не только благополучие (материальное и духовное), но и сама возможность выживания вида Homo Sapiens на Земле. В этом основа, необходимость и перспектива телекоммуникации. Поэтому XXI в. и считается (и по справедливости) веком информатизации.

Но это только одна сторона медали. Есть и другая.

Информационная сверхмощь таит в себе опасность, не меньшую, чем энергетическая сверхмощь в случае ее неправильного употребления.

Возможность заменить непосредственное человеческое общение техническим общением может привести к подмене общения с людьми общением с техникой. И такая подмена уже наблюдается – пока в малых дозах. Мы слишком мало знаем о глубинных механизмах взаимосвязи живых структур. Но и то, что мы знаем, заставляет насторажиться. Техника может объединять людей, и это благо. Но техника может и разъединять людей, и это бедствие. Весь вопрос о пропорциях и разумном использовании техники. Не встречаться, а телефонировать; не писать писем, а пользоваться электронной почтой или факсом, конструировать приборы на компьютере и с помощью мультимедиа наблюдать их поведение и действие на мониторе во всех подробностях и разнообразных условиях; воспроизводить события (реальные и вымышленные) с собственным участием, придавая образам, включая себя, любые свойства, и пережидать эти события при помощи виртуальной реальности...

Все это неизмеримо расширяет творческие горизонты, двигает прогресс. обогащает умы, объединяет интеллектуальные усилия Но может обернуться и изоляцией от реальности, заменив ее виртуальной.

Вместе с тем в телекоммуникации содержатся огромные потенциальные возможности социального контроля за всеми без исключения формами антисоциального поведения и, что еще важнее, предотвращения как их самих, так и возможных негативных последствий для общества и личности. Человек – существо социальное, но и биологическое. В этом заключено основное противоречие общественного развития: для самих себя мы настолько много значим, что не сомневаемся в нашей значимости для всех остальных.

Информация социума формирует его единство, повышает общественный КПД. Но с точки зрения перспектив телекоммуникации на первый план выступает новое требование к ней: обеспечение безопасности. Сюда входит предотвращение войн, «оборона» от терроризма, криминала, от наркомании (медикаментозной и интеллектуальной), нездорового образа жизни, экологических напастей и от многого другого.

Конечно, решить все эти проблемы только средствами информатизации невозможно. Но ее вклад в самооборону социума от себя самого может быть очень весомым, возможно – наиболее весомым.

Свобода для всех граждан и всех видов сообществ представляет важнейшую основу гуманистического возрождения. Но пока общество не достигнет достаточно высокого уровня зрелости и устойчивости, оно будет неизбежно вынуждено так или иначе ограничивать и ущемлять личные свободы. Поэтому необходимо признать приоритет справедливости по отношению к свободе. Создание справедливого общества на глобальном уровне потребует от человечества гораздо большего, чем просто установление какого-то нового порядка. Возможно, изменение принципов и характера национального государства станет основным условием успехов человечества, его мирной гражданской эволюции, безусловно, трудной, приобретающей иногда бурный характер.

Информатизация (и ее основное средство – телекоммуникация) ускоряет воспитание личности (начиная с самого раннего возраста), формирование перспективных социальных и индивидуальных жизненных ценностей – в системном единстве. Это первая перспективная проблема, требующая новых подходов и эффективного решения.

Телекоммуникация, формируя социальное единство, должна выработать и ввести в действие рациональное сочетание механизмов технического и непосредственного общения также в системном единстве. И это вторая перспективная проблема.

Жесткий социальный контроль за индивидуальной жизнью, ни в коем мере не посягающий на личную свободу, но способный быстро и решительно пресечь любые формы антисоциального поведения, – третья перспективная проблема.

Предоставление полного информатизационного комфорта любому члену общества, любой группе, региону, стране и человечеству в целом – без ущемления его самобытности и индивидуальности – четвертая перспективная проблема.

Наконец, ликвидация противопоставления человека природе, элиминирование потребительского отношения к ней, восприятие себя как части природы и единства с ней во всех деяниях – пятая перспективная (и, пожалуй, главная) проблема информатизации общества.

Человеческой природе свойственно диалогическое общение, на техническом языке именуемое симплексной связью. При этом канал связи может половину времени находиться в режиме ожидания, т.е. недогрузки. Существуют методы перехода на полный дуплекс, т.е. полную загрузку канала встречной информацией, но внедряются они медленно (речь не идет о догрузке канала сторонними сообщениями).

Человеческая речь (как и другие формы общения) обладает большой избыточностью, доходящей до 70...80%. Это следствие несовершенного владения технологией речи, как устной, так и письменной, приводящей к непроизводительной загрузке каналов. Компьютерное редактирование позволяет сократить избыточность до 10...15 % без снижения информативности (это установлено посредством контент-анализа телекоммуникационных контактов).

Развитию телекоммуникации и компьютеризации сопутствует создание противодействующих средств: подслушивания, помех, вирусного заражения, порождаемых социальными конфликтами. Обеспечение конфиденциальной, беспомеховой и «здоровой» телекоммуникации – важная, пока не решенная проблема.

Жизнь на Земле возникла и эволюционизировала в электромагнитном океане, создаваемом солнечной активностью, тектоническими и атмосферными процессами, магнитным полем Земли. Естественные электромагнитные поля стимулируют эволюцию и очень редко порождают негативное воздействие. Искусственные электромагнитные поля, имеющие тенденцию к непрерывному увеличению мощности, оказывают вредное, а нередко весьма опасное воздействие на живые организмы. В частности, это касается сотовой радиотелефонии ввиду близости источника излучения к головному мозгу. При этом главную опасность составляет не мощность излучения, а его спектр, в частности, наличие в нем частот, близких к биоритмам. Никакие нормативы на мощность не гарантируют от опасности (да и соблюсти их невозможно). Проблема электромагнитной экологии становится одной из первоочередных.

Подходы и методы решения этих проблем еще предстоит выработать. Изложенная в книге методология математического моделирования и математического эксперимента для исследования телекоммуникации как социально-технический системы – один из первых шагов. Можно моделировать чисто социальные, экономические, политические процессы и соответственно многое предвидеть. Но математика не может дать ответа на все вопросы и тем более не решает всех проблем. Полезно напомнить известную истину: математика – это конечный набор постоянных предметов (плюс, интеграл, оператор, функционал и т.д.). Реальный мир – это бесконечный набор изменяющихся предметов. Адекватное отображение реального мира в любые математические структуры принципиально невозможно, следовательно, невозможно решение выдвинутых проблем только математическими средствами. Поэтому используются целенаправленные (ограниченные) модели.

Возможно, новые прагматичные подходы будут состоять в симбиозе человеческого разума и вычислительной техники. Телекоммуникационные системы создают основу для такого симбиоза.