Sheldonův koutek 3. díl: Jak funguje přenos informací „vzduchem“?

 

„Tady Orel, tady Orel. Volám Poštolku, založ výškový tábor. Dochází kyslík a musíme počkat na Pepu.” Nejde vám do hlavy, jak je možné, že vás díky malé elektronické krabičce slyší i člověk, který se nachází na opačné straně zeměkoule? Každý mobilní telefon totiž v dosahu vysílače  přijímá jeho kontrolní frekvenci a také vysílá signál. No a signál je fyzický nosič informací. Takový „doručitel dopisů“ v kyberprostoru. Narozdíl od zaměstnanců České pošty ho fyzicky nepotkáte, ale za to nikdy nedopustí, abyste kvůli jedné zprávě museli dlouhé hodiny hypnotizovat tabuli s pořadím jako měsíc vyhladovělá krajta na lovu králíka. Pojďme si to vysvětlit detailněji v dnešním díle Sheldonova koutku.

 

Náš příběh se začal psát už někdy v první polovině 19. století. V době industrializace, konkrétně roku 1837, totiž americký malíř, sochař a také vynálezce Samuel Finley Breese Morse sestrojil první použitelný telegraf. Rok na to také změnil telegrafický kód, který od té doby nese všem asi důvěrně známý název „Morseova abeceda“. No a aby toho nebylo málo, do historie se zapsal i jako první člověk, který provedl bezdrátový přenos. I když k tomu tedy přišel trochu jako slepý k houslím. Během experimentu v roce 1842, kdy vedl část telegrafních drátů pod vodou, aby dokázal, že i tam přenášejí signál, mu kolem projíždějící loď všechny dráty přetrhla. On však i přesto v pokusu pokračoval a signál díky vodivosti vody přenesl. 

 Zajímavost: První telefonní linku v Praze začal využívat 21. července 1881 Bedřich Frey ml. ke spojení svého bydliště a rodinného cukrovaru. Měřila zhruba 1 km.

V dalších letech pak na jeho práci navázalo ještě nespočet dalších pánů. Od J. C. Maxwella, kterého při psaní teoretické práce osvítilo natolik, že přišel na to, co má společného elektřina, magnetismus a světlo (lze je přenášet vlnovým zářením), přes zubaře Loomise, jenž spojil příjemné s užitečným a při pouštění draků přenášel morseovku zakódovanou do různých hodnot elektrického proudu na vzálenost 18 mil, až po Heinricha Hertze, Alexandera Grahama Bella nebo například L. M. Ericssona. Než bychom vás seznámili s výzkumem a objevy každého z nich, pravděpodobně by se lidstvo vyvinulo ve zcela novou rasu, podobně jako se to stalo na palubě Červeného trpaslíka s kocourem Davea Listera. Proto raději přeskočíme rovnou k tomu, jak to v praxi funguje.

 

Velký bratr vás sleduje

Věděli jste, že telefon lze velmi snadno lokalizovat pomocí telefonního čísla? Snadno tak zjistíte, kde se právě nachází váš partner, zaměstnanec nebo vaše ratolest.

 

Přincip přenosu informací  

Určitě znáte nekonečný televizní seriál M.A.S.H., jehož děj se odehrává v 50. letech, a tudíž víte, že dříve nebylo telefonování tak rychlé ani jednoduché jako dnes. Když jste chtěli někomu zavolat, museli jste zvednout sluchátko, spojovatelce v telefonní ústředně nahlásit, kam chcete volat a ona následně zapojila konektor do přípojky volaného a nechala telefon zvonit. Pokud to volaný zvedl, oznámila mu, kdo volá, a spojila vás. To jen v případě, že jste vy i volaný bydleli ve stejném městě. Meziměstské hovory byly už trochu vyšší dívči. A volání do zahraničí? Přistání UFO bylo v porovnání s touto telekomunikační operací skutečnou a poměrně lehce doložitelnou událostí. 

 

Dnes už je váš hovor přenášen pomocí satelitů a telekomunikačních vysílačů. Na každou oblast v republice i jinde na světě připadá jeden a všechny vysílají současně signály několika tisíc frekvencí. Kanál, na kterém může probíhat telefonický hovor, se skládá ze dvou frekvencí, na jedné účastník mluví, na druhé poslouchá, tím se telefon odlišuje od vysílačky, která umožnuje buď jen mluvit, nebo poslouchat. Desítky frekvencí jsou vyhrazeny pro komunikaci telefonu s vysílačem, ty se označují jako kontrolní a fungují trochu jako čekárna. Mobilní přistroje se na ně napojí, jakmile se přiblíží k vysílači, a následně začnou vysílat signál, který se uloží do databáze. V případě, že pak na zařízení někdo zavolá, systém mu pomocí kontrolní frekvence přidělí frekvenci, na které se hovor uskuteční.  

 

„Nějak tě ztrácím. Haló, haló, slyšíme se? Už dobrý.“ Jistě to znáte. K takovým situacím dochází buď v místech, kde pokrytí signálem není dostatečné, nebo když telefon přechází z oblasti vysílače A do oblasti vysílače B. V tom případě totiž vysílač A a jeho signál slábne a B naopak sílí. Při určité úrovni signálu se pak vysílače mezi sebou domluví a B si telefon od A převezme. V případě přechodu do zahraniční sítě pak funguje roaming. Tamní vysílač zkontaktuje centrálu domovského systému mobilního zařízení, která mu potvrdí platnost výrobního kódu, podle kterého zařízení následně sleduje. 

 Sheldonovo fyzikální okénko: Vzpomínáte si na díl Teorie velkého třesku, ve kterém se Sheldon na Halloween převlékl za Dopplerův jev? Tento jev spočívá ve změně frekvence pohybujícího se zdroje zvuku oproti frekvenci téhož zdroje zvuku v klidu. Pojmenován je podle rakouského fyzika a matematika Christiana Dopplera, který jej v roce 1842 objevil.

Aby mohlo telefonovat několik lidí v jeden okamžik, musí být přenosový kanál rozdělen na tzv. timesloty, tedy řetězce rychle po sobě jdoucích časových úseků vysílání / přijímání na dané frekvenci. Na jednom kanále v GSM síti lze vytvořit celkem 8 timeslotů + jeden signalizační, který komunikuje se všemi napojenými telefony. Jednotlivé telefony se v čase při komunikaci střídají. 

Než ale vůbec dojde k přenosu informací v přiděleném timeslotu, je třeba, aby telefonické zařízení převedlo váš hlas na data. To se provádí prostřednictvím speciální metody kódování, při níž dochází k přeměně hlasu z analogové podoby do digitální. Vnitřní obvody mobilu během tohoto procesu provedou až 1,5 milionu operací za sekundu. Výsledkem je signál, který vyžaduje datový tok pouze 13 kbit/s. Tím ale práce nekončí. V dalším kroku telefon vkládá do odesílaného signálu jakési přebytečné informace, které posléze slouží k nalezení a opravě chyb, jež mohou při přenosu nastat. Jako poslední se provádí šifrování. V ČR se využívá převážně šifra A5/1, protože je odolnější vůči prolomení. Takto zpracovaný signál pak stačí jen odeslat. Na to má telefon vždy 15/26 ms.

 
Hodnocení článku:
Počet hlasů: 8
 

 
Oblíbení mobilní operátoři