Передача информации в общем случае существует двух видов – в пространстве и во времени. В пространстве информация передается с помощью материального носителя, которым чаще всего выступает электромагнитная  волна. Информация помещается на носитель путем модуляции либо непрерывной несущей гармоники, либо импульсной последовательности. Очевидно, что для распространения носителя в пространстве необходимы затраты энергии. В отличие от этого передача информации во времени (хранение) во многих случаях осуществляется без энергетических затрат (энергонезависимая память, библиотеки и др.).

Возможно ли использовать принципы передачи информации во времени для передачи ее в пространстве?

Рассмотрим два объекта в пространстве, один из которых – передатчик информации, другой – приемник, синхронизированные друг с другом (имеющие внутренние генераторы с одинаковой тактовой частотой). В начальный момент времени в передатчике запускается таймер, формирующий интервал времени, длительность которого задается подлежащим передаче цифровым блоком, поступившим от источника информации.  Одновременно в приемнике запускается счетчик времени, отсчитывающий время с нуля. По каналу связи между передатчиком и приемником в это время ничего не передается. По достижению таймером заданного значения передатчик останавливает счет и излучает короткий стоп-импульс, несущий один бит информации. Приемник, получив этот импульс, тоже останавливает счет времени, фиксирует значение счетчика и передает значение длительности измеренного интервала времени получателю информации. Единственный передаваемый по каналу связи стоп-импульс выполняет также функцию синхронизации передатчика и приемника – с момента его формирования начинается интервал передачи следующего блока информации.

Таким образом, используя передачу в пространстве только одного импульса предельно малой длительности, переносящего один бит информации, можно передать цифровой информационный блок произвольной величины без излучения энергии в пространство. Этим решаются вопросы энергоэффективности и дефицита частот.

Максимальное количество информации, содержащееся в передаваемом цифровом блоке, определяется числом разрядов счетчиков в передатчике и приемнике, а скорость передачи – тактовой частотой в этих счетчиках. Тактовая частота, в свою очередь, никак не зависит от канала связи, а определяется только быстродействием используемых счетчиков. Данный способ передачи информации можно назвать одноимпульсной модуляцией (SPM – single pulse modulation).

Способы применения одноимпульсной модуляции:

1.    Канал связи с минимальной энергетикой.

Например, в передатчике и приемнике используются 6-разрядные счетчики с тактовой частотой 10 ГГц. Максимальное значение передаваемого блока – 64, объем информации – 6 бит. Максимальное время передачи (время счета 64 такта) – 6,4 нс, тогда скорость передачи информации – 938 Мбит/с. Возьмем в качестве стоп-импульса положительный полупериод синусоиды частотой 10 ГГц, тогда среднее время занятия канала связи при передаче информации составит 1,6%. Возможное применение – автономные передатчики с батарейным питанием, используемые в интернете вещей, и передача информации в дальнем космосе при ограниченной энергетике.

2.    Многоканальная передача – мультиплексирование с временным разделением.

Если блоки информации по каналу связи передаются, оставляя физический канал свободным в течение 99% времени, этот канал можно использовать для организации параллельной работы нескольких логических каналов, образуя мультиплексирование с одноимпульсной модуляцией (SPM/M).

В логических каналах каждый из них должен иметь собственный стоп-импульс, чтобы идентифицировать окончание своего интервала времени. При небольшом числе каналов (2-5) стоп-импульс может быть образован группой импульсов, число которых в группе соответствует номеру канала. При большем числе логических каналов составной стоп-импульс может соответствовать номеру канала в двоичном коде, тогда для 32-канальной системы стоп-импульс должен состоять из 5 одиночных импульсов. Скорость передачи при использовании 30-канального уплотнения составит 10 Гбит/с.

3.    Множественный доступ.

Метод SPM/M позволяет организовать множественный доступ к среде передачи – сеть независимых передатчиков, работающих на одной частоте.

Каждый передатчик имеет собственный стоп-импульс, несущий номер передатчика. При небольшом числе передатчиков вероятность коллизии (наложения стоп-импульсов) будет небольшой, и возникающие ошибки могут устраняться повторной передачей. Возможно введение дополнительного кодирования, динамически меняющего длительность передаваемого блока путем введения дополнительного бита для предотвращения коллизий. Вариант применения – построение сети мобильной связи с гигабитовыми скоростями, использующей одну частоту.

Минцифры решило провести в 2025 году аукцион  частот для 5G. Начальная цена лота шириной 100 МГц  будет 26,23 млрд. руб.

Требования Международного союза электросвязи (ITU-R) к 5G : скорость передачи данных до 20 Гбит/с, задержка до 1 мс, плотность подключений до 1 миллиона устройств на квадратный километр и повышенная энергоэффективность. При этом не принято задавать вопросы, сколько нужно иметь частот для работы устройств, расположенных через каждый метр? Кто и как будет обеспечивать электропитание этих устройств?

Одноимпульсная модуляция позволяет снизить потребность в частотах и в энергии в десятки раз.

 4.    Локальные сети.

В локальных компьютерных сетях повсеместно используется стандарт Ethernet (метод множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий). В сегменте такой сети могут работать до нескольких десятков узлов, но в каждый момент времени передачу может вести только один узел, поэтому пропускная способность сети делится на все узлы. При переходе к модуляции SPM/M доступная каждому узлу скорость передачи при достаточно большом числе узлов будет практически равна пропускной способности сети, потому что при обнаружении коллизии нужно ждать окончания передачи не всего блока информации, а только стоп-импульса. То есть заменой сетевых карт можно многократно ускорить работу локальных сетей.

           Можно придумать и другие применения, отличающиеся, например, высокой помехоустойчивостью, скрытностью. Интересно, почему одноимпульсную модуляцию (модуляцию паузы, время-импульсную модуляцию – называть можно как угодно) никто не использует?