På slutten av det nittende og begynnelsen av det tjuende århundre utviklet telefon- og radiokommunikasjonen seg raskt. I 1882 ble den første telefonsentralen i Russland lansert i St. Petersburg. Denne stasjonen hadde 259 abonnenter. Og i Moskva var det omtrent samtidig 200 abonnenter.
I 1896 sendte Alexander Popov det første radiosignalet over en avstand på 250 meter, bestående av bare to ord: "Heinrich Hertz".
Utviklingen av kommunikasjon har vært i forkant av den teknologiske utviklingen. Litt mer enn et århundre har gått siden den gang, og takket være arbeidet til forskere og ingeniører i denne industrien ser vi hvordan verden har endret seg.
Vi kan ikke forestille oss livene våre uten telefoner, radiokommunikasjon, TV og Internett. Dette er basert på utbredelsen av elektromagnetiske bølger, teorien som ble utviklet av James Clerk Maxwell på midten av det nittende århundre. Elektromagnetiske bølger er bæreren av nyttige signaler, og i teorien om signaloverføring spiller teoremet til den russiske vitenskapsmannen og ingeniøren, akademikeren Vladimir Alexandrovich Kotelnikov, en grunnleggende rolle.
Det kom inn i vitenskapen under navnet Kotelnikovs teorem.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
Den fremtidige akademikeren ble født i 1908 i en familie med lærere ved Kazan-universitetet. Studerte ved MVTU im. Bauman, deltok på forelesninger av interesse for ham ved Moscow State University. I 1930 ble det elektrotekniske fakultetet, der Kotelnikov studerte, omgjort til Moscow Power Engineering Institute, og Kotelnikov ble uteksaminert fra det. Etter endt utdanning jobbet han på forskjellige universiteter og laboratorier. Under krigen ledet han laboratoriet til et lukket forskningsinstitutt i Ufa, hvor han tok seg av spørsmål om sikre kommunikasjonskanaler og meldingskoding.
Omtrent slik utvikling nevnes av Solsjenitsyn i romanen hans "In the First Circle".
I rundt førti år var han ansvarlig for Institutt for "Fundamentals of Radio Engineering", og var dekan ved Fakultet for radioteknikk. Senere ble han direktør for Institute of Radio Engineering and Electronics ved USSR Academy of Sciences.
Alle studenter med de relevante spesialitetene studerer fortsatt i henhold til Kotelnikovs lærebok "Theoretical Foundations of Radio Engineering".
Kotelnikov tok også for seg problemene med radioastronomi, radiofysisk forskning av havene og romforskning.
Han hadde ikke tid til å gi ut sitt siste verk "Model Quantum Mechanics", skrevet allerede i en alder av nesten 97 år. Den kom først ut i 2008
V. A. Kotelnikov døde i en alder av 97 år 11. februar 2005. Han var to ganger en helt for sosialistisk arbeid, ble tildelt mange statlige priser. En av de mindre planetene er oppk alt etter ham.
Kotelnikovs teorem
Utvikling av kommunikasjonssystemerreiser mange teoretiske spørsmål. For eksempel signaler om hvilket frekvensområde som kan sendes over kommunikasjonskanaler, av ulik fysisk struktur, med ulik båndbredde, for ikke å miste informasjon under mottak.
I 1933 beviste Kotelnikov teoremet sitt, som ellers kalles prøvetakingsteoremet.
Formulering av Kotelnikovs teorem:
Hvis et analogt signal har et begrenset (begrenset i bredde) spektrum, kan det rekonstrueres entydig og uten tap fra diskrete sampler tatt med en frekvens som er strengt tatt større enn det dobbelte av den øvre frekvensen.
Beskriver det ideelle tilfellet når signalvarigheten er uendelig. Den har ingen avbrudd, men den har et begrenset spekter (av Kotelnikovs teorem). Den matematiske modellen som beskriver signaler med begrenset spektrum er imidlertid godt anvendelig i praksis på virkelige signaler.
Basert på Kotelnikov-teoremet kan en metode for diskret overføring av kontinuerlige signaler implementeres.
Teoremets fysiske betydning
Kotelnikovs teorem kan forklares i enkle termer som følger. Hvis du trenger å overføre et bestemt signal, er det ikke nødvendig å overføre det i sin helhet. Du kan overføre dens umiddelbare impulser. Overføringsfrekvensen til disse pulsene kalles samplingsfrekvensen i Kotelnikov-teoremet. Det skal være to ganger den øvre frekvensen til signalspekteret. I dette tilfellet, ved mottakeren, gjenopprettes signalet uten forvrengning.
Kotelnikovs teorem trekker svært viktige konklusjoner om diskretisering. Det er forskjellige samplingshastigheter for forskjellige typer signaler. For en talemelding (telefon) med en kanalbredde på 3,4 kHz - 6,8 kHz, og for et TV-signal - 16 MHz.
I kommunikasjonsteori finnes det flere typer kommunikasjonskanaler. På det fysiske nivået - kablede, akustiske, optiske, infrarøde og radiokanaler. Og selv om teoremet ble utviklet for en ideell kommunikasjonskanal, kan det brukes på alle andre typer kanaler.
Flerkanals telekommunikasjon
Kotelnikovs teorem ligger til grunn for flerkanals telekommunikasjon. Ved sampling og overføring av pulser er perioden mellom pulsene mye større enn varigheten. Dette betyr at i intervallene av pulser til ett signal (dette kalles duty cycle), er det mulig å overføre pulser til et annet signal. Systemer for 12, 15, 30, 120, 180, 1920 talekanaler ble implementert. Det vil si at rundt 2000 telefonsamtaler kan overføres samtidig over ett par ledninger.
Basert på Kotelnikov-teoremet, med enkle ord, oppsto nesten alle moderne kommunikasjonssystemer.
Harry Nyquist
Som noen ganger er tilfellet innen vitenskap, kommer forskere som arbeider med lignende problemer nesten samtidig til de samme konklusjonene. Dette er ganske naturlig. Inntil nå har ikke uenighetene stilnet om hvem som oppdaget bevaringsloven - Lomonosov eller Lavoisier, hvem som oppfant glødelampen - Yablochkin eller Edison, hvem som oppfant radioen - Popov eller Marconi. Denne listen er uendelig.
Ja,Den amerikanske fysikeren av svensk opprinnelse Harry Nyquist publiserte i 1927 i tidsskriftet "Certain Problems of Telegraph Transmission" sin forskning med konklusjoner som ligner på Kotelnikovs. Teoremet hans kalles noen ganger Kotelnikov-Nyquist-teoremet.
Harry Nyquist ble født i 1907, tok sin doktorgrad ved Yale University og jobbet ved Bell Labs. Der studerte han problemene med termisk støy i forsterkere, deltok i utviklingen av den første fototelegrafen. Arbeidene hans fungerte som grunnlaget for den videre utviklingen av Claude Shannon. Nyquist døde i 1976
Claude Shannon
Claude Shannon blir noen ganger k alt informasjonsalderens far – så stort er hans bidrag til teorien om kommunikasjon og informatikk. Claude Shannon ble født i 1916 i USA. Han jobbet ved Bell Lab og ved en rekke amerikanske universiteter. Under krigen jobbet han sammen med Alan Turing for å tyde kodene til tyske ubåter.
I 1948, i artikkelen "Mathematical Theory of Communication", foreslo han begrepet bit som en betegnelse på minimumsenheten for informasjon. I 1949 beviste han (uavhengig av Kotelnikov) et teorem dedikert til rekonstruksjon av et signal fra dets diskrete prøver. Det kalles noen ganger Kotelnikov-Shannon-teoremet. Riktignok er navnet på Nyquist-Shannon-teoremet mer akseptert i Vesten.
Shannon introduserte begrepet entropi i kommunikasjonsteori. Jeg studerte koder. Takket være hans arbeid har kryptografi blitt en fullverdig vitenskap.
Kotelnikov og kryptografi
Kotelnikov behandlet også problemer med koder ogkryptografi. Dessverre, i Sovjetunionens dager, ble alt relatert til koder og chiffer strengt klassifisert. Og åpne publikasjoner av mange av Kotelnikovs verk kunne ikke være. Imidlertid arbeidet han for å skape lukkede kommunikasjonskanaler, kodene som fienden ikke kunne knekke.
18. juni 1941, nesten før krigen, ble Kotelnikovs artikkel "Basics of automatic encryption" skrevet, publisert i 2006-samlingen "Quantum cryptography and Kotelnikov's theorem on one-time keys and readings".
Støyimmunitet
Ved hjelp av Kotelnikovs arbeid ble det utviklet en teori om potensiell støyimmunitet, som bestemmer den maksimale mengden interferens som kan være i en kommunikasjonskanal slik at informasjon ikke går tapt. En variant av en ideell mottaker, som er langt fra den virkelige, vurderes. Men måter å forbedre kommunikasjonskanalen på er klart definert.
romutforskning
Teamet ledet av Kotelnikov ga et stort bidrag til systemene for romkommunikasjon, automatisering og telemetri. Sergei Pavlovich Korolev involverte Kotelnikov-laboratoriet i å løse problemene i romindustrien.
Dusinvis av kontroll- og målepunkter ble bygget, koblet til ett enkelt kontroll- og målekompleks.
Radarutstyr for interplanetære romstasjoner ble utviklet, kartlegging ble utført i den ugjennomsiktige atmosfæren til planeten Venus. Ved hjelp av enheter utviklet under ledelse av Kotelnikov, ble romstasjonene "Venera" og "Magellan" utførtradarområder på planeten i forhåndsbestemte sektorer. Som et resultat vet vi hva som skjuler seg på Venus bak tette skyer. Mars, Jupiter, Merkur ble også utforsket.
Kotelnikovs utvikling har funnet anvendelse i orbitale stasjoner og moderne radioteleskoper.
I 1998 ble V. A. Kotelnikov tildelt von Karman-prisen. Dette er en pris fra International Academy of Astronautics, som gis til mennesker med kreativ tenkning for et betydelig bidrag til romforskning.
Søk etter radiosignaler fra utenomjordiske sivilisasjoner
Det internasjonale programmet for å søke etter radiosignaler fra utenomjordiske sivilisasjoner Seti med de største radioteleskopene ble lansert på 90-tallet. Det var Kotelnikov som rettferdiggjorde behovet for å bruke flerkanalsmottakere til dette formålet. Moderne mottakere lytter til millioner av radiokanaler samtidig, og dekker hele mulig rekkevidde.
Det ble også under hans ledelse utført et arbeid som definerer kriteriene for et rimelig smalbåndssignal ved generell støy og forstyrrelser.
Dessverre har dette søket ikke vært vellykket så langt. Men på historiens målestokk gjennomføres de for svært kort tid.
Kotelnikovs teorem viser til grunnleggende oppdagelser innen vitenskap. Det kan trygt settes på linje med teoremene til Pythagoras, Euler, Gauss, Lorentz, etc.
I alle områder der det er nødvendig å sende eller motta elektromagnetiske signaler, bruker vi bevisst eller ubevisst Kotelnikov-teoremet. Vi snakker i telefonen, ser på TVlytt til radio, bruk Internett. Alt dette inneholder i utgangspunktet prinsippet om sampling av signaler.
