I slutningen af det nittende og begyndelsen af det tyvende århundrede udviklede telefon- og radiokommunikation sig hurtigt. I 1882 blev den første telefoncentral i Rusland lanceret i St. Petersborg. Denne station havde 259 abonnenter. Og i Moskva var der omtrent på samme tid 200 abonnenter.
I 1896 sendte Alexander Popov det første radiosignal over en afstand på 250 meter, bestående af kun to ord: "Heinrich Hertz".
Udviklingen af kommunikation har været på forkant med den teknologiske udvikling. Lidt mere end et århundrede er gået siden da, og takket være arbejdet fra videnskabsmænd og ingeniører i denne industri, ser vi, hvordan verden har ændret sig.
Vi kan ikke forestille os vores liv uden telefoner, radiokommunikation, tv og internettet. Dette er baseret på udbredelsen af elektromagnetiske bølger, hvis teori blev udviklet af James Clerk Maxwell i midten af det nittende århundrede. Elektromagnetiske bølger er bæreren af nyttige signaler, og i teorien om sign altransmission spiller den russiske videnskabsmand og ingeniør, akademiker Vladimir Alexandrovich Kotelnikovs sætning en grundlæggende rolle.
Det kom ind i videnskaben under navnet Kotelnikovs teorem.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
Den fremtidige akademiker blev født i 1908 i en familie af lærere fra Kazan Universitet. Studerede på MVTU im. Bauman, deltog i forelæsninger af interesse for ham ved Moscow State University. I 1930 blev det elektrotekniske fakultet, hvor Kotelnikov studerede, omdannet til Moscow Power Engineering Institute, og Kotelnikov dimitterede fra det. Efter eksamen arbejdede han på forskellige universiteter og laboratorier. Under krigen stod han i spidsen for laboratoriet på et lukket forskningsinstitut i Ufa, hvor han beskæftigede sig med spørgsmål om sikre kommunikationskanaler og meddelelseskodning.
Omtrent sådanne udviklinger nævnes af Solsjenitsyn i hans roman "In the First Circle".
I omkring fyrre år var han ansvarlig for Institut for "Fundamentals of Radio Engineering", og var dekan for Fakultetet for Radioteknik. Senere blev han direktør for Institut for Radioteknik og Elektronik ved USSR Academy of Sciences.
Alle studerende i de relevante specialer studerer stadig ifølge Kotelnikovs lærebog "Theoretical Foundations of Radio Engineering".
Kotelnikov beskæftigede sig også med problemerne med radioastronomi, radiofysisk forskning i havene og rumforskning.
Han havde ikke tid til at udgive sit sidste værk "Model Quantum Mechanics", skrevet allerede i en alder af næsten 97 år. Den udkom først i 2008
V. A. Kotelnikov døde i en alder af 97 den 11. februar 2005. Han var to gange en helt af socialistisk arbejdskraft, blev tildelt mange regeringspriser. En af de mindre planeter er opkaldt efter ham.
Kotelnikovs sætning
Udvikling af kommunikationssystemerrejser mange teoretiske spørgsmål. For eksempel signaler om hvilket frekvensområde der kan transmitteres over kommunikationskanaler, af forskellig fysisk struktur, med forskellig båndbredde, for ikke at miste information under modtagelse.
I 1933 beviste Kotelnikov sin teorem, som ellers kaldes sampling-sætningen.
Formulering af Kotelnikovs sætning:
Hvis et analogt signal har et begrænset (begrænset i bredden) spektrum, kan det rekonstrueres utvetydigt og uden tab fra dets diskrete samples taget ved en frekvens, der er strengt større end det dobbelte af den øvre frekvens.
Beskriver det ideelle tilfælde, når signalets varighed er uendelig. Den har ingen afbrydelser, men den har et begrænset spektrum (af Kotelnikovs sætning). Den matematiske model, der beskriver signaler med begrænset spektrum, er dog velegnet i praksis til rigtige signaler.
Baseret på Kotelnikov-sætningen kan en metode til diskret transmission af kontinuerlige signaler implementeres.
Sætningens fysiske betydning
Kotelnikovs sætning kan forklares i enkle vendinger som følger. Hvis du skal transmittere et bestemt signal, er det ikke nødvendigt at transmittere det i sin helhed. Du kan overføre dens øjeblikkelige impulser. Transmissionsfrekvensen af disse impulser kaldes samplingsfrekvensen i Kotelnikov-sætningen. Det skal være det dobbelte af den øvre frekvens af signalspektret. I dette tilfælde, i den modtagende ende, gendannes signalet uden forvrængning.
Kotelnikovs teorem drager meget vigtige konklusioner om diskretisering. Der er forskellige samplingshastigheder for forskellige typer signaler. For en talebesked (telefon) med en kanalbredde på 3,4 kHz - 6,8 kHz, og for et tv-signal - 16 MHz.
I kommunikationsteori er der flere typer kommunikationskanaler. På det fysiske niveau - kablede, akustiske, optiske, infrarøde og radiokanaler. Og selvom sætningen blev udviklet til en ideel kommunikationskanal, er den anvendelig til alle andre typer kanaler.
Multikanal telekommunikation
Kotelnikovs teorem ligger til grund for multikanal telekommunikation. Ved sampling og udsendelse af impulser er perioden mellem impulser meget større end deres varighed. Det betyder, at det i intervallerne af pulser af et signal (dette kaldes duty cycle) er muligt at transmittere pulser af et andet signal. Systemer til 12, 15, 30, 120, 180, 1920 stemmekanaler blev implementeret. Det vil sige, at omkring 2000 telefonsamtaler kan transmitteres samtidigt over et par ledninger.
Baseret på Kotelnikov-sætningen, med enkle ord, opstod næsten alle moderne kommunikationssystemer.
Harry Nyquist
Som det nogle gange er tilfældet i videnskaben, når videnskabsmænd, der beskæftiger sig med lignende problemer, næsten samtidigt til de samme konklusioner. Dette er ret naturligt. Indtil nu har stridigheder ikke lagt sig om, hvem der opdagede fredningsloven - Lomonosov eller Lavoisier, hvem opfandt glødelampen - Yablochkin eller Edison, hvem opfandt radioen - Popov eller Marconi. Denne liste er uendelig.
Ja,Den amerikanske fysiker af svensk oprindelse Harry Nyquist offentliggjorde i 1927 i tidsskriftet "Certain Problems of Telegraph Transmission" sin forskning med konklusioner svarende til Kotelnikovs. Hans sætning kaldes undertiden Kotelnikov-Nyquist-sætningen.
Harry Nyquist blev født i 1907, tog sin ph.d.-grad ved Yale University og arbejdede på Bell Labs. Der studerede han problemerne med termisk støj i forstærkere, deltog i udviklingen af den første fototelegraf. Hans værker tjente som grundlag for den videre udvikling af Claude Shannon. Nyquist døde i 1976
Claude Shannon
Claude Shannon bliver nogle gange kaldt informationsalderens fader - så stort er hans bidrag til teorien om kommunikation og datalogi. Claude Shannon blev født i 1916 i USA. Han arbejdede på Bell Lab og på en række amerikanske universiteter. Under krigen arbejdede han sammen med Alan Turing om at tyde koderne for tyske ubåde.
I 1948 foreslog han i artiklen "Mathematical Theory of Communication" udtrykket bit som en betegnelse for den mindste informationsenhed. I 1949 beviste han (uafhængigt af Kotelnikov) et teorem dedikeret til rekonstruktionen af et signal fra dets diskrete prøver. Det kaldes undertiden Kotelnikov-Shannon-sætningen. Sandt nok er navnet på Nyquist-Shannon-sætningen mere accepteret i Vesten.
Shannon introducerede begrebet entropi i kommunikationsteori. Jeg studerede koder. Takket være hans arbejde er kryptografi blevet en fuldgyldig videnskab.
Kotelnikov og kryptografi
Kotelnikov beskæftigede sig også med problemer med koder ogkryptografi. Desværre var alt relateret til koder og cifre strengt klassificeret i Sovjetunionens dage. Og åbne publikationer af mange af Kotelnikovs værker kunne ikke være. Han arbejdede dog på at skabe lukkede kommunikationskanaler, hvis koder fjenden ikke kunne knække.
Den 18. juni 1941, næsten før krigen, blev Kotelnikovs artikel "Basics of automatic encryption" skrevet, udgivet i 2006-samlingen "Quantum cryptography and Kotelnikov's theorem on one-time keys and readings".
Støjimmunitet
Ved hjælp af Kotelnikovs arbejde blev der udviklet en teori om potentiel støjimmunitet, som bestemmer den maksimale mængde interferens, der kan være i en kommunikationskanal, så information ikke går tabt. En variant af en ideel modtager, som er langt fra den rigtige, overvejes. Men måder at forbedre kommunikationskanalen på er klart defineret.
Udforskning af rummet
Teamet ledet af Kotelnikov ydede et stort bidrag til systemerne for rumkommunikation, automatisering og telemetri. Sergei Pavlovich Korolev involverede Kotelnikov-laboratoriet i at løse problemerne i rumindustrien.
Dusinvis af kontrol- og målepunkter blev bygget, forbundet til et enkelt kontrol- og målekompleks.
Radarudstyr til interplanetariske rumstationer blev udviklet, kortlægning blev udført i den uigennemsigtige atmosfære på planeten Venus. Ved hjælp af enheder udviklet under ledelse af Kotelnikov udførte rumstationer "Venera" og "Magellan"radarområder på planeten i forudbestemte sektorer. Som et resultat ved vi, hvad der gemmer sig på Venus bag tætte skyer. Mars, Jupiter, Merkur blev også udforsket.
Kotelnikovs udvikling har fundet anvendelse i orbitale stationer og moderne radioteleskoper.
I 1998 blev V. A. Kotelnikov tildelt von Karman-prisen. Dette er en pris fra International Academy of Astronautics, som gives til mennesker med kreativ tænkning for et væsentligt bidrag til rumforskning.
Søg efter radiosignaler fra udenjordiske civilisationer
Det internationale program til at søge efter radiosignaler fra udenjordiske civilisationer Seti ved hjælp af de største radioteleskoper blev lanceret i 90'erne. Det var Kotelnikov, der begrundede behovet for at bruge multikanalmodtagere til dette formål. Moderne modtagere lytter til millioner af radiokanaler samtidigt og dækker hele det mulige område.
Under hans ledelse blev der også udført arbejde, der definerer kriterierne for et rimeligt smalbåndssignal i generel støj og interferens.
Desværre har denne søgning indtil videre ikke været vellykket. Men på historiens målestok gennemføres de i meget kort tid.
Kotelnikovs teorem refererer til fundamentale opdagelser i videnskaben. Det kan roligt sættes på niveau med sætningerne fra Pythagoras, Euler, Gauss, Lorentz osv.
I alle områder, hvor det er nødvendigt at transmittere eller modtage elektromagnetiske signaler, bruger vi bevidst eller ubevidst Kotelnikov-sætningen. Vi taler i telefon, ser tvlyt til radio, brug internettet. Alt dette indeholder grundlæggende princippet om sampling af signaler.
