Final do século XIX, início do século XXos recursos de comunicação por telefone e rádio desenvolveram-se rapidamente. Em 1882, a primeira central telefônica da Rússia foi aberta em São Petersburgo. Esta estação tinha 259 assinantes. E em Moscou, mais ou menos na mesma época, havia 200 assinantes.
Em 1896, Alexander Popov transmitiu o primeiro sinal de rádio a uma distância de 250 metros, que consistia em apenas duas palavras: "Heinrich Hertz".
O desenvolvimento das comunicações tem estado na vanguarda do progresso técnico. Pouco mais de um século se passou desde então e, graças ao trabalho de cientistas e engenheiros nesta indústria, vemos como o mundo mudou.
Não podemos imaginar nossa vida sem um telefone,telecomunicações, televisão e Internet. Baseia-se na propagação de ondas eletromagnéticas, cuja teoria foi desenvolvida por James Clerk Maxwell em meados do século XIX. As ondas eletromagnéticas são portadoras de sinais úteis e, na teoria da transmissão de sinais, o teorema do cientista e engenheiro russo, o acadêmico Vladimir Aleksandrovich Kotelnikov, é de fundamental importância.
Ele entrou na ciência com o nome de teorema de Kotelnikov.
Vladimir Alexandrovich Kotelnikov
O futuro acadêmico nasceu em 1908.na família dos professores da Universidade de Kazan. Estudou em MVTU im. Bauman assistiu a palestras de seu interesse na Universidade Estadual de Moscou. Em 1930, a faculdade de engenharia elétrica, onde Kotelnikov estudou, foi transformada no Instituto de Engenharia de Energia de Moscou, e Kotelnikov se formou nele. Após a formatura, trabalhou em várias universidades e laboratórios. Durante a guerra, ele foi responsável pelo laboratório de um instituto de pesquisa fechado em Ufa, onde lidou com as questões de canais de comunicação seguros, codificação de mensagens.
Aproximadamente, tais desenvolvimentos são mencionados por Solzhenitsyn em seu romance No Primeiro Círculo.
Por cerca de quarenta anos, ele chefiou o departamento de "Fundamentos da engenharia de rádio" e foi reitor da faculdade de engenharia de rádio. Mais tarde, ele se tornou diretor do Instituto de Engenharia de Rádio e Eletrônica da Academia de Ciências da URSS.
Todos os alunos das especialidades relevantes ainda estudam de acordo com o livro de Kotelnikov "Fundamentos Teóricos da Engenharia de Rádio".
Kotelnikov também lidou com problemas de radioastronomia, pesquisa radiofísica dos oceanos e pesquisa espacial.
Não conseguiu publicar a sua última obra "Model Quantum Mechanics", escrita já com quase 97 anos. Só saiu em 2008.
V. A. Kotelnikov morreu com 97 anos de vida em 11 de fevereiro de 2005. Ele é duas vezes um herói do trabalho socialista e recebeu muitos prêmios do governo. Um dos planetas menores é nomeado em sua homenagem.
Teorema de Kotelnikov
O desenvolvimento de sistemas de comunicação colocou muitosquestões teóricas. Por exemplo, os sinais cuja faixa de freqüência podem ser transmitidos em canais de comunicação, de estrutura física diferente, com largura de banda diferente, de modo a não perder informações durante a recepção.
Em 1933, Kotelnikov provou seu teorema, também chamado de teorema da amostragem.
A formulação do teorema de Kotelnikov:
Se o sinal analógico tiver um limite(limitado em largura) espectro, então ele pode ser reconstruído de forma inequívoca e sem perda de suas amostras discretas tomadas com uma frequência estritamente maior do que duas vezes a frequência superior.
Descreve o caso ideal quando o momentoa duração do sinal é infinita. Não tem interrupções, mas tem um espectro limitado (pelo teorema de Kotelnikov). No entanto, o modelo matemático que descreve sinais com espectro limitado, na prática, é bem aplicável a sinais reais.
Com base no teorema de Kotelnikov, um método de transmissão discreta de sinais contínuos pode ser implementado.
O significado físico do teorema
O teorema de Kotelnikov em palavras simples pode serexplique como segue. Se um sinal precisa ser transmitido, não é necessário transmiti-lo em sua totalidade. Seus impulsos instantâneos podem ser transmitidos. A frequência na qual esses pulsos são transmitidos é chamada de taxa de amostragem no teorema de Kotelnikov. Deve ser duas vezes a frequência superior do espectro do sinal. Neste caso, na extremidade receptora, o sinal é reconstruído sem distorção.
Na discretização, o teorema de Kotelnikov torna muitodescobertas importantes. Existem diferentes taxas de amostragem para diferentes tipos de sinais. Para comunicação de voz (telefone) com uma largura de canal de 3,4 kHz - 6,8 kHz, e para um sinal de televisão - 16 MHz.
Existem vários tipos de canais na teoria da comunicaçãocomunicação. No nível físico - canais com fio, acústicos, ópticos, infravermelhos e de rádio. E embora o teorema tenha sido desenvolvido para um canal de comunicação ideal, é aplicável a todos os outros tipos de canais.
Telecomunicação multicanal
O teorema de Kotelnikov é a basetelecomunicação multicanal. Ao amostrar e transmitir pulsos, o período entre os pulsos é muito mais longo do que sua duração. Isso significa que nos intervalos de pulsos de um sinal (isso é chamado de ciclo de trabalho), os pulsos de outro sinal podem ser transmitidos. Sistemas para 12, 15, 30, 120, 180, 1920 canais de voz foram implementados. Ou seja, um par de fios pode transmitir simultaneamente cerca de 2.000 conversas telefônicas.
Com base no teorema de Kotelnikov, em palavras simples, surgiram quase todos os sistemas de comunicação modernos.
Harry Nyquist
Como às vezes acontece na ciência, cientistas,aqueles que lidam com problemas semelhantes chegam às mesmas conclusões quase simultaneamente. Isso é bastante natural. Até agora, as disputas não diminuem quem descobriu a lei de conservação - Lomonosov ou Lavoisier, que inventou a lâmpada incandescente - Yablochkin ou Edison, que inventou o rádio - Popov ou Marconi. A lista continua e continua.
Então, um físico americano de origem suecaHarry Nyquist em 1927 na revista "Certain Problems of Telegraphic Transmission" publicou sua pesquisa com conclusões como as de Kotelnikov. Seu teorema é às vezes chamado de teorema de Kotelnikov-Nyquist.
Harry Nyquist nasceu em 1907, defendeusua dissertação na Universidade de Yale, trabalhou no laboratório de Bell. Lá ele lidou com os problemas de ruído térmico em amplificadores, participou do desenvolvimento do primeiro fototelégrafo. Suas obras serviram de base para o desenvolvimento posterior de Claude Shannon. Nyquist faleceu em 1976.
Claude Shannon
Claude Shannon é às vezes chamado de paiera da informação - tão grande é sua contribuição para a teoria da comunicação e informática. Claude Shannon nasceu em 1916 nos Estados Unidos. Ele trabalhou no laboratório de Bell e em várias universidades americanas. Durante a guerra, junto com Alan Turing, ele estava empenhado em decifrar os códigos dos submarinos alemães.
Em 1948 g.no artigo "Teoria Matemática da Comunicação" ele propôs o termo bit como designação para a unidade mínima de informação. Ele provou o teorema sobre a recuperação do sinal de suas leituras discretas (independentemente de Kotelnikov) em 1949. Às vezes é chamado de teorema de Kotelnikov-Shannon. É verdade que, no Ocidente, o nome teorema de Nyquist-Shannon é mais aceito.
Shannon introduziu o conceito de entropia na teoria da comunicação. Códigos estudados. Graças ao seu trabalho, a criptografia se tornou uma ciência completa.
Kotelnikov e criptografia
Kotelnikov também lidou com os problemas de códigos ecriptografia. Infelizmente, nos dias da URSS, tudo relacionado a códigos e cifras era estritamente classificado. E as publicações abertas de muitas das obras de Kotelnikov não poderiam ter sido. No entanto, ele trabalhou para criar canais de comunicação fechados, cujos códigos o inimigo não poderia quebrar.
18 de junho de 1941, quase antesguerra, o artigo de Kotelnikov "Princípios básicos de criptografia automática" foi escrito, publicado na coleção de 2006 "Criptografia quântica e chaves únicas de Kotelnikov e teorema de contagens".
Imunidade
Com a ajuda do trabalho de Kotelnikov,a teoria da imunidade potencial a ruído, que determina qual a quantidade máxima de interferência em um canal de comunicação para que as informações não sejam perdidas. Uma variante de um receptor ideal, que está longe de ser real, está sendo considerada. Mas as formas de melhorar o canal de comunicação estão claramente definidas.
Exploração espacial
A equipe liderada por Kotelnikov apresentougrande contribuição para sistemas de comunicação espacial, automação e telemetria. Sergey Pavlovich Korolev envolveu o laboratório de Kotelnikov na solução de problemas da indústria espacial.
Dezenas de pontos de controle e medição foram construídos, conectados em um único complexo de controle e medição.
O equipamento de radar foi desenvolvido paraestações espaciais interplanetárias, o mapeamento foi realizado na atmosfera opaca do planeta Vênus. Com a ajuda de dispositivos desenvolvidos sob a liderança de Kotelnikov, as estações espaciais Venera e Magellan foram usadas para radar regiões do planeta em setores predeterminados. Como resultado, sabemos o que se esconde por trás de nuvens densas em Vênus. Além disso, a pesquisa foi realizada em Marte, Júpiter, Mercúrio.
Os desenvolvimentos de Kotelnikov encontraram aplicação em estações orbitais e radiotelescópios modernos.
Em 1998 V.A.Kotelnikov recebeu o Prêmio von Karman. É um prêmio da International Academy of Astronautics, concedido a pessoas com mentes criativas por sua contribuição significativa para a exploração espacial.
Procure por sinais de rádio de civilizações extraterrestres
Programa de busca de rádio internacionalcivilizações extraterrestres Seti usando os maiores radiotelescópios foi lançado na década de 90. Foi Kotelnikov quem comprovou a necessidade de usar receptores multicanais para esse fim. Os receptores modernos ouvem simultaneamente milhões de canais de rádio, cobrindo toda a gama possível.
Além disso, sob sua liderança, foram realizados trabalhos que determinam os critérios para um sinal de banda estreita razoável no total de ruído e interferência.
Infelizmente, até agora essas pesquisas não foram coroadas de sucesso. Mas, na escala da história, eles foram conduzidos por um período muito curto.
O teorema de Kotelnikov refere-se a descobertas fundamentais da ciência. Pode ser colocado com segurança no mesmo nível dos teoremas de Pitágoras, Euler, Gauss, Lorentz, etc.
Em todas as áreas onde você precisa transferir oupara receber quaisquer sinais eletromagnéticos, usamos consciente ou inconscientemente o teorema de Kotelnikov. Conversamos ao telefone, assistimos TV, ouvimos rádio, usamos a Internet. Tudo isso contém basicamente o princípio da amostragem do sinal.
