Koncom devätnásteho začiatku dvadsiateho storočiatelefónne a rádiové komunikačné zariadenia sa rýchlo rozvíjali. V roku 1882 bola v Petrohrade otvorená prvá telefónna ústredňa v Rusku. Táto stanica mala 259 predplatiteľov. A v Moskve približne v rovnakom čase bolo 200 predplatiteľov.
V roku 1896 Alexander Popov vysielal prvý rádiový signál vo vzdialenosti 250 metrov, ktorý pozostával iba z dvoch slov: „Heinrich Hertz“.
Rozvoj komunikácií bol v popredí technického pokroku. Odvtedy uplynulo niečo vyše storočia a vďaka práci vedcov a inžinierov v tomto priemysle vidíme, ako sa svet zmenil.
Nevieme si predstaviť svoj život bez telefónu,telekomunikácie, televízia a internet. Je to založené na šírení elektromagnetických vĺn, ktorých teóriu vyvinul James Clerk Maxwell v polovici devätnásteho storočia. Elektromagnetické vlny sú nositeľom užitočných signálov a v teórii prenosu signálu má zásadný význam veta ruského vedca a inžiniera, akademika Vladimira Aleksandroviča Kotelnikova.
Do vedy sa dostalo pod menom Kotelnikovovej vety.
Vladimír Alexandrovič Kotelnikov
Budúci akademik sa narodil v roku 1908.v rodine učiteľov kazanskej univerzity. Študoval na MVTU im. Bauman sa zúčastnil prednášok, ktoré ho zaujímali, na Moskovskej štátnej univerzite. V roku 1930 sa elektrotechnická fakulta, kde študoval Kotelnikov, zmenila na Moskovský energetický inštitút a Kotelnikov z nej vyštudoval. Po ukončení štúdia pracoval na rôznych univerzitách a laboratóriách. Počas vojny mal na starosti laboratórium uzavretého výskumného ústavu v Ufe, kde sa zaoberal otázkami bezpečných komunikačných kanálov, kódovania správ.
Približne taký vývoj spomína Solženicyn vo svojom románe V prvom kruhu.
Asi štyridsať rokov viedol katedru „Základy rádiového inžinierstva“ a bol dekanom fakulty rádiového inžinierstva. Neskôr sa stal riaditeľom Ústavu rádiotechniky a elektroniky Akadémie vied ZSSR.
Všetci študenti príslušných odborov stále študujú podľa Kotelnikovovej učebnice „Teoretické základy rádiového inžinierstva“.
Kotelnikov sa zaoberal aj problémami rádioastronómie, rádiofyzikálneho výskumu oceánov a kozmického výskumu.
Nestihol zverejniť svoje posledné dielo „Model Quantum Mechanics“, ktoré malo už takmer 97 rokov. Vyšlo to až v roku 2008.
V. A. Kotelnikov zomrel v 97. roku svojho života 11. februára 2005. Je dvakrát hrdinom socialistickej práce a bol ocenený mnohými vládnymi vyznamenaniami. Na jeho počesť je pomenovaná jedna z menších planét.
Kotelnikovova veta
Vývoj komunikačných systémov dal veľateoretické otázky. Napríklad signály, ktorých frekvenčný rozsah je možné prenášať cez komunikačné kanály, rôznej fyzickej štruktúry, s rôznou šírkou pásma, aby sa nestratili informácie počas príjmu.
V roku 1933 Kotelnikov dokázal svoju vetu, ktorá sa nazýva aj vzorkovacia.
Formulácia Kotelnikovovej vety:
Ak je analógový signál konečný(s obmedzenou šírkou) spektrum, potom ho možno jednoznačne a bez strát rekonštruovať z diskrétnych vzoriek odobratých s frekvenciou striktne vyššou ako dvojnásobok hornej frekvencie.
Opisuje ideálny prípad, keď je častrvanie signálu je nekonečné. Nemá žiadne prerušenia, ale má obmedzené spektrum (podľa Kotelnikovovej vety). Matematický model popisujúci signály s obmedzeným spektrom je však v praxi dobre použiteľný pre skutočné signály.
Na základe Kotelnikovovej vety je možné implementovať metódu diskrétneho prenosu spojitých signálov.
Fyzikálny význam vety
Kotelnikovova veta jednoduchými slovami môže byťvysvetlite nasledovne. Ak je potrebné preniesť signál, nie je potrebné ho prenášať ako celok. Môžu sa prenášať jeho okamžité impulzy. Frekvencia, pri ktorej sa tieto impulzy prenášajú, sa v Kotelnikovovej vete nazýva vzorkovacia rýchlosť. Malo by to byť dvojnásobok vyššej frekvencie spektra signálu. V tomto prípade je na prijímacom konci signál rekonštruovaný bez skreslenia.
Pri diskretizácii je Kotelnikovova veta veľmidôležité zistenia. Existujú rôzne vzorkovacie frekvencie pre rôzne typy signálov. Pre hlasovú (telefónnu) komunikáciu so šírkou kanálu 3,4 kHz - 6,8 kHz a pre televízny signál - 16 MHz.
V teórii komunikácie existuje niekoľko typov kanálovkomunikácia. Na fyzickej úrovni - drôtové, akustické, optické, infračervené a rádiové kanály. A hoci bola veta vyvinutá pre ideálny komunikačný kanál, je použiteľná pre všetky ostatné typy kanálov.
Viackanálová telekomunikácia
Kotelnikovova veta je základomviackanálová telekomunikácia. Pri vzorkovaní a vysielaní impulzov je doba medzi impulzmi oveľa dlhšia ako ich trvanie. To znamená, že v intervaloch impulzov jedného signálu (nazýva sa to pracovný cyklus) môžu byť vysielané impulzy iného signálu. Boli implementované systémy pre 12, 15, 30, 120, 180, 1920 hovorových kanálov. To znamená, že jeden pár drôtov môže súčasne prenášať asi 2 000 telefónnych rozhovorov.
Na základe Kotelnikovovej vety, jednoduchými slovami, vznikli takmer všetky moderné komunikačné systémy.
Harry Nyquist
Ako to niekedy vo vede býva, vedci,tí, ktorí sa zaoberajú podobnými problémami, dospievajú k rovnakým záverom takmer súčasne. Je to celkom prirodzené. Doteraz neutíchajú spory o tom, kto objavil zákon o ochrane prírody - Lomonosov alebo Lavoisier, ktorý vynašiel žiarovku - Yablochkin alebo Edison, ktorý vynašiel rádio - Popov alebo Marconi. Zoznam pokračuje ďalej a ďalej.
Takže, americký fyzik švédskeho pôvoduHarry Nyquist v roku 1927 v časopise „Určité problémy telegrafického prenosu“ publikoval svoj výskum so závermi, ako sú závery Kotelnikova. Jeho veta sa niekedy nazýva Kotelnikov-Nyquistova veta.
Harry Nyquist sa narodil v roku 1907, bránil sasvoju dizertačnú prácu na univerzite v Yale pracoval v Bellovom laboratóriu. Tam sa zaoberal problémami tepelného šumu v zosilňovačoch, podieľal sa na vývoji prvého fotografu. Jeho diela slúžili ako základ pre ďalší vývoj Clauda Shannona. Nyquist zomrel v roku 1976.
Claude Shannon
Claude Shannon sa niekedy nazýva otcominformačný vek - taký veľký je jeho príspevok k teórii komunikácie a informatiky. Claude Shannon sa narodil v roku 1916 v Spojených štátoch. Pracoval v Bellovom laboratóriu a na niekoľkých amerických univerzitách. Počas vojny sa spolu s Alanom Turingom zaoberal dešifrovaním kódov nemeckých ponoriek.
V roku 1948 g.v článku „Matematická komunikačná teória“ navrhol pojem bit ako označenie pre minimálnu jednotku informácií. Vetu o zotavení signálu z jej diskrétnych odpočtov (nezávisle od Kotelnikova) dokázal v roku 1949. Niekedy sa nazýva Kotelnikov-Shannonova veta. Je pravda, že na Západe je názov Nyquist-Shannonova veta akceptovanejší.
Shannon vniesol do teórie komunikácie koncept entropie. Študované kódy. Vďaka jeho práci sa z kryptografie stala plnohodnotná veda.
Kotelnikov a kryptografia
Kotelnikov sa zaoberal aj problémami kódov akryptografia. Bohužiaľ, v časoch ZSSR bolo všetko, čo sa týkalo kódov a šifier, prísne utajované. A otvorené publikácie mnohých Kotelnikovových diel nemohli byť. Pracoval však na vytvorení uzavretých komunikačných kanálov, ktorých kódy nepriateľ nemohol prelomiť.
18. júna 1941, takmer predtýmvojny, bol napísaný Kotelnikovov článok „Základné princípy automatického šifrovania“, publikovaný v zbierke z roku 2006 „Kvantová kryptografia a Kotelnikovova jednorazová veta a počítanie viet“.
Imunita
S pomocou práce Kotelnikova,teória potenciálnej odolnosti proti šumu, ktorá určuje, aké maximálne množstvo rušenia môže byť v komunikačnom kanáli, aby nedošlo k strate informácií. Uvažuje sa o variante ideálneho prijímača, ktorý nie je ani zďaleka skutočný. Avšak spôsoby zlepšenia komunikačného kanálu sú jasne definované.
Prieskum vesmíru
Predstavil tím vedený Kotelnikovomveľký prínos pre vesmírne komunikačné systémy, automatizáciu a telemetriu. Sergej Pavlovič Korolev zapojil Kotelnikovovo laboratórium do riešenia problémov vesmírneho priemyslu.
Boli postavené desiatky kontrolných a meracích miest, ktoré boli spojené do jedného kontrolného a meracieho komplexu.
Radarové vybavenie bolo vyvinuté premedziplanetárnych vesmírnych staníc sa mapovanie uskutočňovalo v nepriehľadnej atmosfére planéty Venuša. S pomocou zariadení vyvinutých pod vedením Kotelnikova boli vesmírne stanice Venera a Magellan použité na radarové oblasti planéty vo vopred určených sektoroch. Vďaka tomu vieme, čo sa skrýva za hustými mrakmi na Venuši. Tiež sa uskutočnil výskum na Marse, Jupiteri a Merkúre.
Vývoj Kotelnikova našiel uplatnenie na orbitálnych staniciach a v moderných rádioteleskopoch.
V roku 1998 V.A.Kotelnikov získal cenu von Karmana. Jedná sa o cenu od Medzinárodnej astronautickej akadémie, ktorá sa udeľuje ľuďom s tvorivou mysľou za ich významný prínos k prieskumu vesmíru.
Hľadajte rádiové signály mimozemských civilizácií
Medzinárodný program rozhlasového vyhľadávaniamimozemské civilizácie Seti pomocou najväčších rádioteleskopov boli vypustené v 90. rokoch. Bol to práve Kotelnikov, ktorý zdôvodnil potrebu používať na tento účel viackanálové prijímače. Moderné prijímače súčasne počúvajú milióny rozhlasových staníc a pokrývajú celý možný rozsah.
Pod jeho vedením sa tiež uskutočnili práce, ktoré stanovili kritériá pre primeraný úzkopásmový signál v celkovom hluku a interferencii.
Bohužiaľ, tieto vyhľadávania zatiaľ neboli korunované úspechom. Z hľadiska dejín však nepokračujú dlho.
Kotelnikovova veta odkazuje na zásadné objavy vedy. Dá sa bezpečne postaviť na roveň s vetami o Pytagorasovi, Eulerovi, Gaussovi, Lorentzovi atď.
V každej oblasti, kam potrebujete prestúpiť respna príjem akýchkoľvek elektromagnetických signálov vedome alebo nevedome používame Kotelnikovovu vetu. Hovoríme po telefóne, pozeráme televíziu, počúvame rádio, používame internet. To všetko v zásade obsahuje princíp vzorkovania signálu.
