A tizenkilencedik század végén és a huszadik század elején a telefon- és rádiókommunikáció gyorsan fejlődött. 1882-ben Szentpéterváron beindították Oroszország első telefonközpontját. Ennek az állomásnak 259 előfizetője volt. Moszkvában pedig nagyjából ugyanebben az időben 200 előfizető volt.
1896-ban Alekszandr Popov 250 méteres távolságban továbbította az első rádiójelet, amely mindössze két szóból állt: "Heinrich Hertz".
A kommunikáció fejlesztése a technológiai fejlődés élvonalába tartozik. Kicsit több mint egy évszázad telt el azóta, és az iparág tudósainak és mérnökeinek munkájának köszönhetően láthatjuk, hogyan változott a világ.
El sem tudjuk képzelni életünket telefonok, rádiókommunikáció, televízió és internet nélkül. Ez az elektromágneses hullámok terjedésén alapul, amelynek elméletét James Clerk Maxwell dolgozta ki a 19. század közepén. Az elektromágneses hullámok hasznos jelek hordozói, és a jelátvitel elméletében alapvető szerepet játszik Vlagyimir Alekszandrovics Kotelnyikov orosz tudós és mérnök, akadémikus tétele.
Kotelnyikov tétele néven lépett be a tudományba.
Vlagyimir AlekszandrovicsKotelnyikov
A leendő akadémikus 1908-ban született a kazanyi egyetemi tanárok családjában. Tanulmányait az MVTU im. Bauman, a Moszkvai Állami Egyetemen részt vett az őt érdeklő előadásokon. 1930-ban az elektromérnöki kart, ahol Kotelnyikov tanult, Moszkvai Energetikai Intézetté alakították át, és Kotelnyikov ott végzett. Érettségi után különböző egyetemeken és laboratóriumokban dolgozott. A háború alatt egy zárt ufai kutatóintézet laboratóriumát vezette, ahol a biztonságos kommunikációs csatornák és az üzenetkódolás kérdéseivel foglalkozott.
Körülbelül ilyen fejleményeket említ Szolzsenyicin "Az első körben" című regényében.
Körülbelül negyven évig a „Rádiótechnika alapjai” Tanszék vezetője volt, és a Rádiómérnöki Kar dékánja volt. Később a Szovjetunió Tudományos Akadémia Rádiótechnikai és Elektronikai Intézetének igazgatója lett.
A vonatkozó szakterületek összes hallgatója továbbra is Kotelnyikov „A rádiótechnika elméleti alapjai” című tankönyve szerint tanul.
Kotelnyikov a rádiócsillagászat, az óceánok radiofizikai kutatásai és az űrkutatás problémáival is foglalkozott.
Nem volt ideje kiadni utolsó, már majdnem 97 éves korában írt, "Model Quantum Mechanics" című munkáját. Csak 2008-ban jelent meg
V. A. Kotelnyikov 97 éves korában h alt meg, 2005. február 11-én. Kétszer volt a szocialista munka hőse, számos állami kitüntetéssel tüntették ki. Az egyik kisebb bolygót róla nevezték el.
Kotelnyikov tétele
Kommunikációs rendszerek fejlesztésesok elméleti kérdést vet fel. Például, milyen frekvenciatartományú jelek továbbíthatók kommunikációs csatornákon, eltérő fizikai felépítésűek, eltérő sávszélességgel, hogy ne veszítsenek információt a vétel során.
1933-ban Kotelnyikov bebizonyította tételét, amelyet egyébként mintavételezési tételnek neveznek.
Kotelnyikov tételének megfogalmazása:
Ha egy analóg jelnek véges (korlátozott szélességű) spektruma van, akkor egyértelműen és veszteség nélkül rekonstruálható a felső frekvencia kétszeresénél szigorúan nagyobb frekvencián vett diszkrét mintáiból.
Az ideális esetet írja le, amikor a jel időtartama végtelen. Nincs megszakítása, de korlátozott a spektruma (Kotelnyikov tétele szerint). A korlátozott spektrumú jeleket leíró matematikai modell azonban jól alkalmazható a gyakorlatban valós jelekre is.
A Kotelnyikov-tétel alapján megvalósítható a folyamatos jelek diszkrét átvitelének módszere.
A tétel fizikai jelentése
Kotelnyikov tétele egyszerű kifejezésekkel a következőképpen magyarázható. Ha egy bizonyos jelet kell továbbítania, akkor nem szükséges azt teljes egészében továbbítani. Azonnali impulzusait továbbíthatja. Ezen impulzusok átviteli frekvenciáját a Kotelnyikov-tétel mintavételezési frekvenciának nevezi. Ennek a jelspektrum felső frekvenciájának kétszeresének kell lennie. Ebben az esetben a vételi oldalon a jel torzítás nélkül visszaáll.
Kotelnyikov tétele nagyon fontos következtetéseket von le a diszkretizálásról. Különböző típusú jelekhez különböző mintavételezési frekvencia létezik. 3,4 kHz - 6,8 kHz csatornaszélességű beszédüzenethez (telefonos) és 16 MHz televíziós jelhez.
A kommunikációelméletben többféle kommunikációs csatorna létezik. Fizikai szinten - vezetékes, akusztikus, optikai, infravörös és rádiócsatornák. És bár a tételt ideális kommunikációs csatornára fejlesztették ki, minden más csatornatípusra alkalmazható.
Többcsatornás távközlés
Kotelnyikov tétele a többcsatornás távközlés alapja. Az impulzusok mintavételezése és továbbítása során az impulzusok közötti periódus sokkal hosszabb, mint azok időtartama. Ez azt jelenti, hogy az egyik jel impulzusainak intervallumában (ezt hívják munkaciklusnak) lehetőség van egy másik jel impulzusainak továbbítására. 12, 15, 30, 120, 180, 1920 hangcsatornás rendszereket valósítottak meg. Vagyis körülbelül 2000 telefonbeszélgetést lehet egyszerre továbbítani egy vezetékpáron keresztül.
A Kotelnyikov-tétel alapján, egyszerű szavakkal, szinte az összes modern kommunikációs rendszer létrejött.
Harry Nyquist
Amint az a tudományban néha megtörténik, a hasonló problémákkal foglalkozó tudósok szinte egyszerre jutnak ugyanarra a következtetésre. Ez teljesen természetes. Mostanáig nem csitultak a viták arról, hogy ki fedezte fel a megmaradás törvényét - Lomonoszov vagy Lavoisier, aki feltalálta az izzólámpát - Yablochkin vagy Edison, aki feltalálta a rádiót - Popov vagy Marconi. Ez a lista végtelen.
Igen,Harry Nyquist svéd származású amerikai fizikus 1927-ben a "Certain Problems of Telegraph Transmission" című folyóiratban Kotelnyikovéhez hasonló következtetésekkel publikálta kutatásait. Tételét néha Kotelnyikov-Nyquist tételnek is nevezik.
Harry Nyquist 1907-ben született, a Yale Egyetemen doktorált, és a Bell Labs-nál dolgozott. Ott tanulmányozta az erősítők termikus zajának problémáit, részt vett az első fototelegráf kifejlesztésében. Munkái Claude Shannon további fejlesztéseinek alapjául szolgáltak. Nyquist 1976-ban h alt meg
Claude Shannon
Claude Shannont néha az információs kor atyjának is nevezik – olyan nagy hozzájárulása a kommunikációelmélethez és a számítástechnikához. Claude Shannon 1916-ban született az Egyesült Államokban. Dolgozott a Bell Labban és számos amerikai egyetemen. A háború alatt Alan Turinggel együtt dolgozott a német tengeralattjárók kódjainak megfejtésén.
1948-ban "A kommunikáció matematikai elmélete" című cikkében a bit kifejezést javasolta az információ minimális mértékegységének megjelölésére. 1949-ben bebizonyította (Kotelnyikovtól függetlenül) azt a tételt, amely egy jelnek a diszkrét mintáiból való rekonstrukciójára irányult. Néha Kotelnyikov-Shannon tételnek is nevezik. Igaz, nyugaton a Nyquist-Shannon tétel elnevezése elfogadottabb.
Shannon bevezette az entrópia fogalmát a kommunikációelméletbe. Kódokat tanultam. Munkásságának köszönhetően a kriptográfia teljes értékű tudománnyá vált.
Kotelnyikov és kriptográfia
Kotelnyikov a kódok és a kódok problémáival is foglalkozottkriptográfia. Sajnos a Szovjetunió idejében minden, ami a kódokkal és rejtjelekkel kapcsolatos, szigorúan titkos volt. És Kotelnyikov számos művének nyílt publikációja nem lehetett. Azonban azon dolgozott, hogy olyan zárt kommunikációs csatornákat hozzon létre, amelyek kódjait az ellenség nem tudta feltörni.
1941. június 18-án, szinte a háború előtt megjelent Kotelnyikov "Az automatikus titkosítás alapjai" című cikke, amely a 2006-os "Kvantumkriptográfia és Kotelnyikov tétele az egyszeri kulcsokról és leolvasásokról" című gyűjteményben jelent meg.
Zajtűrés
Kotelnyikov munkája segítségével kidolgozták a lehetséges zajtűrés elméletét, amely meghatározza, hogy egy kommunikációs csatornában mekkora interferencia lehet maximálisan úgy, hogy az információ ne vesszen el. Az ideális vevő egy olyan változatát veszik számításba, amely távol áll az igazitól. De a kommunikációs csatorna javításának módjai egyértelműen meghatározottak.
Űrkutatás
A Kotelnyikov vezette csapat nagymértékben hozzájárult az űrkommunikációs, automatizálási és telemetriai rendszerekhez. Szergej Pavlovics Koroljev bevonta a Kotelnyikov laboratóriumot az űripar problémáinak megoldásába.
Több tucat szabályozási és mérési pontot építettek, amelyek egyetlen vezérlési és mérési komplexumba kapcsoltak.
Bolygóközi űrállomások radarberendezését fejlesztették ki, a térképezést a Vénusz bolygó átlátszatlan légkörében végezték. Kotelnyikov irányítása alatt kifejlesztett eszközök segítségével a "Venera" és a "Magellan" űrállomásoka bolygó radarterületei előre meghatározott szektorokban. Ennek eredményeként tudjuk, hogy mi rejtőzik a Vénuszon a sűrű felhők mögött. A Marsot, a Jupitert és a Merkúrt is feltárták.
Kotelnyikov fejlesztései alkalmazásra találtak orbitális állomásokon és modern rádióteleszkópokban.
1998-ban V. A. Kotelnyikov megkapta a von Karman-díjat. Ez a Nemzetközi Asztronautikai Akadémia díja, amelyet kreatív gondolkodású embereknek ítélnek oda az űrkutatáshoz való jelentős hozzájárulásukért.
Földönkívüli civilizációk rádiójeleinek keresése
A 90-es években indult el a Seti földönkívüli civilizációk rádiójeleinek felkutatására irányuló nemzetközi program a legnagyobb rádióteleszkópok segítségével. Kotelnyikov indokolta, hogy erre a célra többcsatornás vevőkészülékeket kell használni. A modern vevőkészülékek több millió rádiócsatornát hallgatnak egyszerre, lefedve a teljes lehetséges tartományt.
Végeztetése alatt olyan munkát is végeztek, amely meghatározza az ésszerű keskeny sávú jel kritériumait általános zajban és zavarásban.
Sajnos ez a keresés eddig nem járt sikerrel. De a történelem léptékében ezeket nagyon rövid ideig vezetik.
Kotelnyikov tétele a tudomány alapvető felfedezéseire vonatkozik. Nyugodtan egy szintre tehető Pythagoras, Euler, Gauss, Lorentz stb. tételeivel.
Minden olyan területen, ahol szükség van elektromágneses jelek továbbítására vagy vételére, tudatosan vagy tudattalanul használjuk a Kotelnyikov-tételt. Telefonon beszélünk, tévét nézünkrádiót hallgatni, internetet használni. Mindez alapvetően a jelek mintavételezésének elvét tartalmazza.
