בסוף המאה התשע-עשרה ובתחילת המאה העשרים התפתחו במהירות תקשורת הטלפון והרדיו. בשנת 1882 הושקה בסנט פטרבורג מרכזית הטלפון הראשונה ברוסיה. לתחנה זו היו 259 מנויים. ובמוסקווה בערך באותו זמן היו 200 מנויים.
בשנת 1896, אלכסנדר פופוב שידר את אות הרדיו הראשון למרחק של 250 מטר, המורכב משתי מילים בלבד: "היינריך הרץ".
פיתוח התקשורת היה בחזית הקידמה הטכנולוגית. קצת יותר ממאה שנה חלפה מאז, ובזכות עבודתם של מדענים ומהנדסים בתעשייה זו, אנו רואים כיצד העולם השתנה.
אנחנו לא יכולים לדמיין את חיינו בלי טלפונים, תקשורת רדיו, טלוויזיה ואינטרנט. זה מבוסס על התפשטות גלים אלקטרומגנטיים, שהתיאוריה שלהם פותחה על ידי ג'יימס קלרק מקסוול באמצע המאה התשע-עשרה. גלים אלקטרומגנטיים הם הנשא של אותות שימושיים, ובתורת העברת האותות, משפטו של המדען והמהנדס הרוסי, האקדמאי ולדימיר אלכסנדרוביץ' קוטלניקוב ממלא תפקיד מהותי.
זה נכנס למדע תחת השם של משפט קוטלניקוב.
ולדימיר אלכסנדרוביץ'קוטלניקוב
האקדמאי העתידי נולד ב-1908 במשפחה של מורים מאוניברסיטת קאזאן. למד ב-MVTU im. באומן, השתתף בהרצאות שעניינו אותו באוניברסיטת מוסקבה. בשנת 1930 הפכה הפקולטה להנדסת חשמל, שבה למד קוטלניקוב, למכון להנדסת חשמל במוסקבה, וקוטלניקוב סיים את לימודיו. לאחר סיום לימודיו עבד באוניברסיטאות ובמעבדות שונות. במהלך המלחמה עמד בראש המעבדה של מכון מחקר סגור באופה, שם עסק בנושאים של ערוצי תקשורת מאובטחים וקידוד מסרים.
התפתחויות כאלה בקירוב מוזכרות על ידי סולז'ניצין ברומן שלו "במעגל הראשון".
במשך כארבעים שנה היה אחראי על המחלקה ל"יסודות הנדסת רדיו", והיה דיקן הפקולטה להנדסת רדיו. מאוחר יותר הוא הפך למנהל המכון להנדסת רדיו ואלקטרוניקה של האקדמיה למדעים של ברית המועצות.
כל תלמידי ההתמחויות הרלוונטיות עדיין לומדים על פי ספר הלימוד של קוטלניקוב "יסודות תיאורטיים של הנדסת רדיו".
קוטלניקוב עסק גם בבעיות של אסטרונומיה רדיו, מחקר רדיופיזי של האוקיינוסים וחקר החלל.
הוא לא הספיק לפרסם את יצירתו האחרונה "Model Quantum Mechanics", שנכתבה כבר בגיל כמעט 97. הוא יצא רק ב-2008
V. A. Kotelnikov מת בגיל 97 ב-11 בפברואר 2005. הוא היה פעמיים גיבור העבודה הסוציאליסטית, זכה בפרסים ממשלתיים רבים. אחד מכוכבי הלכת הקטנים נקרא על שמו.
משפט קוטלניקוב
פיתוח מערכות תקשורתמעלה שאלות תיאורטיות רבות. לדוגמה, אותות של איזה טווח תדרים ניתן להעביר על פני ערוצי תקשורת, בעלי מבנה פיזי שונה, עם רוחב פס שונה, כדי לא לאבד מידע במהלך הקליטה.
בשנת 1933, קוטלניקוב הוכיח את המשפט שלו, שנקרא אחרת משפט הדגימה.
ניסוח משפט קוטלניקוב:
אם לאות אנלוגי יש ספקטרום סופי (מוגבל ברוחב), אז ניתן לשחזר אותו באופן חד משמעי וללא אובדן מהדגימות הבדידות שלו שנלקחו בתדר הגבוה ביותר מפי שניים מהתדר העליון.
מתאר את המקרה האידיאלי כאשר משך האות הוא אינסופי. אין לו הפרעות, אבל יש לו ספקטרום מוגבל (לפי משפט קוטלניקוב). עם זאת, המודל המתמטי המתאר אותות בספקטרום מוגבל ישים היטב בפועל לאותות אמיתיים.
בהתבסס על משפט קוטלניקוב, ניתן ליישם שיטה לשידור בדידות של אותות רציפים.
משמעות פיזית של המשפט
ניתן להסביר את משפט קוטלניקוב במונחים פשוטים כדלקמן. אם אתה צריך לשדר אות מסוים, אז אין צורך לשדר אותו בשלמותו. אתה יכול להעביר את הדחפים המיידיים שלו. תדר השידור של פולסים אלו נקרא תדר הדגימה במשפט קוטלניקוב. זה צריך להיות פי שניים מהתדר העליון של ספקטרום האותות. במקרה זה, בקצה המקבל, האות משוחזר ללא עיוות.
משפט קוטלניקוב מסיק מסקנות חשובות מאוד לגבי דיסקרטיזציה.ישנם קצבי דגימה שונים עבור סוגים שונים של אותות. להודעה קולית (טלפונית) ברוחב ערוץ של 3.4 קילו-הרץ - 6.8 קילו-הרץ, ועבור אות טלוויזיה - 16 מגה-הרץ.
בתורת התקשורת, ישנם מספר סוגים של ערוצי תקשורת. ברמה הפיזית - ערוצי קווי, אקוסטיים, אופטיים, אינפרא אדום ורדיו. ולמרות שהמשפט פותח עבור ערוץ תקשורת אידיאלי, הוא ישים לכל סוגי הערוצים האחרים.
טלקומוניקציה מרובת ערוצים
משפט קוטלניקוב עומד בבסיס תקשורת רב-ערוצית. בעת דגימה והעברת פולסים, פרק הזמן בין פולסים גדול בהרבה ממשך הזמן שלהם. המשמעות היא שבמרווחי הפולסים של אות אחד (זה נקרא מחזור חובה), אפשר לשדר פולסים של אות אחר. הוטמעו מערכות עבור 12, 15, 30, 120, 180, 1920 ערוצי קול. כלומר, ניתן להעביר כ-2000 שיחות טלפון בו-זמנית על גבי זוג חוטים אחד.
בהתבסס על משפט קוטלניקוב, במילים פשוטות, קמו כמעט כל מערכות התקשורת המודרניות.
הארי ניקוויסט
כפי שקורה לפעמים במדע, מדענים המתמודדים עם בעיות דומות מגיעים כמעט בו-זמנית לאותן מסקנות. זה די טבעי. עד כה לא שככו המחלוקות מי גילה את חוק השימור - לומונוסוב או לבואזיה, מי המציא את מנורת הליבון - יבלוצ'קין או אדיסון, מי המציא את הרדיו - פופוב או מרקוני. רשימה זו אינסופית.
כן,הפיזיקאי האמריקאי ממוצא שוודי הארי ניקוויסט בשנת 1927 בכתב העת "בעיות מסוימות של שידור טלגרף" פרסם את מחקריו עם מסקנות דומות לאלו של קוטלניקוב. המשפט שלו נקרא לפעמים משפט קוטלניקוב-ניקוויסט.
הארי ניקוויסט נולד ב-1907, עשה את הדוקטורט שלו באוניברסיטת ייל ועבד ב-Bell Labs. שם הוא חקר את הבעיות של רעש תרמי במגברים, השתתף בפיתוח הפוטוטלגרף הראשון. עבודותיו שימשו בסיס להתפתחויות נוספות של קלוד שאנון. ניקוויסט נפטר בשנת 1976
קלוד שאנון
קלוד שאנון נקרא לפעמים אבי עידן המידע - כל כך גדולה תרומתו לתורת התקשורת ומדעי המחשב. קלוד שאנון נולד ב-1916 בארה ב. הוא עבד במעבדת בל ובמספר אוניברסיטאות אמריקאיות. במהלך המלחמה הוא עבד עם אלן טיורינג כדי לפענח את הקודים של צוללות גרמניות.
בשנת 1948, במאמר "תיאוריה מתמטית של תקשורת", הוא הציע את המונח bit כינוי ליחידת המידע המינימלית. ב-1949, הוא הוכיח (ללא קשר לקוטלניקוב) משפט המוקדש לשחזור של אות מדגימותיו הבדידות. זה נקרא לפעמים משפט קוטלניקוב-שאנון. נכון, במערב שמו של משפט ניקוויסט-שאנון מקובל יותר.
שאנון הציג את מושג האנטרופיה בתורת התקשורת. למדתי קודים. הודות לעבודתו, ההצפנה הפכה למדע מן המניין.
קוטלניקוב והצפנה
Kotelnikov טיפל גם בבעיות של קודים וקריפטוגרפיה. לרוע המזל, בימי ברית המועצות, כל מה שקשור לקודים וצפנים היה מסווג בקפדנות. ופרסומים פתוחים של רבים מיצירותיו של Kotelnikov לא יכול להיות. עם זאת, הוא פעל ליצירת ערוצי תקשורת סגורים, שאת הקודים שלהם לא הצליח האויב לפצח.
18 ביוני 1941, כמעט לפני המלחמה, נכתב מאמרו של קוטלניקוב "בסיסי ההצפנה האוטומטית", שפורסם באוסף "הצפנה קוונטית ומשפט קוטלניקוב על מפתחות וקריאות חד-פעמיים" משנת 2006.
חסינות רעש
בעזרת עבודתו של קוטלניקוב פותחה תיאוריה של חסינות פוטנציאלית לרעש, שקובעת את כמות ההפרעות המרבית שיכולה להיות בערוץ תקשורת כדי שמידע לא יאבד. גרסה של מקלט אידיאלי, הרחוקה מהממשי, נחשבת. אבל הדרכים לשיפור ערוץ התקשורת מוגדרות בבירור.
חקירת חלל
הצוות בראשות קוטלניקוב תרם תרומה גדולה למערכות של תקשורת חלל, אוטומציה וטלמטריה. סרגיי פבלוביץ' קורוליב שיתף את מעבדת קוטלניקוב בפתרון הבעיות של תעשיית החלל.
נבנו עשרות נקודות בקרה ומדידה, מקושרות למתחם בקרה ומדידה אחד.
פותח ציוד מכ"ם לתחנות חלל בין-פלנטריות, המיפוי בוצע באטמוספירה האטומה של כוכב הלכת נוגה. בעזרת מכשירים שפותחו בניהולו של קוטלניקוב, בוצעו תחנות החלל "ונרה" ו"מגלאן".אזורי מכ"ם של כדור הארץ במגזרים שנקבעו מראש. כתוצאה מכך, אנו יודעים מה מסתתר על נוגה מאחורי עננים צפופים. גם מאדים, צדק, מרקורי נחקרו.
הפיתוחים של קוטלניקוב מצאו יישום בתחנות מסלוליות ובטלסקופי רדיו מודרניים.
בשנת 1998, הוענק ל-V. A. Kotelnikov פרס פון קרמן. זהו פרס מהאקדמיה הבינלאומית לאסטרונאוטיקה, המוענק לאנשים בעלי חשיבה יצירתית על תרומה משמעותית לחקר החלל.
חפש אותות רדיו מתרבויות מחוץ לכדור הארץ
התוכנית הבינלאומית לחיפוש אותות רדיו של תרבויות מחוץ לכדור הארץ Seti באמצעות טלסקופי הרדיו הגדולים ביותר הושקה בשנות ה-90. זה היה קוטלניקוב שהצדיק את הצורך להשתמש במקלטים רב-ערוציים למטרה זו. מקלטים מודרניים מאזינים למיליוני ערוצי רדיו בו-זמנית, מכסים את כל הטווח האפשרי.
כמו כן, תחת הנהגתו, בוצעה עבודה המגדירה את הקריטריונים לאות צר פס סביר ברעש והפרעות כלליות.
למרבה הצער, עד כה החיפוש הזה לא הצליח. אבל בקנה מידה של ההיסטוריה, הם מתנהלים לזמן קצר מאוד.
משפט קוטלניקוב מתייחס לתגליות יסוד במדע. ניתן להשוות אותו בבטחה למשפטים של פיתגורס, אוילר, גאוס, לורנץ וכו'.
בכל אזור שבו יש צורך לשדר או לקלוט אותות אלקטרומגנטיים, אנו משתמשים במודע או שלא במודע במשפט קוטלניקוב. אנחנו מדברים בטלפון, רואים טלוויזיהלהאזין לרדיו, להשתמש באינטרנט. כל זה מכיל בעצם את העיקרון של דגימת אותות.
