در پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم، ارتباطات تلفنی و رادیویی به سرعت توسعه یافت. در سال 1882 اولین مرکز تلفن در روسیه در سن پترزبورگ راه اندازی شد. این ایستگاه 259 مشترک داشت. و در مسکو تقریباً در همان زمان 200 مشترک وجود داشت.
در سال 1896، الکساندر پوپوف اولین سیگنال رادیویی را در فاصله 250 متری ارسال کرد که فقط از دو کلمه تشکیل شده بود: "هاینریش هرتز".
توسعه ارتباطات در خط مقدم پیشرفت فناوری بوده است. کمی بیش از یک قرن از آن زمان می گذرد و به لطف کار دانشمندان و مهندسان در این صنعت، می بینیم که جهان چگونه تغییر کرده است.
ما نمی توانیم زندگی خود را بدون تلفن، ارتباطات رادیویی، تلویزیون و اینترنت تصور کنیم. این بر اساس انتشار امواج الکترومغناطیسی است که نظریه آن توسط جیمز کلرک ماکسول در اواسط قرن نوزدهم ارائه شد. امواج الکترومغناطیسی حامل سیگنال های مفید هستند و در تئوری انتقال سیگنال، قضیه دانشمند و مهندس روسی، آکادمیک ولادیمیر الکساندرویچ کوتلنیکوف، نقش اساسی دارد.
با نام قضیه کوتلنیکف وارد علم شد.
ولادیمیر الکساندرویچکوتلنیکوف
آکادمیک آینده در سال 1908 در خانواده ای از معلمان دانشگاه کازان متولد شد. در MVTU im تحصیل کرده است. باومن، در سخنرانی های مورد علاقه او در دانشگاه دولتی مسکو شرکت کرد. در سال 1930، دانشکده مهندسی برق، جایی که کوتلنیکوف در آن تحصیل کرد، به موسسه مهندسی برق مسکو تبدیل شد و کوتلنیکوف از آن فارغ التحصیل شد. پس از فارغ التحصیلی در دانشگاه ها و آزمایشگاه های مختلف مشغول به کار شد. در طول جنگ، او سرپرست آزمایشگاه یک موسسه تحقیقاتی بسته در اوفا بود و در آنجا با مسائل مربوط به کانال‌های ارتباطی امن و رمزگذاری پیام سروکار داشت.
تقریباً چنین تحولاتی توسط سولژنیتسین در رمان خود "در اولین دایره" ذکر شده است.
حدود چهل سال مسئولیت گروه "مبانی مهندسی رادیو" و ریاست دانشکده مهندسی رادیو را بر عهده داشت. بعداً او مدیر مؤسسه مهندسی رادیو و الکترونیک آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی شد.
همه دانشجویان رشته های مربوطه همچنان مطابق کتاب درسی کوتلنیکوف "مبانی نظری مهندسی رادیو" در حال تحصیل هستند.
Kotelnikov همچنین به مشکلات نجوم رادیویی، تحقیقات رادیوفیزیکی اقیانوس ها و تحقیقات فضایی پرداخت.
او فرصتی برای انتشار آخرین اثر خود "مکانیک کوانتومی مدل" که قبلاً در سن 97 سالگی نوشته شده بود را نداشت. این فقط در سال 2008 منتشر شد
V. A. Kotelnikov در سن 97 سالگی در 11 فوریه 2005 درگذشت. او دو بار قهرمان کار سوسیالیستی بود و جوایز دولتی بسیاری دریافت کرد. یکی از سیارات کوچک به نام او نامگذاری شده است.
قضیه کوتلنیکف
توسعه سیستم های ارتباطیسوالات نظری زیادی را مطرح می کند. به عنوان مثال، سیگنال هایی که چه محدوده فرکانسی را می توان از طریق کانال های ارتباطی، با ساختار فیزیکی مختلف، با پهنای باند متفاوت منتقل کرد تا اطلاعات را در حین دریافت از دست ندهند.
در سال 1933، کوتلنیکف قضیه خود را اثبات کرد که به غیر این صورت قضیه نمونه گیری نامیده می شود.
صورت‌بندی قضیه کوتلنیکف:
اگر یک سیگنال آنالوگ دارای طیف محدود (عرض محدود) باشد، می توان آن را بدون ابهام و بدون اتلاف از نمونه های گسسته اش که در فرکانس بسیار بیشتر از دو برابر فرکانس بالا گرفته شده بازسازی کرد.
حالت ایده آل را توصیف می کند که مدت زمان سیگنال بی نهایت باشد. هیچ وقفه ای ندارد، اما طیف محدودی دارد (توسط قضیه کوتلنیکوف). با این حال، مدل ریاضی که سیگنال‌های طیف محدود را توصیف می‌کند، در عمل برای سیگنال‌های واقعی به خوبی قابل استفاده است.
بر اساس قضیه Kotelnikov، روشی برای انتقال گسسته سیگنال های پیوسته می تواند پیاده سازی شود.
معنای فیزیکی قضیه
قضیه کوتلنیکوف را می توان به صورت ساده به صورت زیر توضیح داد. اگر نیاز به انتقال سیگنال خاصی دارید، لازم نیست آن را به طور کامل ارسال کنید. می توانید تکانه های آنی آن را منتقل کنید. فرکانس انتقال این پالس ها در قضیه کوتلنیکف فرکانس نمونه برداری نامیده می شود. باید دو برابر فرکانس بالای طیف سیگنال باشد. در این حالت، در انتهای دریافت، سیگنال بدون اعوجاج بازیابی می شود.
قضیه کوتلنیکف نتایج بسیار مهمی در مورد گسسته‌سازی می‌گیرد.نرخ های نمونه برداری متفاوتی برای انواع مختلف سیگنال ها وجود دارد. برای پیام صوتی (تلفنی) با عرض کانال 3.4 کیلوهرتز - 6.8 کیلوهرتز، و برای سیگنال تلویزیونی - 16 مگاهرتز.
در تئوری ارتباطات، چندین نوع کانال ارتباطی وجود دارد. در سطح فیزیکی - سیمی، صوتی، نوری، مادون قرمز و کانال های رادیویی. و اگرچه این قضیه برای یک کانال ارتباطی ایده آل ایجاد شده است، اما برای همه انواع دیگر کانال ها قابل استفاده است.
ارتباطات چند کانالی
قضیه Kotelnikov زیربنای ارتباطات راه دور چند کاناله است. هنگام نمونه برداری و ارسال پالس ها، دوره بین پالس ها بسیار بیشتر از مدت زمان آنها است. به این معنی که در فواصل پالس های یک سیگنال (که به آن چرخه وظیفه می گویند) امکان ارسال پالس های سیگنال دیگر وجود دارد. سیستم های کانال های صوتی 12، 15، 30، 120، 180، 1920 پیاده سازی شد. یعنی حدود 2000 مکالمه تلفنی را می توان به طور همزمان از طریق یک جفت سیم مخابره کرد.
بر اساس قضیه Kotelnikov، به عبارت ساده، تقریباً تمام سیستم های ارتباطی مدرن پدید آمدند.
Harry Nyquist
همانطور که گاهی در علم اتفاق می افتد، دانشمندانی که با مشکلات مشابه سروکار دارند تقریباً به طور همزمان به نتایج یکسانی می رسند. این کاملا طبیعی است. تا به حال، اختلافات در مورد اینکه چه کسی قانون حفاظت را کشف کرد - لومونوسوف یا لاووازیه، که لامپ رشته ای را اختراع کرد - یابلوچکین یا ادیسون، که رادیو را اختراع کرد - پوپوف یا مارکونی - فروکش نکرده است. این لیست بی پایان است.
بله،فیزیکدان آمریکایی سوئدی الاصل هری نایکوئیست در سال 1927 در مجله "مشکلات معینی از انتقال تلگراف" تحقیقات خود را با نتایجی مشابه کوتلنیکوف منتشر کرد. قضیه او گاهی اوقات قضیه Kotelnikov-Nyquist نامیده می شود.
هری نایکویست در سال ۱۹۰۷ به دنیا آمد، دکترای خود را در دانشگاه ییل گذراند و در آزمایشگاه‌های بل کار کرد. او در آنجا مشکلات نویز حرارتی در تقویت کننده ها را مطالعه کرد، در توسعه اولین فتوتلگراف شرکت کرد. آثار او به عنوان پایه ای برای پیشرفت های بیشتر کلود شانون بود. نایکیست در سال 1976 درگذشت
Claude Shannon
کلود شانون گاهی اوقات پدر عصر اطلاعات نامیده می شود - سهم او در نظریه ارتباطات و علوم کامپیوتر بسیار بزرگ است. کلود شانون در سال 1916 در ایالات متحده آمریکا به دنیا آمد. او در آزمایشگاه بل و در تعدادی از دانشگاه های آمریکا کار می کرد. در طول جنگ، او با آلن تورینگ برای رمزگشایی رمزهای زیردریایی های آلمانی کار کرد.
در سال 1948، در مقاله "نظریه ریاضی ارتباطات"، اصطلاح بیت را به عنوان تعیین حداقل واحد اطلاعات پیشنهاد کرد. در سال 1949، او (مستقل از Kotelnikov) قضیه ای را که به بازسازی سیگنال از نمونه های گسسته آن اختصاص داده شده بود، اثبات کرد. گاهی اوقات به آن قضیه کوتلنیکف-شانون نیز گفته می شود. درست است، در غرب نام قضیه نایکویست-شانون پذیرفته شده است.
شانون مفهوم آنتروپی را وارد نظریه ارتباطات کرد. من کدها را مطالعه کردم. به لطف کار او، رمزنگاری به یک علم تمام عیار تبدیل شده است.
Kotelnikov و رمزنگاری
Kotelnikov همچنین به مشکلات کدها ورمزنگاری. متأسفانه، در روزهای اتحاد جماهیر شوروی، همه چیز مربوط به کدها و رمزها کاملاً طبقه بندی شده بود. و انتشارات باز بسیاری از آثار Kotelnikov نمی تواند باشد. با این حال، او برای ایجاد کانال های ارتباطی بسته ای کار کرد که دشمن قادر به شکستن کدهای آنها نبود.
18 ژوئن 1941، تقریباً قبل از جنگ، مقاله Kotelnikov "مبانی رمزگذاری خودکار" نوشته شد، که در سال 2006 در مجموعه "رمز نگاری کوانتومی و قضیه کوتلنیکوف در مورد کلیدهای یکبار مصرف و خوانش" منتشر شد.
ایمنی در برابر صدا
با کمک کار Kotelnikov، یک نظریه ایمنی بالقوه نویز ایجاد شد، که حداکثر میزان تداخلی را که می تواند در یک کانال ارتباطی وجود داشته باشد، تعیین می کند تا اطلاعات از بین نرود. گونه ای از یک گیرنده ایده آل، که به دور از واقعی است، در نظر گرفته شده است. اما راه های بهبود کانال ارتباطی به وضوح تعریف شده است.
اکتشاف فضا
تیم به رهبری کوتلنیکوف کمک بزرگی به سیستم های ارتباطات فضایی، اتوماسیون و تله متری کرد. سرگئی پاولوویچ کورولف آزمایشگاه کوتلنیکوف را در حل مشکلات صنعت فضایی مشارکت داد.
دهها نقطه کنترل و اندازه گیری ساخته شد که به یک مجموعه کنترل و اندازه گیری متصل شدند.
تجهیزات راداری برای ایستگاه های فضایی بین سیاره ای توسعه یافت، نقشه برداری در جو غیر شفاف سیاره زهره انجام شد. با کمک دستگاه های توسعه یافته تحت هدایت کوتلنیکف، ایستگاه های فضایی "ونرا" و "ماژلان" انجام شد.مناطق راداری سیاره در بخش های از پیش تعیین شده در نتیجه، ما می دانیم که چه چیزی در زهره پشت ابرهای متراکم پنهان شده است. مریخ، مشتری، عطارد نیز کاوش شدند.
توسعه های Kotelnikov در ایستگاه های مداری و تلسکوپ های رادیویی مدرن کاربرد پیدا کرده است.
در سال 1998، V. A. Kotelnikov جایزه فون کارمان را دریافت کرد. این جایزه ای از سوی آکادمی بین المللی فضانوردی است که به افراد دارای تفکر خلاق به دلیل مشارکت قابل توجه در تحقیقات فضایی اهدا می شود.
جستجوی سیگنال های رادیویی از تمدن های فرازمینی
برنامه بین المللی برای جستجوی سیگنال های رادیویی تمدن های فرازمینی ستی با استفاده از بزرگترین تلسکوپ های رادیویی در دهه 90 راه اندازی شد. این کوتلنیکوف بود که نیاز به استفاده از گیرنده های چند کاناله را برای این منظور توجیه کرد. گیرنده های مدرن به طور همزمان به میلیون ها کانال رادیویی گوش می دهند و کل محدوده ممکن را پوشش می دهند.
همچنین، تحت رهبری او، کاری انجام شد که معیارهای یک سیگنال باند باریک معقول را در نویز و تداخل عمومی مشخص می کند.
متاسفانه، تاکنون این جستجو موفقیت آمیز نبوده است. اما در مقیاس تاریخ، آنها برای مدت بسیار کوتاهی انجام می شوند.
قضیه کوتلنیکوف به اکتشافات اساسی در علم اشاره دارد. می توان با خیال راحت با قضایای فیثاغورث، اویلر، گاوس، لورنتس و غیره همتراز شد.
در هر منطقه ای که انتقال یا دریافت سیگنال های الکترومغناطیسی ضروری است، ما آگاهانه یا ناخودآگاه از قضیه کوتلنیکف استفاده می کنیم. با تلفن صحبت می کنیم، تلویزیون تماشا می کنیمبه رادیو گوش دهید، از اینترنت استفاده کنید. همه اینها اساساً شامل اصل سیگنال های نمونه برداری است.
