A finals del segle XIX i principis del segle XX, les comunicacions telefòniques i radiofòniques es van desenvolupar ràpidament. L'any 1882 es va posar en marxa la primera central telefònica de Rússia a Sant Petersburg. Aquesta estació tenia 259 abonats. I a Moscou aproximadament a la mateixa època hi havia 200 subscriptors.
El 1896, Alexander Popov va transmetre el primer senyal de ràdio a una distància de 250 metres, format només per dues paraules: "Heinrich Hertz".
El desenvolupament de les comunicacions ha estat a l'avantguarda del progrés tecnològic. Ha passat una mica més d'un segle des d'aleshores, i gràcies al treball dels científics i enginyers d'aquesta indústria, veiem com ha canviat el món.
No ens podem imaginar la nostra vida sense telèfons, radiocomunicacions, televisió i Internet. Això es basa en la propagació d'ones electromagnètiques, la teoria de les quals va ser desenvolupada per James Clerk Maxwell a mitjans del segle XIX. Les ones electromagnètiques són portadores de senyals útils i, en la teoria de la transmissió de senyals, el teorema del científic i enginyer rus, l'acadèmic Vladimir Alexandrovich Kotelnikov té un paper fonamental.
Va entrar a la ciència amb el nom de teorema de Kotelnikov.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
El futur acadèmic va néixer l'any 1908 en una família de professors de la Universitat de Kazan. Va estudiar a MVTU im. Bauman, va assistir a conferències del seu interès a la Universitat Estatal de Moscou. El 1930, la facultat d'enginyeria elèctrica, on Kotelnikov va estudiar, es va transformar en l'Institut d'Enginyeria Energètica de Moscou, i Kotelnikov es va graduar. Després de graduar-se, va treballar en diverses universitats i laboratoris. Durant la guerra, va dirigir el laboratori d'un institut de recerca tancat a Ufa, on es va ocupar de qüestions de canals de comunicació segurs i codificació de missatges.
Aproximadament aquests desenvolupaments són esmentats per Solzhenitsyn a la seva novel·la "Al primer cercle".
Durant uns quaranta anys va estar al capdavant del Departament de "Fundaments de l'Enginyeria Radiofònica", i va ser el Degà de la Facultat d'Enginyeria Radiofònica. Més tard es va convertir en director de l'Institut d'Enginyeria de Ràdio i Electrònica de l'Acadèmia de Ciències de l'URSS.
Tots els estudiants de les especialitats rellevants encara estan estudiant segons el llibre de text de Kotelnikov "Fundaments teòrics de l'enginyeria radiofònica".
Kotelnikov també va tractar els problemes de la radioastronomia, la investigació radiofísica dels oceans i la investigació espacial.
No va tenir temps de publicar el seu darrer treball "Model Quantum Mechanics", escrit ja als gairebé 97 anys. Només va sortir el 2008
V. A. Kotelnikov va morir als 97 anys l'11 de febrer de 2005. Va ser dues vegades un heroi del treball socialista, va rebre molts premis governamentals. Un dels planetes menors porta el seu nom.
Teorema de Kotelnikov
Desenvolupament de sistemes de comunicacióplanteja moltes preguntes teòriques. Per exemple, els senyals de quin rang de freqüències es poden transmetre per canals de comunicació, d'estructura física diferent, amb ample de banda diferent, per no perdre informació durant la recepció.
El 1933, Kotelnikov va demostrar el seu teorema, que d' altra manera s'anomena teorema de mostreig.
Formulació del teorema de Kotelnikov:
Si un senyal analògic té un espectre finit (ample limitat), es pot reconstruir sense ambigüitats i sense pèrdua a partir de les seves mostres discretes preses a una freqüència estrictament superior al doble de la freqüència superior.
Descriu el cas ideal quan el temps de durada del senyal és infinit. No té interrupcions, però té un espectre limitat (segons el teorema de Kotelnikov). Tanmateix, el model matemàtic que descriu senyals d'espectre limitat és ben aplicable a la pràctica als senyals reals.
Basat en el teorema de Kotelnikov, es pot implementar un mètode per a la transmissió discreta de senyals continus.
Significat físic del teorema
El teorema de Kotelnikov es pot explicar en termes senzills de la següent manera. Si necessiteu transmetre un determinat senyal, no és necessari transmetre'l sencer. Podeu transmetre els seus impulsos instantanis. La freqüència de transmissió d'aquests polsos s'anomena freqüència de mostreig en el teorema de Kotelnikov. Hauria de ser el doble de la freqüència superior de l'espectre del senyal. En aquest cas, a l'extrem receptor, el senyal es restaura sense distorsió.
El teorema de Kotelnikov treu conclusions molt importants sobre la discretització. Hi ha diferents velocitats de mostreig per a diferents tipus de senyals. Per a un missatge de veu (telèfon) amb una amplada de canal de 3,4 kHz - 6,8 kHz i per a un senyal de televisió - 16 MHz.
En la teoria de la comunicació, hi ha diversos tipus de canals de comunicació. A nivell físic: canals per cable, acústics, òptics, infrarojos i de ràdio. I tot i que el teorema es va desenvolupar per a un canal de comunicació ideal, és aplicable a tots els altres tipus de canals.
Telecomunicacions multicanal
El teorema de Kotelnikov és la base de les telecomunicacions multicanal. Quan es mostren i transmeten polsos, el període entre polsos és molt més gran que la seva durada. Això vol dir que en els intervals de polsos d'un senyal (això s'anomena cicle de treball), és possible transmetre polsos d'un altre senyal. Es van implementar sistemes per a canals de veu 12, 15, 30, 120, 180, 1920. És a dir, es poden transmetre unes 2.000 converses telefòniques simultàniament per un parell de cables.
Basat en el teorema de Kotelnikov, en paraules senzilles, van sorgir gairebé tots els sistemes de comunicació moderns.
Harry Nyquist
Com passa de vegades en la ciència, els científics que tracten problemes similars arriben gairebé simultàniament a les mateixes conclusions. Això és força natural. Fins ara, les disputes no s'han calmat sobre qui va descobrir la llei de conservació: Lomonosov o Lavoisier, que van inventar la làmpada incandescent, Yablochkin o Edison, que va inventar la ràdio, Popov o Marconi. Aquesta llista és infinita.
Sí,El físic nord-americà d'origen suec Harry Nyquist l'any 1927 a la revista "Certain Problems of Telegraph Transmission" va publicar la seva investigació amb conclusions semblants a les de Kotelnikov. El seu teorema de vegades s'anomena teorema de Kotelnikov-Nyquist.
Harry Nyquist va néixer l'any 1907, es va doctorar a la Universitat de Yale i va treballar als laboratoris Bell. Allà va estudiar els problemes del soroll tèrmic en els amplificadors, va participar en el desenvolupament del primer fototelègraf. Les seves obres van servir de base per als desenvolupaments posteriors de Claude Shannon. Nyquist va morir el 1976
Claude Shannon
Claude Shannon és de vegades anomenat el pare de l'era de la informació; tan gran és la seva contribució a la teoria de la comunicació i la informàtica. Claude Shannon va néixer l'any 1916 als Estats Units. Va treballar al Bell Lab i en diverses universitats americanes. Durant la guerra, va treballar amb Alan Turing per desxifrar els codis dels submarins alemanys.
L'any 1948, a l'article "Teoria matemàtica de la comunicació", va proposar el terme bit com a designació de la unitat mínima d'informació. El 1949, va demostrar (independentment de Kotelnikov) un teorema dedicat a la reconstrucció d'un senyal a partir de les seves mostres discretes. De vegades s'anomena teorema de Kotelnikov-Shannon. És cert que a Occident el nom del teorema de Nyquist-Shannon és més acceptat.
Shannon va introduir el concepte d'entropia a la teoria de la comunicació. Vaig estudiar codis. Gràcies al seu treball, la criptografia s'ha convertit en una ciència en tota regla.
Kotelnikov i criptografia
Kotelnikov també va tractar problemes de codis icriptografia. Malauradament, a l'època de l'URSS, tot allò relacionat amb codis i xifres estava estrictament classificat. I les publicacions obertes de moltes de les obres de Kotelnikov no podien ser. No obstant això, va treballar per crear canals de comunicació tancats, els codis dels quals l'enemic no podia trencar.
El 18 de juny de 1941, gairebé abans de la guerra, es va escriure l'article de Kotelnikov "Basics of automatic encryption", publicat a la col·lecció de 2006 "Quantum cryptography and Kotelnikov's theorema on one-time keys and readings".
Immunitat al soroll
Amb l'ajuda del treball de Kotelnikov, es va desenvolupar una teoria de la immunitat potencial al soroll, que determina la quantitat màxima d'interferència que pot haver-hi en un canal de comunicació perquè no es perdi informació. Es considera una variant d'un receptor ideal, que està lluny del real. Però les maneres de millorar el canal de comunicació estan clarament definides.
Exploració espacial
L'equip liderat per Kotelnikov va fer una gran contribució als sistemes de comunicacions espacials, automatització i telemetria. Sergei Pavlovich Korolev va implicar el laboratori Kotelnikov en la resolució dels problemes de la indústria espacial.
S'han construït desenes de punts de control i mesura, connectats en un únic complex de control i mesura.
Es va desenvolupar equips de radar per a estacions espacials interplanetàries, es va fer cartografia a l'atmosfera opaca del planeta Venus. Amb l'ajuda de dispositius desenvolupats sota la direcció de Kotelnikov, les estacions espacials "Venera" i "Magellan" van dur a termezones de radar del planeta en sectors predeterminats. Com a resultat, sabem què s'amaga a Venus darrere dels núvols densos. També es van explorar Mart, Júpiter i Mercuri.
Els desenvolupaments de Kotelnikov han trobat aplicació a les estacions orbitals i als radiotelescopis moderns.
L'any 1998, V. A. Kotelnikov va rebre el premi von Karman. Aquest és un premi de l'Acadèmia Internacional d'Astronàutica, que s'atorga a persones amb pensament creatiu per una contribució significativa a la investigació espacial.
Cerca senyals de ràdio de civilitzacions extraterrestres
El programa internacional per buscar senyals de ràdio de civilitzacions extraterrestres Seti utilitzant els radiotelescopis més grans es va llançar als anys 90. Va ser Kotelnikov qui va justificar la necessitat d'utilitzar receptors multicanal per a aquest propòsit. Els receptors moderns escolten milions de canals de ràdio simultàniament, que cobreixen tot el rang possible.
A més, sota el seu lideratge, es va dur a terme un treball que defineix els criteris per a un senyal de banda estreta raonable en soroll i interferències generals.
Malauradament, fins ara aquesta cerca no ha tingut èxit. Però a escala històrica, es duen a terme durant molt poc temps.
El teorema de Kotelnikov fa referència als descobriments fonamentals de la ciència. Es pot posar de manera segura a l'alçada dels teoremes de Pitàgores, Euler, Gauss, Lorentz, etc.
En totes les àrees on és necessari transmetre o rebre senyals electromagnètics, utilitzem conscient o inconscientment el teorema de Kotelnikov. Parlem per telèfon, mirem la televisióescoltar la ràdio, utilitzar Internet. Tot això conté bàsicament el principi dels senyals de mostreig.
