Vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, thông tin liên lạc qua điện thoại và vô tuyến phát triển nhanh chóng. Năm 1882, tổng đài điện thoại đầu tiên ở Nga được thành lập tại St. Petersburg. Trạm này đã có 259 người đăng ký. Và ở Moscow vào cùng thời điểm đó, có 200 người đăng ký.
Năm 1896, Alexander Popov truyền tín hiệu vô tuyến đầu tiên trên khoảng cách 250 mét, chỉ gồm hai từ: "Heinrich Hertz".
Sự phát triển của truyền thông đã đi đầu trong tiến bộ công nghệ. Hơn một thế kỷ đã trôi qua kể từ đó, và nhờ công sức của các nhà khoa học và kỹ sư trong ngành này, chúng ta thấy thế giới đã thay đổi như thế nào.
Chúng ta không thể tưởng tượng được cuộc sống của mình không có điện thoại, truyền thanh, truyền hình và Internet. Điều này dựa trên sự lan truyền của sóng điện từ, lý thuyết được James Clerk Maxwell phát triển vào giữa thế kỷ XIX. Sóng điện từ là vật mang các tín hiệu hữu ích, và trong lý thuyết truyền tín hiệu, định lý của nhà khoa học và kỹ sư người Nga, viện sĩ Vladimir Alexandrovich Kotelnikov đóng một vai trò cơ bản.
Nó đi vào khoa học dưới tên gọi của định lý Kotelnikov.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
Viện sĩ tương lai sinh năm 1908 trong một gia đình giáo viên Đại học Kazan. Học tại MVTU im. Bauman, đã tham dự các bài giảng mà ông quan tâm tại Đại học Tổng hợp Moscow. Năm 1930, khoa kỹ thuật điện, nơi Kotelnikov theo học, được chuyển đổi thành Học viện Kỹ thuật Điện Matxcova, và Kotelnikov tốt nghiệp từ đó. Sau khi tốt nghiệp, anh làm việc trong nhiều trường đại học và phòng thí nghiệm. Trong chiến tranh, ông đứng đầu phòng thí nghiệm của một viện nghiên cứu đóng cửa ở Ufa, nơi ông giải quyết các vấn đề về các kênh liên lạc an toàn và mã hóa tin nhắn.
Gần như những diễn biến như vậy đã được Solzhenitsyn đề cập trong cuốn tiểu thuyết "Trong vòng tròn đầu tiên" của ông.
Trong khoảng bốn mươi năm, ông phụ trách Khoa "Cơ bản về Kỹ thuật Vô tuyến", và là Chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật Vô tuyến điện. Sau đó, ông trở thành giám đốc Viện Kỹ thuật Vô tuyến và Điện tử của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô.
Tất cả sinh viên của các chuyên ngành liên quan vẫn đang học theo giáo trình "Cơ sở lý thuyết của kỹ thuật vô tuyến điện" của Kotelnikov.
Kotelnikov cũng giải quyết các vấn đề của thiên văn học vô tuyến, nghiên cứu vật lý phóng xạ của các đại dương và nghiên cứu không gian.
Ông ấy không có thời gian để xuất bản tác phẩm cuối cùng của mình "Cơ học lượng tử mô hình", được viết ở tuổi gần 97. Nó chỉ ra mắt vào năm 2008
V. A. Kotelnikov qua đời ở tuổi 97 vào ngày 11 tháng 2 năm 2005. Ông hai lần là anh hùng lao động xã hội chủ nghĩa, được tặng thưởng nhiều phần thưởng của Chính phủ. Một trong những hành tinh nhỏ được đặt theo tên của anh ấy.
Định lý Kotelnikov
Phát triển hệ thống thông tin liên lạcđặt ra nhiều câu hỏi lý thuyết. Ví dụ: tín hiệu của dải tần số nào có thể được truyền qua các kênh truyền thông, có cấu trúc vật lý khác nhau, với băng thông khác nhau, để không bị mất thông tin trong quá trình thu.
Năm 1933, Kotelnikov đã chứng minh định lý của mình, định lý này còn được gọi là định lý lấy mẫu.
Công thức định lý Kotelnikov:
Nếu một tín hiệu tương tự có phổ hữu hạn (giới hạn về độ rộng), thì nó có thể được tái tạo lại một cách rõ ràng và không bị mất từ các mẫu rời rạc được lấy ở tần số lớn hơn hai lần tần số trên.
Mô tả trường hợp lý tưởng khi thời gian của tín hiệu là vô hạn. Nó không có gián đoạn, nhưng nó có một phổ giới hạn (theo định lý Kotelnikov). Tuy nhiên, mô hình toán học mô tả các tín hiệu phổ giới hạn có thể áp dụng tốt trong thực tế cho các tín hiệu thực.
Dựa trên định lý Kotelnikov, một phương pháp truyền tín hiệu liên tục rời rạc có thể được thực hiện.
Ý nghĩa vật lý của định lý
Định lý
Kotelnikov có thể được giải thích bằng các thuật ngữ đơn giản như sau. Nếu bạn cần truyền một tín hiệu nào đó, thì không nhất thiết phải truyền toàn bộ. Bạn có thể truyền xung động tức thời của nó. Tần số truyền của các xung này được gọi là tần số lấy mẫu trong định lý Kotelnikov. Nó phải gấp đôi tần số trên của phổ tín hiệu. Trong trường hợp này, ở đầu nhận, tín hiệu được khôi phục mà không bị biến dạng.
Định lý
Kotelnikov rút ra những kết luận rất quan trọng về sự tùy tiện. Có các tốc độ lấy mẫu khác nhau cho các loại tín hiệu khác nhau. Đối với tin nhắn thoại (điện thoại) có độ rộng kênh từ 3,4 kHz - 6,8 kHz và đối với tín hiệu truyền hình - 16 MHz.
Trong lý thuyết giao tiếp, có một số loại kênh giao tiếp. Ở cấp độ vật lý - các kênh có dây, âm thanh, quang học, hồng ngoại và radio. Và mặc dù định lý được phát triển cho một kênh liên lạc lý tưởng, nó có thể áp dụng cho tất cả các loại kênh khác.
Viễn thông đa kênh
Định lý
Kotelnikov làm cơ sở cho viễn thông đa kênh. Khi lấy mẫu và phát xung, khoảng thời gian giữa các xung lớn hơn nhiều so với thời gian của chúng. Điều này có nghĩa là trong khoảng thời gian xung của một tín hiệu (đây được gọi là chu kỳ nhiệm vụ), có thể truyền xung của tín hiệu khác. Hệ thống cho 12, 15, 30, 120, 180, 1920 kênh thoại đã được triển khai. Tức là, khoảng 2000 cuộc trò chuyện điện thoại có thể được truyền đồng thời qua một cặp dây.
Dựa trên định lý Kotelnikov, nói một cách đơn giản, hầu như tất cả các hệ thống liên lạc hiện đại đã hình thành.
Harry Nyquist
Đôi khi cũng xảy ra trường hợp trong khoa học, các nhà khoa học giải quyết những vấn đề tương tự gần như đồng thời đưa ra cùng một kết luận. Điều này là khá tự nhiên. Cho đến nay, những tranh cãi vẫn chưa lắng xuống về việc ai là người phát hiện ra định luật bảo toàn - Lomonosov hay Lavoisier, người phát minh ra đèn sợi đốt - Yablochkin hay Edison, người phát minh ra radio - Popov hay Marconi. Danh sách này là vô tận.
Có,Nhà vật lý người Mỹ gốc Thụy Điển Harry Nyquist vào năm 1927 trên tạp chí "Các vấn đề nhất định của truyền điện tín" đã công bố nghiên cứu của ông với kết luận tương tự như của Kotelnikov. Định lý của ông đôi khi được gọi là định lý Kotelnikov-Nyquist.
Harry Nyquist sinh năm 1907, tốt nghiệp Tiến sĩ tại Đại học Yale và làm việc tại Bell Labs. Tại đây, ông đã nghiên cứu các vấn đề về nhiễu nhiệt trong các bộ khuếch đại, tham gia vào việc phát triển máy ghi quang đầu tiên. Các tác phẩm của ông là cơ sở cho những bước phát triển tiếp theo của Claude Shannon. Nyquist qua đời năm 1976
Claude Shannon
Claude Shannon đôi khi được gọi là cha đẻ của thời đại thông tin - đóng góp to lớn của ông cho lý thuyết truyền thông và khoa học máy tính. Claude Shannon sinh năm 1916 tại Mỹ. Ông đã làm việc tại Phòng thí nghiệm Bell và tại một số trường đại học của Mỹ. Trong chiến tranh, ông đã làm việc với Alan Turing để giải mã mật mã của tàu ngầm Đức.
Năm 1948, trong bài báo "Lý thuyết toán học về giao tiếp", ông đã đề xuất thuật ngữ bit như một ký hiệu của đơn vị thông tin tối thiểu. Năm 1949, ông chứng minh (độc lập với Kotelnikov) một định lý dành riêng cho việc tái tạo tín hiệu từ các mẫu rời rạc của nó. Đôi khi nó được gọi là định lý Kotelnikov-Shannon. Đúng, ở phương Tây, tên của định lý Nyquist-Shannon được chấp nhận nhiều hơn.
Shannon đã đưa khái niệm entropy vào lý thuyết truyền thông. Tôi đã nghiên cứu mã. Nhờ công trình nghiên cứu của ông, mật mã đã trở thành một ngành khoa học chính thức.
Kotelnikov và mật mã
Kotelnikov cũng xử lý các vấn đề về mã vàmật mã học. Thật không may, vào thời của Liên Xô, mọi thứ liên quan đến mật mã và mật mã đều được phân loại nghiêm ngặt. Và các ấn phẩm mở của nhiều tác phẩm của Kotelnikov không thể được. Tuy nhiên, anh ấy đã làm việc để tạo ra các kênh liên lạc khép kín, những mật mã mà kẻ thù không thể bẻ khóa.
Ngày 18 tháng 6 năm 1941, gần như trước chiến tranh, bài báo "Khái niệm cơ bản về mã hóa tự động" của Kotelnikov được viết, được xuất bản trong tuyển tập năm 2006 "Mật mã lượng tử và định lý Kotelnikov về khóa và số đọc một lần".
Chống ồn
Với sự giúp đỡ của công trình nghiên cứu của Kotelnikov, một lý thuyết về khả năng chống nhiễu đã được phát triển, lý thuyết này xác định lượng nhiễu tối đa có thể có trong một kênh liên lạc để thông tin không bị mất. Một biến thể của máy thu lý tưởng, khác xa với máy thu thật, được coi là một biến thể. Nhưng các cách để cải thiện kênh giao tiếp đã được xác định rõ ràng.
Khám phá không gian
Nhóm do Kotelnikov dẫn đầu đã đóng góp rất nhiều vào các hệ thống liên lạc không gian, tự động hóa và đo xa. Sergei Pavlovich Korolev đã tham gia vào phòng thí nghiệm Kotelnikov trong việc giải quyết các vấn đề của ngành công nghiệp vũ trụ.
Hàng chục điểm kiểm soát và đo lường đã được xây dựng, liên kết thành một tổ hợp đo lường và điều khiển duy nhất.
Thiết bị radar cho các trạm vũ trụ liên hành tinh đã được phát triển, việc lập bản đồ được thực hiện trong bầu khí quyển mờ đục của hành tinh Sao Kim. Với sự trợ giúp của các thiết bị được phát triển dưới sự chỉ đạo của Kotelnikov, các trạm vũ trụ "Venera" và "Magellan" đã tiến hànhkhu vực radar của hành tinh trong các lĩnh vực xác định trước. Nhờ đó, chúng ta biết được những gì ẩn giấu trên sao Kim đằng sau những đám mây dày đặc. Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thủy cũng đã được khám phá.
Những phát triển của Kotelnikov đã được ứng dụng trong các trạm quỹ đạo và kính thiên văn vô tuyến hiện đại.
Năm 1998, V. A. Kotelnikov được trao giải von Karman. Đây là giải thưởng của Học viện Du hành vũ trụ Quốc tế, được trao cho những người có tư duy sáng tạo vì những đóng góp đáng kể trong nghiên cứu vũ trụ.
Tìm kiếm tín hiệu radio từ các nền văn minh ngoài Trái đất
Chương trình quốc tế tìm kiếm tín hiệu vô tuyến của các nền văn minh ngoài Trái đất Seti sử dụng kính viễn vọng vô tuyến lớn nhất được đưa ra vào những năm 90. Chính Kotelnikov đã biện minh cho nhu cầu sử dụng máy thu đa kênh cho mục đích này. Máy thu hiện đại nghe hàng triệu kênh radio đồng thời, bao phủ toàn bộ phạm vi có thể.
Ngoài ra, dưới sự lãnh đạo của ông, công việc đã được thực hiện nhằm xác định các tiêu chí cho một tín hiệu băng hẹp hợp lý trong tiếng ồn và nhiễu nói chung.
Thật không may, cho đến nay việc tìm kiếm này vẫn chưa thành công. Nhưng trên quy mô lịch sử, chúng được tiến hành trong một thời gian rất ngắn.
Định lý Kotelnikov đề cập đến những khám phá cơ bản trong khoa học. Nó có thể được đặt ngang hàng một cách an toàn với các định lý của Pythagoras, Euler, Gauss, Lorentz, v.v.
Trong mọi lĩnh vực cần truyền hoặc nhận bất kỳ tín hiệu điện từ nào, chúng tôi sử dụng định lý Kotelnikov một cách có ý thức hoặc vô thức. Chúng tôi nói chuyện điện thoại, xem TVnghe đài, sử dụng Internet. Về cơ bản, tất cả điều này chứa đựng nguyên tắc lấy mẫu tín hiệu.
