في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين ، تطورت الاتصالات الهاتفية والراديوية بسرعة. في عام 1882 ، تم إطلاق أول مقسم هاتفي في روسيا في سان بطرسبرج. كان لهذه المحطة 259 مشتركًا. وفي موسكو في نفس الوقت تقريبًا كان هناك 200 مشترك
في عام 1896 ، أرسل ألكسندر بوبوف أول إشارة راديو عبر مسافة 250 مترًا ، تتكون من كلمتين فقط: "هاينريش هيرتز".
كان تطوير الاتصالات في طليعة التقدم التكنولوجي. لقد مر أكثر من قرن بقليل منذ ذلك الحين ، وبفضل عمل العلماء والمهندسين في هذه الصناعة ، نرى كيف تغير العالم.
لا يمكننا تخيل حياتنا بدون هواتف واتصالات راديو وتلفزيون وانترنت. يعتمد هذا على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية ، والتي طور نظريتها جيمس كليرك ماكسويل في منتصف القرن التاسع عشر. الموجات الكهرومغناطيسية هي حاملة الإشارات المفيدة ، وفي نظرية إرسال الإشارات ، تلعب نظرية العالم والمهندس الروسي الأكاديمي فلاديمير ألكساندروفيتش كوتيلنيكوف دورًا أساسيًا.
دخلت العلم تحت اسم نظرية Kotelnikov.
فلاديمير أليكساندروفيتشKotelnikov
الأكاديمي المستقبلي ولد عام 1908 في عائلة من معلمي جامعة قازان. درس في MVTU im. بومان ، محاضرات تهمه في جامعة موسكو الحكومية. في عام 1930 ، تم تحويل كلية الهندسة الكهربائية ، حيث درس Kotelnikov ، إلى معهد موسكو لهندسة الطاقة وتخرج منها Kotelnikov. بعد التخرج عمل في مختلف الجامعات والمعامل. خلال الحرب ، ترأس مختبرًا لمعهد أبحاث مغلق في أوفا ، حيث تعامل مع قضايا قنوات الاتصال الآمنة وتشفير الرسائل.
ذكر Solzhenitsyn تقريبًا مثل هذه التطورات في روايته "في الدائرة الأولى".
لمدة أربعين عامًا كان مسؤولًا عن قسم "أساسيات هندسة الراديو" ، وكان عميدًا لكلية هندسة الراديو. أصبح فيما بعد مديرًا لمعهد هندسة الراديو والإلكترونيات التابع لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.
لا يزال جميع الطلاب من التخصصات ذات الصلة يدرسون وفقًا لكتاب Kotelnikov "الأسس النظرية لهندسة الراديو".
Kotelnikov أيضًا تعامل مع مشاكل علم الفلك الراديوي ، والبحوث الفيزيائية الإشعاعية للمحيطات ، وأبحاث الفضاء.
لم يكن لديه الوقت لنشر عمله الأخير "نموذج ميكانيكا الكم" ، الذي كتب بالفعل في سن 97 تقريبًا. خرج فقط في عام 2008
V. توفي A. Kotelnikov عن عمر يناهز 97 عامًا في 11 فبراير 2005. كان بطلاً مرتين في العمل الاشتراكي ، وحصل على العديد من الجوائز الحكومية. سمي أحد الكواكب الصغيرة باسمه
نظرية Kotelnikov
تطوير أنظمة الاتصالاتيثير العديد من الأسئلة النظرية. على سبيل المثال ، إشارات النطاق الترددي الذي يمكن إرساله عبر قنوات الاتصال ، ببنية مادية مختلفة ، بنطاق ترددي مختلف ، حتى لا تفقد المعلومات أثناء الاستقبال.
في عام 1933 ، أثبت Kotelnikov نظريته ، والتي تسمى نظرية أخذ العينات.
صياغة نظرية كوتيلنيكوف:
إذا كانت الإشارة التناظرية لها طيف محدود (محدود العرض) ، فيمكن إعادة بنائها بشكل لا لبس فيه وبدون خسارة من عيناتها المنفصلة المأخوذة بتردد أكبر من ضعف التردد العلوي.
يصف الحالة المثالية عندما تكون مدة الإشارة غير محدودة. ليس لها انقطاعات ، لكن لها طيفًا محدودًا (حسب نظرية Kotelnikov). ومع ذلك ، فإن النموذج الرياضي الذي يصف إشارات محدودة الطيف قابل للتطبيق بشكل جيد في الممارسة العملية للإشارات الحقيقية.
بناءً على نظرية Kotelnikov ، يمكن تنفيذ طريقة الإرسال المنفصل للإشارات المستمرة.
المعنى المادي للنظرية
يمكن تفسير نظرية Kotelnikov بعبارات بسيطة على النحو التالي. إذا كنت بحاجة إلى إرسال إشارة معينة ، فليس من الضروري إرسالها بالكامل. يمكنك نقل نبضاته اللحظية. يُطلق على تردد إرسال هذه النبضات اسم تردد أخذ العينات في نظرية Kotelnikov. يجب أن يكون ضعف التردد العلوي لطيف الإشارة. في هذه الحالة ، عند الطرف المستقبل ، تتم استعادة الإشارة بدون تشويه.
تستخلص نظرية
Kotelnikov استنتاجات مهمة جدًا حول التكتم.هناك معدلات أخذ عينات مختلفة لأنواع مختلفة من الإشارات. لرسالة صوتية (هاتفية) بعرض قناة 3.4 كيلو هرتز - 6.8 كيلو هرتز ، ولإشارة تليفزيونية - 16 ميجا هرتز.
في نظرية الاتصال ، هناك عدة أنواع من قنوات الاتصال. على المستوى المادي - القنوات السلكية والصوتية والبصرية والأشعة تحت الحمراء والراديو. وعلى الرغم من تطوير النظرية لقناة اتصال مثالية ، إلا أنها قابلة للتطبيق على جميع أنواع القنوات الأخرى.
اتصالات متعددة القنوات
نظرية Kotelnikov تكمن وراء الاتصالات متعددة القنوات. عند أخذ عينات البقول ونقلها ، تكون الفترة بين النبضات أكبر بكثير من مدتها. هذا يعني أنه في فترات النبضات لإشارة واحدة (وهذا ما يسمى دورة العمل) ، من الممكن إرسال نبضات إشارة أخرى. تم تنفيذ أنظمة القنوات الصوتية 12 ، 15 ، 30 ، 120 ، 180 ، 1920. أي أنه يمكن نقل حوالي 2000 محادثة هاتفية في وقت واحد عبر زوج واحد من الأسلاك.
بناءً على نظرية Kotelnikov ، بكلمات بسيطة ، نشأت جميع أنظمة الاتصالات الحديثة تقريبًا.
هاري نيكويست
كما هو الحال أحيانًا في العلم ، يصل العلماء الذين يتعاملون مع مشكلات مماثلة في وقت واحد تقريبًا إلى نفس الاستنتاجات. هذا طبيعي جدا. حتى الآن ، لم تنحسر الخلافات حول من اكتشف قانون الحفظ - لومونوسوف أو لافوازييه ، الذي اخترع المصباح المتوهج - يابلوشكين أو إديسون ، الذي اخترع الراديو - بوبوف أو ماركوني. هذه القائمة لا تنتهي.
نعم ،نشر الفيزيائي الأمريكي من أصل سويدي هاري نيكويست في عام 1927 في مجلة "مشاكل معينة في نقل التلغراف" بحثه باستنتاجات مشابهة لاستنتاجات كوتيلنيكوف. تسمى نظريته أحيانًا نظرية Kotelnikov-Nyquist.
ولد هاري نيكويست عام 1907 ، وحصل على الدكتوراه في جامعة ييل ، وعمل في مختبرات بيل. هناك درس مشاكل الضوضاء الحرارية في مكبرات الصوت ، وشارك في تطوير أول بيغراف ضوئي. كانت أعماله بمثابة أساس للتطورات الإضافية لكلود شانون. توفي نيكويست عام 1976
كلود شانون
يُطلق على كلود شانون أحيانًا اسم والد عصر المعلومات - ومن الرائع مساهمته في نظرية الاتصالات وعلوم الكمبيوتر. ولد كلود شانون عام 1916 في الولايات المتحدة الأمريكية. عمل في معمل بيل وفي عدد من الجامعات الأمريكية. خلال الحرب ، عمل مع آلان تورينج لفك رموز الغواصات الألمانية.
في عام 1948 ، في مقالة "نظرية الاتصال الرياضية" ، اقترح مصطلح "بت" كتعيين للحد الأدنى من وحدة المعلومات. في عام 1949 ، أثبت (بشكل مستقل عن Kotelnikov) نظرية مخصصة لإعادة بناء إشارة من عيناتها المنفصلة. يطلق عليه أحيانًا نظرية Kotelnikov-Shannon. صحيح أن اسم نظرية نيكويست-شانون في الغرب مقبول أكثر.
قدم شانون مفهوم الإنتروبيا إلى نظرية الاتصال. لقد درست الرموز. بفضل عمله ، أصبح التشفير علمًا كاملاً.
Kotelnikov والتشفير
تعامل Kotelnikov أيضًا مع مشاكل الرموز والتشفير. لسوء الحظ ، في أيام اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تصنيف كل ما يتعلق بالرموز والأصفار بدقة. ولا يمكن أن تكون المنشورات المفتوحة للعديد من أعمال Kotelnikov. ومع ذلك ، عمل على إنشاء قنوات اتصال مغلقة ، لم يستطع العدو كسر رموزها.
18 يونيو 1941 ، قبل الحرب تقريبًا ، كُتب مقال Kotelnikov "أساسيات التشفير التلقائي" ، والذي نُشر في مجموعة 2006 "التشفير الكمي ونظرية Kotelnikov حول المفاتيح والقراءات لمرة واحدة".
مناعة ضد الضوضاء
بمساعدة عمل Kotelnikov ، تم تطوير نظرية مناعة الضوضاء المحتملة ، والتي تحدد الحد الأقصى لمقدار التداخل الذي يمكن أن يكون في قناة الاتصال حتى لا تضيع المعلومات. يعتبر متغيرًا لجهاز الاستقبال المثالي ، بعيدًا عن المستقبل الحقيقي. لكن طرق تحسين قناة الاتصال محددة بوضوح.
استكشاف الفضاء
قدم الفريق بقيادة Kotelnikov مساهمة كبيرة في أنظمة الاتصالات الفضائية والأتمتة والقياس عن بعد. أشرك سيرجي بافلوفيتش كوروليف معمل Kotelnikov في حل مشاكل صناعة الفضاء.
تم بناء العشرات من نقاط التحكم والقياس ، وربطها بمركب تحكم وقياس واحد.
تم تطوير معدات الرادار للمحطات الفضائية بين الكواكب ، وتم رسم الخرائط في الغلاف الجوي المعتم لكوكب الزهرة. بمساعدة الأجهزة التي تم تطويرها تحت إشراف Kotelnikov ، تم تنفيذ المحطتين الفضائيتين "Venera" و "Magellan"مناطق الرادار من الكوكب في قطاعات محددة سلفًا. نتيجة لذلك ، نعرف ما هو مخفي على كوكب الزهرة خلف السحب الكثيفة. كما تم استكشاف المريخ والمشتري وعطارد.
لقد وجدت تطورات Kotelnikov تطبيقات في المحطات المدارية والتلسكوبات الراديوية الحديثة.
في عام 1998 ، مُنح V. A. Kotelnikov جائزة فون كارمان. هذه جائزة من الأكاديمية الدولية للملاحة الفضائية ، تُمنح للأشخاص ذوي التفكير الإبداعي لمساهمة كبيرة في أبحاث الفضاء.
البحث عن إشارات الراديو من حضارات خارج كوكب الأرض
تم إطلاق البرنامج الدولي للبحث عن إشارات الراديو لحضارات خارج كوكب الأرض Seti باستخدام أكبر التلسكوبات الراديوية في التسعينيات. كان Kotelnikov هو الذي برر الحاجة إلى استخدام أجهزة استقبال متعددة القنوات لهذا الغرض. تستمع أجهزة الاستقبال الحديثة إلى ملايين القنوات الإذاعية في وقت واحد ، وتغطي النطاق المحتمل بأكمله.
أيضًا ، تحت قيادته ، تم تنفيذ العمل الذي يحدد معايير إشارة النطاق الضيق المعقولة في الضوضاء والتداخل العام.
لسوء الحظ ، لم ينجح هذا البحث حتى الآن. لكن على نطاق التاريخ ، يتم إجراؤها لفترة قصيرة جدًا.
تشير نظرية Kotelnikov إلى الاكتشافات الأساسية في العلوم. يمكن وضعها بأمان على قدم المساواة مع نظريات فيثاغورس ، أويلر ، غاوس ، لورنتز ، إلخ.
في كل منطقة حيث يكون من الضروري إرسال أو استقبال أي إشارات كهرومغناطيسية ، نستخدم بوعي أو بغير وعي نظرية Kotelnikov. نتحدث على الهاتف ، نشاهد التلفزيوناستمع إلى الراديو ، استخدم الإنترنت. كل هذا يحتوي أساسًا على مبدأ أخذ العينات.
