Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelten sich Telefon- und Funkkommunikation rasant. 1882 wurde in St. Petersburg die erste Telefonzentrale Russlands eröffnet. Dieser Sender hatte 259 Abonnenten. Und in Moskau gab es ungefähr zur gleichen Zeit 200 Abonnenten.
Alexander Popov übertrug 1896 das erste Funksignal über eine Distanz von 250 Metern, bestehend aus nur zwei Worten: "Heinrich Hertz".
Die Entwicklung der Kommunikation steht an der Spitze des technologischen Fortschritts. Seitdem ist etwas mehr als ein Jahrhundert vergangen, und dank der Arbeit von Wissenschaftlern und Ingenieuren in dieser Branche sehen wir, wie sich die Welt verändert hat.
Wir können uns unser Leben ohne Telefon, Funk, Fernsehen und Internet nicht mehr vorstellen. Diese basiert auf der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, deren Theorie Mitte des 19. Jahrhunderts von James Clerk Maxwell entwickelt wurde. Elektromagnetische Wellen sind Träger nützlicher Signale, und in der Theorie der Signalübertragung spielt das Theorem des russischen Wissenschaftlers und Ingenieurs Akademiker Vladimir Alexandrovich Kotelnikov eine grundlegende Rolle.
Es ist unter dem Namen Satz von Kotelnikov in die Wissenschaft eingegangen.
Wladimir AlexandrowitschKotelnikow
Der zukünftige Akademiker wurde 1908 in einer Familie von Lehrern der Kasaner Universität geboren. Studium an der MVTU im. Bauman, besuchte für ihn interessante Vorlesungen an der Moskauer Staatsuniversität. 1930 wurde die Fakultät für Elektrotechnik, an der Kotelnikov studierte, in das Moskauer Institut für Energietechnik umgewandelt, an dem Kotelnikov seinen Abschluss machte. Nach seinem Abschluss arbeitete er an verschiedenen Universitäten und Labors. Während des Krieges leitete er das Labor einer geschlossenen Forschungsanst alt in Ufa, wo er sich mit Fragen sicherer Kommunikationswege und Nachrichtenverschlüsselung beschäftigte.
Ungefähr solche Entwicklungen erwähnt Solschenizyn in seinem Roman "Im ersten Kreis".
Rund vierzig Jahre leitete er den Lehrstuhl "Grundlagen der Funktechnik" und war Dekan der Fakultät für Funktechnik. Später wurde er Direktor des Instituts für Funktechnik und Elektronik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR.
Alle Studierenden der entsprechenden Fachrichtungen studieren nach wie vor nach Kotelnikovs Lehrbuch "Theoretische Grundlagen der Funktechnik".
Kotelnikov befasste sich auch mit Problemen der Radioastronomie, der radiophysikalischen Erforschung der Ozeane und der Weltraumforschung.
Er hatte keine Zeit, sein letztes Werk "Model Quantum Mechanics" zu veröffentlichen, geschrieben bereits im Alter von fast 97 Jahren. Es kam erst 2008 heraus
V. A. Kotelnikov starb im Alter von 97 Jahren am 11. Februar 2005. Er war zweimal ein Held der sozialistischen Arbeit, wurde mit vielen staatlichen Preisen ausgezeichnet. Einer der Kleinplaneten ist nach ihm benannt.
Satz von Kotelnikov
Entwicklung von Kommunikationssystemenwirft viele theoretische Fragen auf. Zum Beispiel Signale in welchem Frequenzbereich können über Kommunikationskanäle übertragen werden, mit unterschiedlicher physikalischer Struktur, mit unterschiedlicher Bandbreite, um beim Empfang keine Informationen zu verlieren.
1933 bewies Kotelnikov sein Theorem, das auch als Sampling-Theorem bezeichnet wird.
Formulierung des Satzes von Kotelnikov:
Wenn ein analoges Signal ein endliches (in der Breite begrenztes) Spektrum hat, dann kann es eindeutig und verlustfrei aus seinen diskreten Abtastwerten rekonstruiert werden, die mit einer Frequenz aufgenommen wurden, die strikt größer als das Doppelte der oberen Frequenz ist.
Beschreibt den Idealfall, wenn die Signaldauer unendlich ist. Es hat keine Unterbrechungen, aber es hat ein begrenztes Spektrum (nach dem Satz von Kotelnikov). Das mathematische Modell, das Signale mit begrenztem Spektrum beschreibt, ist jedoch in der Praxis gut auf reale Signale anwendbar.
Basierend auf dem Satz von Kotelnikov kann ein Verfahren zur diskreten Übertragung kontinuierlicher Signale implementiert werden.
Physikalische Bedeutung des Satzes
Der Satz von Kotelnikov lässt sich in einfachen Worten wie folgt erklären. Wenn Sie ein bestimmtes Signal übertragen müssen, dann ist es nicht notwendig, es vollständig zu übertragen. Sie können seine sofortigen Impulse übertragen. Die Sendefrequenz dieser Impulse wird im Satz von Kotelnikov als Abtastfrequenz bezeichnet. Sie sollte das Doppelte der oberen Frequenz des Signalspektrums sein. In diesem Fall wird das Signal auf der Empfangsseite ohne Verzerrung wiederhergestellt.
Der Satz von Kotelnikov zieht sehr wichtige Schlüsse über die Diskretisierung. Es gibt unterschiedliche Abtastraten für verschiedene Arten von Signalen. Für eine Sprachnachricht (Telefon) mit einer Kanalbreite von 3,4 kHz - 6,8 kHz und für ein Fernsehsignal - 16 MHz.
In der Kommunikationstheorie gibt es mehrere Arten von Kommunikationskanälen. Auf der physischen Ebene - kabelgebundene, akustische, optische, Infrarot- und Funkkanäle. Und obwohl das Theorem für einen idealen Kommunikationskanal entwickelt wurde, ist es auf alle anderen Arten von Kanälen anwendbar.
Multichannel-Telekommunikation
Der Satz von Kotelnikov liegt der Mehrkanal-Telekommunikation zugrunde. Beim Abtasten und Senden von Impulsen ist die Periode zwischen Impulsen viel größer als ihre Dauer. Das bedeutet, dass in den Intervallen von Impulsen eines Signals (dies wird als Arbeitszyklus bezeichnet) Impulse eines anderen Signals übertragen werden können. Es wurden Systeme für 12, 15, 30, 120, 180, 1920 Sprachkanäle implementiert. Das heißt, über ein Adernpaar können etwa 2000 Telefongespräche gleichzeitig übertragen werden.
Basierend auf dem Kotelnikov-Theorem sind, in einfachen Worten, fast alle modernen Kommunikationssysteme entstanden.
Harry Nyquist
Wie es in der Wissenschaft manchmal der Fall ist, kommen Wissenschaftler, die sich mit ähnlichen Problemen befassen, fast gleichzeitig zu denselben Schlussfolgerungen. Das ist ganz natürlich. Bis heute haben die Streitigkeiten darüber, wer das Gesetz der Erh altung entdeckt hat, nicht nachgelassen - Lomonosov oder Lavoisier, der die Glühlampe erfunden hat - Yablochkin oder Edison, der das Radio erfunden hat - Popov oder Marconi. Diese Liste ist endlos.
Ja,Der amerikanische Physiker schwedischer Herkunft Harry Nyquist veröffentlichte 1927 in der Zeitschrift "Certain Problems of Telegraph Transmission" seine Forschung mit ähnlichen Schlussfolgerungen wie Kotelnikov. Sein Satz wird manchmal als Satz von Kotelnikov-Nyquist bezeichnet.
Harry Nyquist wurde 1907 geboren, promovierte an der Yale University und arbeitete bei Bell Labs. Dort untersuchte er die Probleme des thermischen Rauschens in Verstärkern und war an der Entwicklung des ersten Fototelegrafen beteiligt. Seine Arbeiten dienten als Grundlage für die Weiterentwicklungen von Claude Shannon. Nyquist starb 1976
Claude Shannon
Claude Shannon wird manchmal als Vater des Informationszeit alters bezeichnet - so groß ist sein Beitrag zur Kommunikationstheorie und Informatik. Claude Shannon wurde 1916 in den USA geboren. Er arbeitete am Bell Lab und an mehreren amerikanischen Universitäten. Während des Krieges arbeitete er mit Alan Turing zusammen, um die Codes deutscher U-Boote zu entschlüsseln.
1948 schlug er in dem Artikel "Mathematische Theorie der Kommunikation" den Begriff Bit als Bezeichnung für die kleinste Informationseinheit vor. 1949 bewies er (unabhängig von Kotelnikov) einen Satz, der der Rekonstruktion eines Signals aus seinen diskreten Abtastwerten gewidmet war. Es wird manchmal als Kotelnikov-Shannon-Theorem bezeichnet. Es stimmt, im Westen ist der Name des Nyquist-Shannon-Theorems eher akzeptiert.
Shannon führte das Konzept der Entropie in die Kommunikationstheorie ein. Ich habe Codes studiert. Dank seiner Arbeit ist die Kryptographie zu einer vollwertigen Wissenschaft geworden.
Kotelnikov und Kryptografie
Kotelnikov befasste sich auch mit Problemen von Codes undKryptographie. Leider war in den Tagen der UdSSR alles, was mit Codes und Chiffren zu tun hatte, streng geheim. Und offene Veröffentlichungen vieler Werke von Kotelnikov konnten nicht sein. Er arbeitete jedoch daran, geschlossene Kommunikationskanäle zu schaffen, deren Codes der Feind nicht knacken konnte.
Am 18. Juni 1941, kurz vor dem Krieg, wurde Kotelnikovs Artikel "Grundlagen der automatischen Verschlüsselung" geschrieben, der 2006 in der Sammlung "Quantumcryptography and Kotelnikov's theorem on one-time keys and readings" veröffentlicht wurde.
Störfestigkeit
Mit Hilfe von Kotelnikovs Arbeit wurde eine Theorie der potenziellen Störfestigkeit entwickelt, die die maximale Menge an Interferenz bestimmt, die in einem Kommunikationskanal sein darf, damit keine Informationen verloren gehen. Betrachtet wird eine Variante eines idealen Empfängers, die weit vom realen entfernt ist. Aber Wege zur Verbesserung des Kommunikationskanals sind klar definiert.
Weltraumforschung
Das von Kotelnikov geleitete Team leistete einen großen Beitrag zu den Systemen der Weltraumkommunikation, Automatisierung und Telemetrie. Sergei Pavlovich Korolev beteiligte das Kotelnikov-Labor an der Lösung der Probleme der Weltraumindustrie.
Dutzende Kontroll- und Messpunkte wurden gebaut und zu einem einzigen Kontroll- und Messkomplex verbunden.
Radargeräte für interplanetare Raumstationen wurden entwickelt, Kartierungen wurden in der undurchsichtigen Atmosphäre des Planeten Venus durchgeführt. Mit Hilfe von Geräten, die unter der Leitung von Kotelnikov entwickelt wurden, wurden die Raumstationen "Venera" und "Magellan" durchgeführtRadarbereiche des Planeten in vorbestimmten Sektoren. Dadurch wissen wir, was sich auf der Venus hinter dichten Wolken verbirgt. Mars, Jupiter, Merkur wurden ebenfalls erforscht.
Kotelnikovs Entwicklungen fanden Anwendung in Orbitalstationen und modernen Radioteleskopen.
1998 wurde V. A. Kotelnikov mit dem von-Karman-Preis ausgezeichnet. Dies ist eine Auszeichnung der International Academy of Astronautics, die an Menschen mit kreativem Denken für einen bedeutenden Beitrag zur Weltraumforschung verliehen wird.
Suche nach Funksignalen von außerirdischen Zivilisationen
Das internationale Programm zur Suche nach Funksignalen außerirdischer Zivilisationen Seti mit den größten Radioteleskopen wurde in den 90er Jahren gestartet. Es war Kotelnikov, der die Notwendigkeit begründete, für diesen Zweck Mehrkanalempfänger zu verwenden. Moderne Receiver hören Millionen von Funkkanälen gleichzeitig und decken die gesamte mögliche Reichweite ab.
Auch wurden unter seiner Leitung Arbeiten durchgeführt, die die Kriterien für ein vernünftiges schmalbandiges Signal im allgemeinen Rauschen und Interferenzen definieren.
Leider war diese Suche bisher nicht erfolgreich. Aber im historischen Maßstab werden sie nur für sehr kurze Zeit durchgeführt.
Der Satz von Kotelnikov bezieht sich auf grundlegende Entdeckungen in der Wissenschaft. Es kann sicher mit den Sätzen von Pythagoras, Euler, Gauß, Lorentz usw. gleichgesetzt werden.
Überall dort, wo elektromagnetische Signale gesendet oder empfangen werden müssen, wenden wir bewusst oder unbewusst das Kotelnikov-Theorem an. Wir telefonieren, sehen fernRadio hören, Internet nutzen. All dies beinh altet im Grunde das Prinzip der Abtastung von Signalen.
