ในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ 20 การสื่อสารทางโทรศัพท์และวิทยุพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในปี 1882 การแลกเปลี่ยนทางโทรศัพท์ครั้งแรกในรัสเซียได้เปิดตัวในเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก สถานีนี้มีผู้ติดตาม 259 คน และในเวลาเดียวกันในมอสโกก็มีสมาชิก 200 คน
ในปี 1896 อเล็กซานเดอร์ โปปอฟ ส่งสัญญาณวิทยุครั้งแรกในระยะทาง 250 เมตร มีเพียงสองคำเท่านั้น: "ไฮน์ริช เฮิรตซ์"
การพัฒนาการสื่อสารอยู่ในระดับแนวหน้าของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผ่านมากว่าศตวรรษแล้ว และต้องขอบคุณการทำงานของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรในอุตสาหกรรมนี้ ทำให้เราเห็นว่าโลกเปลี่ยนไปอย่างไร
เราไม่สามารถจินตนาการถึงชีวิตของเราได้หากไม่มีโทรศัพท์ วิทยุสื่อสาร โทรทัศน์ และอินเทอร์เน็ต สิ่งนี้มีพื้นฐานมาจากการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีที่พัฒนาโดย James Clerk Maxwell ในช่วงกลางศตวรรษที่สิบเก้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพาหะของสัญญาณที่มีประโยชน์ และในทฤษฎีการส่งสัญญาณ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวรัสเซีย นักวิชาการ Vladimir Alexandrovich Kotelnikov มีบทบาทพื้นฐาน
เข้าสู่วิทยาศาสตร์ภายใต้ชื่อทฤษฎีบทของ Kotelnikov
วลาดิเมียร์ อเล็กซานโดรวิชโคเทลนิคอฟ
นักวิชาการในอนาคตเกิดในปี 1908 ในครอบครัวของอาจารย์มหาวิทยาลัยคาซาน เคยศึกษาที่ MVTU im. Bauman เข้าร่วมการบรรยายที่เขาสนใจที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก ในปี พ.ศ. 2473 คณะวิศวกรรมไฟฟ้าที่ Kotelnikov ศึกษาได้เปลี่ยนเป็นสถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าแห่งมอสโกและ Kotelnikov สำเร็จการศึกษา หลังจากสำเร็จการศึกษาเขาทำงานในมหาวิทยาลัยและห้องปฏิบัติการต่างๆ ในช่วงสงคราม เขาเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการของสถาบันวิจัยแบบปิดในอูฟา ซึ่งเขาได้จัดการกับปัญหาของช่องทางการสื่อสารที่ปลอดภัยและการเข้ารหัสข้อความ
Solzhenitsyn กล่าวถึงพัฒนาการดังกล่าวโดยประมาณในนวนิยายเรื่อง "In the First Circle"
ประมาณสี่สิบปีที่เขาดูแลภาควิชา "พื้นฐานวิศวกรรมวิทยุ" และเป็นคณบดีคณะวิศวกรรมวิทยุ ต่อมาเขาได้เป็นผู้อำนวยการสถาบันวิศวกรรมวิทยุและอิเล็กทรอนิกส์ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต
นักศึกษาสาขาวิชาพิเศษที่เกี่ยวข้องทุกคนยังคงเรียนหนังสือตามตำราของ Kotelnikov เรื่อง "Theoretical Foundations of Radio Engineering"
Kotelnikov ยังจัดการกับปัญหาของดาราศาสตร์วิทยุ การวิจัยรังสีฟิสิกส์ของมหาสมุทร และการวิจัยอวกาศ
เขาไม่มีเวลาตีพิมพ์ผลงานล่าสุดของเขา "Model Quantum Mechanics" ซึ่งเขียนตอนอายุเกือบ 97 ปีแล้ว ออกมาแค่ปี 2008
V. A. Kotelnikov เสียชีวิตเมื่ออายุ 97 เมื่อวันที่ 11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2548 เขาเป็นวีรบุรุษของแรงงานสังคมนิยมสองเท่า ได้รับรางวัลจากรัฐบาลมากมาย หนึ่งในดาวเคราะห์น้อยได้รับการตั้งชื่อตามเขา
ทฤษฎีบทของ Kotelnikov
การพัฒนาระบบสื่อสารทำให้เกิดคำถามเชิงทฤษฎีมากมาย ตัวอย่างเช่น สัญญาณของช่วงความถี่ที่สามารถส่งสัญญาณผ่านช่องทางการสื่อสาร โครงสร้างทางกายภาพต่างกัน มีแบนด์วิดท์ต่างกัน เพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหายในระหว่างการรับ
ในปี 1933 Kotelnikov ได้พิสูจน์ทฤษฎีบทของเขา ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่าง
สูตรของทฤษฎีบทโคเทลนิคอฟ:
หากสัญญาณแอนะล็อกมีสเปกตรัมจำกัด (จำกัดความกว้าง) ก็สามารถสร้างใหม่ได้อย่างชัดเจนและปราศจากการสูญเสียจากตัวอย่างที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งถ่ายด้วยความถี่ที่มากกว่าความถี่บนสองเท่าอย่างเคร่งครัด
อธิบายกรณีที่เหมาะสมที่สุดเมื่อเวลาของระยะเวลาสัญญาณไม่มีที่สิ้นสุด ไม่มีการหยุดชะงัก แต่มีสเปกตรัมที่ จำกัด (ตามทฤษฎีบทของ Kotelnikov) อย่างไรก็ตาม แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายสัญญาณสเปกตรัมจำกัดนั้นใช้ได้กับสัญญาณจริงเป็นอย่างดี
ตามทฤษฎีบท Kotelnikov วิธีการสำหรับการส่งสัญญาณต่อเนื่องแบบไม่ต่อเนื่องสามารถทำได้
ความหมายทางกายภาพของทฤษฎีบท
ทฤษฎีบทของ Kotelnikov สามารถอธิบายง่ายๆ ได้ดังนี้ หากคุณต้องการส่งสัญญาณบางอย่างก็ไม่จำเป็นต้องส่งสัญญาณอย่างครบถ้วน คุณสามารถส่งแรงกระตุ้นทันที ความถี่ในการส่งสัญญาณของพัลส์เหล่านี้เรียกว่าความถี่สุ่มตัวอย่างในทฤษฎีบทโคเทลนิคอฟ ควรเป็นสองเท่าของความถี่บนของสเปกตรัมสัญญาณ ในกรณีนี้ เมื่อสิ้นสุดการรับ สัญญาณจะกลับคืนมาโดยไม่ผิดเพี้ยน
ทฤษฎีบทของ Kotelnikov ได้ข้อสรุปที่สำคัญมากเกี่ยวกับการแยกแยะมีอัตราการสุ่มตัวอย่างที่แตกต่างกันสำหรับสัญญาณประเภทต่างๆ สำหรับข้อความเสียง (โทรศัพท์) ที่มีความกว้างของช่อง 3.4 kHz - 6.8 kHz และสำหรับสัญญาณโทรทัศน์ - 16 MHz
ในทฤษฎีการสื่อสาร ช่องทางการสื่อสารมีหลายประเภท ในระดับกายภาพ - ช่องสัญญาณแบบมีสาย, อะคูสติก, ออปติคัล, อินฟราเรดและวิทยุ และถึงแม้ว่าทฤษฎีบทจะได้รับการพัฒนาสำหรับช่องทางการสื่อสารในอุดมคติ แต่ก็ใช้ได้กับช่องประเภทอื่นๆ ทั้งหมด
โทรคมนาคมหลายช่อง
ทฤษฎีบทของ Kotelnikov รองรับโทรคมนาคมหลายช่องทาง เมื่อสุ่มตัวอย่างและส่งพัลส์ ช่วงเวลาระหว่างพัลส์จะมากกว่าระยะเวลาของพัลส์มาก ซึ่งหมายความว่าในช่วงพัลส์ของสัญญาณหนึ่งสัญญาณ (ซึ่งเรียกว่ารอบการทำงาน) เป็นไปได้ที่จะส่งพัลส์ของสัญญาณอื่น ระบบสำหรับ 12, 15, 30, 120, 180, 1920 ช่องสัญญาณเสียงถูกนำมาใช้ นั่นคือ การสนทนาทางโทรศัพท์ประมาณ 2,000 รายการสามารถส่งพร้อมกันผ่านสายคู่เดียว
ตามทฤษฎีบท Kotelnikov พูดง่ายๆ ก็คือ ระบบการสื่อสารสมัยใหม่เกือบทั้งหมดเกิดขึ้น
แฮร์รี่ Nyquist
เช่นในบางครั้งทางวิทยาศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับปัญหาที่คล้ายคลึงกันมาถึงข้อสรุปเดียวกันเกือบพร้อมกัน นี้ค่อนข้างเป็นธรรมชาติ จนถึงขณะนี้ ข้อพิพาทยังไม่คลี่คลายว่าใครเป็นผู้ค้นพบกฎการอนุรักษ์ - Lomonosov หรือ Lavoisier ผู้คิดค้นหลอดไส้ - Yablochkin หรือ Edison ผู้คิดค้นวิทยุ - Popov หรือ Marconi รายการนี้ไม่มีที่สิ้นสุด
ใช่นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันเชื้อสายสวีเดน Harry Nyquist ในปี 1927 ในวารสาร "Certain Problems of Telegraph Transmission" ตีพิมพ์งานวิจัยของเขาด้วยข้อสรุปที่คล้ายกับของ Kotelnikov ทฤษฎีบทของเขาบางครั้งเรียกว่าทฤษฎีบท Kotelnikov-Nyquist
Harry Nyquist เกิดในปี 1907 สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกที่ Yale University และทำงานที่ Bell Labs ที่นั่นเขาศึกษาปัญหาของสัญญาณรบกวนจากความร้อนในแอมพลิฟายเออร์และมีส่วนร่วมในการพัฒนาโฟโตเทเลกราฟเครื่องแรก ผลงานของเขาเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาต่อไปของคลอดด์ แชนนอน Nyquist ถึงแก่กรรมในปี 1976
โคลด แชนนอน
Claude Shannon บางครั้งถูกเรียกว่าเป็นบิดาแห่งยุคข้อมูลข่าวสาร - การมีส่วนร่วมของเขาในทฤษฎีการสื่อสารและวิทยาการคอมพิวเตอร์นั้นยอดเยี่ยมมาก Claude Shannon เกิดในปี 1916 ในสหรัฐอเมริกา เขาทำงานที่ Bell Lab และมหาวิทยาลัยหลายแห่งในอเมริกา ในช่วงสงคราม เขาทำงานร่วมกับอลัน ทัวริงเพื่อถอดรหัสรหัสของเรือดำน้ำเยอรมัน
ในปี 1948 ในบทความ "Mathematical Theory of Communication" เขาเสนอคำว่า bit เป็นการกำหนดหน่วยข้อมูลขั้นต่ำ ในปีพ.ศ. 2492 เขาได้พิสูจน์ (โดยอิสระจาก Kotelnikov) ซึ่งเป็นทฤษฎีบทที่อุทิศให้กับการสร้างสัญญาณขึ้นใหม่จากตัวอย่างที่ไม่ต่อเนื่อง บางครั้งเรียกว่าทฤษฎีบท Kotelnikov-Shannon จริงอยู่ทางตะวันตกชื่อของทฤษฎีบท Nyquist-Shannon เป็นที่ยอมรับมากกว่า
แชนนอนแนะนำแนวคิดของเอนโทรปีในทฤษฎีการสื่อสาร ฉันเรียนรหัส ขอบคุณงานของเขา การเข้ารหัสกลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่เต็มเปี่ยม
Kotelnikov และการเข้ารหัส
Kotelnikov ยังจัดการกับปัญหาของรหัสและการเข้ารหัส น่าเสียดายที่ในสมัยของสหภาพโซเวียตทุกอย่างที่เกี่ยวข้องกับรหัสและรหัสลับถูกจัดประเภทอย่างเคร่งครัด และไม่สามารถตีพิมพ์ผลงานของ Kotelnikov หลายชิ้นได้ อย่างไรก็ตาม เขาทำงานเพื่อสร้างช่องทางการสื่อสารแบบปิด ซึ่งเป็นรหัสที่ศัตรูไม่สามารถถอดรหัสได้
18 มิถุนายน 1941 เกือบก่อนสงคราม บทความของ Kotelnikov เรื่อง "พื้นฐานของการเข้ารหัสอัตโนมัติ" ถูกเขียนขึ้น ตีพิมพ์ในคอลเลกชั่นปี 2006 เรื่อง "Quantum cryptography and Kotelnikov's theorem on one-time keys and readings"
ภูมิคุ้มกันทางเสียง
ด้วยความช่วยเหลือจากผลงานของ Kotelnikov ได้มีการพัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับการป้องกันเสียงรบกวนที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งกำหนดจำนวนการรบกวนสูงสุดที่สามารถอยู่ในช่องทางการสื่อสารเพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหาย พิจารณาความแตกต่างของตัวรับสัญญาณในอุดมคติซึ่งอยู่ไกลจากของจริง แต่มีการกำหนดวิธีปรับปรุงช่องทางการสื่อสารอย่างชัดเจน
สำรวจอวกาศ
ทีมที่นำโดย Kotelnikov มีส่วนสนับสนุนอย่างมากต่อระบบการสื่อสารในอวกาศ ระบบอัตโนมัติ และการวัดทางไกล Sergei Pavlovich Korolev เกี่ยวข้องกับห้องปฏิบัติการ Kotelnikov ในการแก้ปัญหาของอุตสาหกรรมอวกาศ
มีการสร้างจุดควบคุมและการวัดจำนวนหลายสิบจุด โดยเชื่อมโยงเป็นชุดควบคุมและการวัดเดี่ยว
อุปกรณ์เรดาร์สำหรับสถานีอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ได้รับการพัฒนา การทำแผนที่ได้ดำเนินการในบรรยากาศทึบแสงของดาวเคราะห์วีนัส ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ที่พัฒนาภายใต้การดูแลของ Kotelnikov สถานีอวกาศ "Venera" และ "Magellan" ได้ดำเนินการพื้นที่เรดาร์ของดาวเคราะห์ในส่วนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เป็นผลให้เรารู้ว่าอะไรซ่อนอยู่บนดาวศุกร์หลังเมฆหนาทึบ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวพุธก็ถูกสำรวจเช่นกัน
การพัฒนาของ Kotelnikov พบแอปพลิเคชั่นในสถานีโคจรและกล้องโทรทรรศน์วิทยุสมัยใหม่
ในปี 1998 V. A. Kotelnikov ได้รับรางวัล von Karman Prize นี่คือรางวัลจาก International Academy of Astronautics ซึ่งมอบให้กับผู้ที่มีความคิดเชิงสร้างสรรค์สำหรับส่วนสำคัญในการวิจัยอวกาศ
ค้นหาสัญญาณวิทยุจากอารยธรรมต่างดาว
โปรแกรมระหว่างประเทศเพื่อค้นหาสัญญาณวิทยุของอารยธรรมนอกโลก Seti โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดเปิดตัวใน 90s Kotelnikov เป็นผู้ให้เหตุผลความจำเป็นในการใช้เครื่องรับหลายช่องสัญญาณเพื่อจุดประสงค์นี้ เครื่องรับสมัยใหม่ฟังสถานีวิทยุหลายล้านช่องพร้อมกัน ครอบคลุมช่วงที่เป็นไปได้ทั้งหมด
ภายใต้การนำของเขา ยังได้ดำเนินการงานที่กำหนดเกณฑ์สำหรับสัญญาณย่านความถี่แคบที่สมเหตุสมผลในสัญญาณรบกวนและการรบกวนทั่วไป
ขออภัย การค้นหานี้ยังไม่ประสบผลสำเร็จ แต่ในระดับของประวัติศาสตร์ พวกเขาดำเนินการในช่วงเวลาสั้นมาก
ทฤษฎีบทของ Kotelnikov หมายถึงการค้นพบพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ สามารถเทียบเคียงกับทฤษฎีบทพีทาโกรัส ออยเลอร์ เกาส์ ลอเรนซ์ และอื่นๆ ได้อย่างปลอดภัย
ในทุกพื้นที่ที่จำเป็นในการส่งหรือรับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า เราใช้ทฤษฎีบท Kotelnikov ทั้งโดยรู้ตัวหรือไม่รู้ตัว เราคุยโทรศัพท์ ดูทีวีฟังวิทยุใช้อินเทอร์เน็ต ทั้งหมดนี้โดยทั่วไปมีหลักการของสัญญาณสุ่มตัวอย่าง
