მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს და მეოცე საუკუნის დასაწყისში სატელეფონო და რადიო კომუნიკაციები სწრაფად განვითარდა. 1882 წელს სანქტ-პეტერბურგში რუსეთში პირველი სატელეფონო სადგური ამოქმედდა. ამ სადგურს ჰყავდა 259 აბონენტი. მოსკოვში კი დაახლოებით იმავე დროს იყო 200 გამომწერი.
1896 წელს ალექსანდრე პოპოვმა გადასცა პირველი რადიოსიგნალი 250 მეტრის მანძილზე, რომელიც შედგებოდა მხოლოდ ორი სიტყვისაგან: "ჰაინრიხ ჰერცი".
კომუნიკაციების განვითარება ტექნოლოგიური პროგრესის სათავეში იყო. მას შემდეგ საუკუნეზე ცოტა მეტი გავიდა და ამ ინდუსტრიის მეცნიერებისა და ინჟინრების მუშაობის წყალობით, ჩვენ ვხედავთ, თუ როგორ შეიცვალა მსოფლიო.
ჩვენ ვერ წარმოგვიდგენია ჩვენი ცხოვრება ტელეფონების, რადიო კომუნიკაციების, ტელევიზიისა და ინტერნეტის გარეშე. ეს ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელებას, რომლის თეორია შეიმუშავა ჯეიმს კლერკ მაქსველმა მეცხრამეტე საუკუნის შუა ხანებში. ელექტრომაგნიტური ტალღები სასარგებლო სიგნალების მატარებელია, ხოლო სიგნალის გადაცემის თეორიაში ფუნდამენტურ როლს ასრულებს რუსი მეცნიერისა და ინჟინრის, აკადემიკოს ვლადიმერ ალექსანდროვიჩ კოტელნიკოვის თეორემა.
იგი შევიდა მეცნიერებაში კოტელნიკოვის თეორემის სახელით.
ვლადიმერ ალექსანდროვიჩიკოტელნიკოვი
მომავალი აკადემიკოსი დაიბადა 1908 წელს ყაზანის უნივერსიტეტის მასწავლებლების ოჯახში. სწავლობდა MVTU im. ბაუმანი, ესწრებოდა მისთვის საინტერესო ლექციებს მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტში. 1930 წელს ელექტროსაინჟინრო ფაკულტეტი, სადაც კოტელნიკოვი სწავლობდა, გადაკეთდა მოსკოვის ენერგეტიკის ინსტიტუტად და კოტელნიკოვმა დაამთავრა. სკოლის დამთავრების შემდეგ მუშაობდა სხვადასხვა უნივერსიტეტებსა და ლაბორატორიებში. ომის დროს ის ხელმძღვანელობდა დახურული კვლევითი ინსტიტუტის ლაბორატორიას უფაში, სადაც ამუშავებდა უსაფრთხო საკომუნიკაციო არხების და შეტყობინებების კოდირების საკითხებს.
დაახლოებით ასეთ მოვლენებს ახსენებს სოლჟენიცინი თავის რომანში "პირველ წრეში".
დაახლოებით ორმოცი წლის განმავლობაში ხელმძღვანელობდა "რადიოინჟინერიის საფუძვლების" კათედრას, იყო რადიოინჟინერიის ფაკულტეტის დეკანი. მოგვიანებით გახდა სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის რადიოინჟინერიისა და ელექტრონიკის ინსტიტუტის დირექტორი.
შესაბამისი სპეციალობების ყველა სტუდენტი კვლავ სწავლობს კოტელნიკოვის სახელმძღვანელოს "რადიოინჟინერიის თეორიული საფუძვლები".
კოტელნიკოვი ასევე ეხებოდა რადიოასტრონომიის, ოკეანეების რადიოფიზიკური კვლევისა და კოსმოსური კვლევის პრობლემებს.
მას არ ჰქონდა დრო, გამოექვეყნებინა თავისი ბოლო ნაშრომი "Model Quantum Mechanics", დაწერილი უკვე თითქმის 97 წლის ასაკში. ის მხოლოდ 2008 წელს გამოვიდა
ვ.ა.კოტელნიკოვი გარდაიცვალა 97 წლის ასაკში 2005 წლის 11 თებერვალს. ის ორჯერ იყო სოციალისტური შრომის გმირი, დაჯილდოვდა მრავალი სამთავრობო ჯილდოებით. ერთ-ერთ მცირე პლანეტას მისი სახელი ჰქვია.
კოტელნიკოვის თეორემა
საკომუნიკაციო სისტემების განვითარებაბადებს ბევრ თეორიულ კითხვას. მაგალითად, სიგნალები იმის შესახებ, თუ რა სიხშირის დიაპაზონი შეიძლება გადაიცეს საკომუნიკაციო არხებზე, სხვადასხვა ფიზიკური სტრუქტურის, განსხვავებული გამტარიანობით, რათა არ დაკარგოს ინფორმაცია მიღების დროს.
1933 წელს კოტელნიკოვმა დაამტკიცა თავისი თეორემა, რომელსაც სხვაგვარად უწოდებენ შერჩევის თეორემას.
კოტელნიკოვის თეორემის ფორმულირება:
თუ ანალოგურ სიგნალს აქვს სასრული (სიგანით შეზღუდული) სპექტრი, მაშინ მისი რეკონსტრუქცია შესაძლებელია ცალსახად და დაკარგვის გარეშე მისი დისკრეტული ნიმუშებიდან აღებული ზედა სიხშირეზე ორჯერ მეტი სიხშირით.
აღწერს იდეალურ შემთხვევას, როდესაც სიგნალის ხანგრძლივობის დრო უსასრულოა. მას არ აქვს შეფერხებები, მაგრამ აქვს შეზღუდული სპექტრი (კოტელნიკოვის თეორემით). თუმცა, მათემატიკური მოდელი, რომელიც აღწერს შეზღუდული სპექტრის სიგნალებს, პრაქტიკაში კარგად გამოიყენება რეალურ სიგნალებზე.
კოტელნიკოვის თეორემაზე დაყრდნობით შეიძლება განხორციელდეს უწყვეტი სიგნალების დისკრეტული გადაცემის მეთოდი.
თეორემის ფიზიკური მნიშვნელობა
კოტელნიკოვის თეორემა შეიძლება აიხსნას მარტივი სიტყვებით შემდეგნაირად. თუ თქვენ გჭირდებათ გარკვეული სიგნალის გადაცემა, მაშინ არ არის აუცილებელი მისი სრულად გადაცემა. თქვენ შეგიძლიათ გადასცეთ მისი მყისიერი იმპულსები. ამ იმპულსების გადაცემის სიხშირეს კოტელნიკოვის თეორემაში შერჩევის სიხშირე ეწოდება. ეს უნდა იყოს ორჯერ მეტი სიგნალის სპექტრის ზედა სიხშირეზე. ამ შემთხვევაში, მიმღებ ბოლოს, სიგნალი აღდგება დამახინჯების გარეშე.
კოტელნიკოვის თეორემა გამოაქვს ძალიან მნიშვნელოვანი დასკვნები დისკრეტიზაციის შესახებ.არსებობს სხვადასხვა ტიპის სიგნალებისთვის შერჩევის სხვადასხვა სიჩქარე. ხმოვანი (სატელეფონო) შეტყობინებისთვის არხის სიგანით 3.4 kHz - 6.8 kHz და სატელევიზიო სიგნალისთვის - 16 MHz.
კომუნიკაციის თეორიაში არსებობს რამდენიმე სახის საკომუნიკაციო არხი. ფიზიკურ დონეზე - სადენიანი, აკუსტიკური, ოპტიკური, ინფრაწითელი და რადიო არხები. და მიუხედავად იმისა, რომ თეორემა შეიქმნა იდეალური საკომუნიკაციო არხისთვის, ის გამოიყენება ყველა სხვა ტიპის არხზე.
მრავალარხიანი ტელეკომუნიკაცია
კოტელნიკოვის თეორემა ემყარება მრავალარხიან ტელეკომუნიკაციას. იმპულსების შერჩევისა და გადაცემისას, იმპულსებს შორის პერიოდი ბევრად აღემატება მათ ხანგრძლივობას. ეს ნიშნავს, რომ ერთი სიგნალის იმპულსების ინტერვალებში (ამას ეძახიან სამუშაო ციკლს), შესაძლებელია სხვა სიგნალის იმპულსების გადაცემა. დანერგილი იქნა სისტემები 12, 15, 30, 120, 180, 1920 ხმის არხებისთვის. ანუ, დაახლოებით 2000 სატელეფონო საუბარი შეიძლება გადაიცეს ერთდროულად ერთი წყვილი მავთულით.
კოტელნიკოვის თეორემაზე დაყრდნობით, მარტივი სიტყვებით, წარმოიშვა თითქმის ყველა თანამედროვე საკომუნიკაციო სისტემა.
Harry Nyquist
როგორც ხანდახან ხდება მეცნიერებაში, მეცნიერები, რომლებიც მსგავს პრობლემებს აგვარებენ, თითქმის ერთდროულად ერთსა და იმავე დასკვნამდე მიდიან. ეს საკმაოდ ბუნებრივია. აქამდე კამათი არ ცხრება იმაზე, თუ ვინ აღმოაჩინა კონსერვაციის კანონი - ლომონოსოვმა თუ ლავუაზიემ, ვინ გამოიგონა ინკანდესენტური ნათურა - იაბლოჩკინი თუ ედისონი, რომელმაც გამოიგონა რადიო - პოპოვი თუ მარკონი. ეს სია უსასრულოა.
დიახ,შვედური წარმოშობის ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჰარი ნიკუისტმა 1927 წელს ჟურნალში "ტელეგრაფის გადაცემის გარკვეული პრობლემები" გამოაქვეყნა თავისი კვლევა კოტელნიკოვის მსგავსი დასკვნებით. მის თეორემას ზოგჯერ კოტელნიკოვ-ნიკვისტის თეორემასაც უწოდებენ.
ჰარი ნიკუისტი დაიბადა 1907 წელს, დაამთავრა დოქტორი იელის უნივერსიტეტში და მუშაობდა Bell Labs-ში. იქ მან შეისწავლა თერმული ხმაურის პრობლემები გამაძლიერებლებში, მონაწილეობა მიიღო პირველი ფოტოტელეგრაფის შემუშავებაში. მისი ნამუშევრები საფუძვლად დაედო კლოდ შენონის შემდგომ განვითარებას. Nyquist გარდაიცვალა 1976 წელს
კლოდ შენონი
კლოდ შენონს ზოგჯერ უწოდებენ ინფორმაციის ეპოქის მამას - იმდენად დიდია მისი წვლილი კომუნიკაციისა და კომპიუტერული მეცნიერების თეორიაში. კლოდ შენონი დაიბადა 1916 წელს აშშ-ში. მუშაობდა Bell Lab-ში და არაერთ ამერიკულ უნივერსიტეტში. ომის დროს ის მუშაობდა ალან ტურინგთან გერმანული წყალქვეშა ნავების კოდების გაშიფვრაზე.
1948 წელს, სტატიაში "კომუნიკაციის მათემატიკური თეორია", მან შესთავაზა ტერმინი ბიტი, როგორც ინფორმაციის მინიმალური ერთეულის აღნიშვნა. 1949 წელს მან დაამტკიცა (კოტელნიკოვისგან დამოუკიდებლად) თეორემა, რომელიც ეძღვნებოდა სიგნალის რეკონსტრუქციას მისი დისკრეტული ნიმუშებიდან. მას ზოგჯერ კოტელნიკოვ-შენონის თეორემასაც უწოდებენ. მართალია, დასავლეთში ნიკვისტ-შენონის თეორემის სახელი უფრო მიღებულია.
შენონმა შემოიტანა ენტროპიის ცნება კომუნიკაციის თეორიაში. კოდებს ვსწავლობდი. მისი მუშაობის წყალობით კრიპტოგრაფია სრულფასოვან მეცნიერებად იქცა.
კოტელნიკოვი და კრიპტოგრაფია
კოტელნიკოვი ასევე შეეხო კოდების პრობლემებს დაკრიპტოგრაფია. სამწუხაროდ, სსრკ-ს დღეებში, ყველაფერი, რაც დაკავშირებული იყო კოდებთან და შიფრებთან, მკაცრად იყო კლასიფიცირებული. და კოტელნიკოვის მრავალი ნაწარმოების ღია პუბლიკაცია არ შეიძლებოდა. თუმცა, ის მუშაობდა კომუნიკაციის დახურული არხების შექმნაზე, რომელთა კოდებიც მტერმა ვერ გატეხა.
1941 წლის 18 ივნისს, თითქმის ომამდე, დაიწერა კოტელნიკოვის სტატია "ავტომატური დაშიფვრის საფუძვლები", გამოქვეყნებული 2006 წლის კრებულში "კვანტური კრიპტოგრაფია და კოტელნიკოვის თეორემა ერთჯერადი გასაღებებისა და წაკითხვის შესახებ".
ხმაურის იმუნიტეტი
კოტელნიკოვის ნაშრომის დახმარებით შემუშავდა პოტენციური ხმაურის იმუნიტეტის თეორია, რომელიც განსაზღვრავს ჩარევის მაქსიმალურ რაოდენობას, რომელიც შეიძლება იყოს საკომუნიკაციო არხში, რათა ინფორმაცია არ დაიკარგოს. განიხილება იდეალური მიმღების ვარიანტი, რომელიც შორს არის რეალურისგან. მაგრამ საკომუნიკაციო არხის გაუმჯობესების გზები მკაფიოდ არის განსაზღვრული.
კოსმოსის კვლევა
კოტელნიკოვის ხელმძღვანელობით გუნდმა დიდი წვლილი შეიტანა კოსმოსური კომუნიკაციების, ავტომატიზაციისა და ტელემეტრიის სისტემებში. სერგეი პავლოვიჩ კოროლევმა ჩართო კოტელნიკოვის ლაბორატორია კოსმოსური ინდუსტრიის პრობლემების გადაჭრაში.
აშენდა ათობით საკონტროლო და საზომი წერტილი, რომლებიც დაკავშირებულია ერთ საკონტროლო და საზომ კომპლექსში.
შემუშავდა
სარადარო აღჭურვილობა პლანეტათაშორისი კოსმოსური სადგურებისთვის, რუკების შედგენა განხორციელდა პლანეტა ვენერას გაუმჭვირვალე ატმოსფეროში. კოტელნიკოვის ხელმძღვანელობით შემუშავებული მოწყობილობების დახმარებით კოსმოსური სადგურები "ვენერა" და "მაგელანი" ახორციელებდნენპლანეტის რადარის უბნები წინასწარ განსაზღვრულ სექტორებში. შედეგად, ჩვენ ვიცით, რა იმალება ვენერაზე მკვრივი ღრუბლების მიღმა. ასევე გამოიკვლიეს მარსი, იუპიტერი, მერკური.
კოტელნიკოვის განვითარებამ იპოვა გამოყენება ორბიტალურ სადგურებსა და თანამედროვე რადიოტელესკოპებში.
1998 წელს ვ.ა.კოტელნიკოვს მიენიჭა ფონ კარმანის პრემია. ეს არის ჯილდო ასტრონავტიკის საერთაშორისო აკადემიისგან, რომელიც გადაეცემა კრეატიული აზროვნების მქონე ადამიანებს კოსმოსურ კვლევაში მნიშვნელოვანი წვლილისთვის.
მოძებნეთ რადიოსიგნალები არამიწიერი ცივილიზაციებიდან
საერთაშორისო პროგრამა არამიწიერი ცივილიზაციების სეტის რადიოსიგნალების მოსაძიებლად უდიდესი რადიოტელესკოპების გამოყენებით 90-იან წლებში დაიწყო. სწორედ კოტელნიკოვმა გაამართლა ამ მიზნით მრავალარხიანი მიმღების გამოყენების აუცილებლობა. თანამედროვე მიმღებები ერთდროულად უსმენენ მილიონობით რადიო არხს და მოიცავს მთელ შესაძლო დიაპაზონს.
ასევე, მისი ხელმძღვანელობით, ჩატარდა მუშაობა, რომელიც განსაზღვრავს გონივრული ვიწროზოლიანი სიგნალის კრიტერიუმებს ზოგადად ხმაურსა და ჩარევაში.
სამწუხაროდ, ჯერჯერობით ეს ძიება წარმატებული არ არის. მაგრამ ისტორიის მასშტაბით, ისინი ტარდება ძალიან მოკლე დროში.
კოტელნიკოვის თეორემა ეხება მეცნიერების ფუნდამენტურ აღმოჩენებს. მისი უსაფრთხოდ დაყენება შესაძლებელია პითაგორას, ეილერის, გაუსის, ლორენცის და ა.შ. თეორემებთან.
ყველა სფეროში, სადაც აუცილებელია რაიმე ელექტრომაგნიტური სიგნალის გადაცემა ან მიღება, ჩვენ შეგნებულად თუ გაუცნობიერებლად ვიყენებთ კოტელნიკოვის თეორემას. ტელეფონზე ვსაუბრობთ, ტელევიზორს ვუყურებთმოუსმინეთ რადიოს, ისარგებლეთ ინტერნეტით. ეს ყველაფერი ძირითადად შეიცავს სიგნალების შერჩევის პრინციპს.
