Pada akhir abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh, komunikasi telepon dan radio berkembang pesat. Pada tahun 1882, pertukaran telepon pertama di Rusia diluncurkan di St. Petersburg. Stasiun ini memiliki 259 pelanggan. Dan di Moskow pada waktu yang hampir bersamaan ada 200 pelanggan.
Pada tahun 1896, Alexander Popov mengirimkan sinyal radio pertama melalui jarak 250 meter, yang hanya terdiri dari dua kata: "Heinrich Hertz".
Perkembangan komunikasi menjadi yang terdepan dalam kemajuan teknologi. Sedikit lebih dari satu abad telah berlalu sejak itu, dan berkat kerja para ilmuwan dan insinyur di industri ini, kita melihat bagaimana dunia telah berubah.
Kita tidak dapat membayangkan hidup kita tanpa telepon, komunikasi radio, televisi, dan Internet. Ini didasarkan pada propagasi gelombang elektromagnetik, teori yang dikembangkan oleh James Clerk Maxwell pada pertengahan abad kesembilan belas. Gelombang elektromagnetik adalah pembawa sinyal yang berguna, dan dalam teori transmisi sinyal, teorema ilmuwan dan insinyur Rusia, akademisi Vladimir Alexandrovich Kotelnikov memainkan peran mendasar.
Ia memasuki sains dengan nama teorema Kotelnikov.
Vladimir AleksandrovichKotelnikov
Akademisi masa depan lahir pada tahun 1908 dalam keluarga guru Universitas Kazan. Pernah belajar di MVTU im. Bauman, menghadiri kuliah yang menarik baginya di Universitas Negeri Moskow. Pada tahun 1930, fakultas teknik elektro, tempat Kotelnikov belajar, diubah menjadi Institut Teknik Tenaga Moskow, dan Kotelnikov lulus darinya. Setelah lulus, ia bekerja di berbagai universitas dan laboratorium. Selama perang, ia mengepalai laboratorium dari sebuah lembaga penelitian tertutup di Ufa, di mana ia menangani masalah saluran komunikasi yang aman dan penyandian pesan.
Kira-kira perkembangan seperti itu disebutkan oleh Solzhenitsyn dalam novelnya "In the First Circle".
Selama sekitar empat puluh tahun ia memimpin Departemen "Dasar-dasar Teknik Radio", dan menjadi Dekan Fakultas Teknik Radio. Kemudian ia menjadi direktur Institut Teknik Radio dan Elektronika Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet.
Semua siswa dari spesialisasi yang relevan masih belajar sesuai dengan buku teks Kotelnikov "Dasar Teoritis Teknik Radio".
Kotelnikov juga menangani masalah astronomi radio, penelitian radiofisika lautan, dan penelitian ruang angkasa.
Dia tidak punya waktu untuk menerbitkan karya terakhirnya "Model Quantum Mechanics", yang sudah ditulis pada usia hampir 97 tahun. Baru keluar tahun 2008
V. A. Kotelnikov meninggal pada usia 97 pada 11 Februari 2005. Dia dua kali menjadi pahlawan buruh sosialis, dianugerahi banyak penghargaan pemerintah. Salah satu planet minor dinamai menurut namanya.
Teorema Kotelnikov
Pengembangan sistem komunikasimenimbulkan banyak pertanyaan teoretis. Misalnya, sinyal dengan rentang frekuensi apa yang dapat ditransmisikan melalui saluran komunikasi, dengan struktur fisik yang berbeda, dengan bandwidth yang berbeda, agar tidak kehilangan informasi selama penerimaan.
Pada tahun 1933, Kotelnikov membuktikan teoremanya, yang disebut teorema sampling.
Perumusan teorema Kotelnikov:
Jika sinyal analog memiliki spektrum yang terbatas (lebarnya terbatas), maka sinyal tersebut dapat direkonstruksi secara jelas dan tanpa kehilangan sampel diskrit yang diambil pada frekuensi yang benar-benar lebih besar dari dua kali frekuensi atas.
Menjelaskan kasus ideal ketika waktu durasi sinyal tidak terbatas. Ia tidak memiliki interupsi, tetapi memiliki spektrum terbatas (menurut teorema Kotelnikov). Namun, model matematis yang menjelaskan sinyal spektrum terbatas dapat diterapkan dengan baik dalam praktiknya untuk sinyal nyata.
Berdasarkan teorema Kotelnikov, sebuah metode untuk transmisi diskrit sinyal kontinu dapat diimplementasikan.
Makna fisik dari teorema
Teorema
Kotelnikov dapat dijelaskan secara sederhana sebagai berikut. Jika Anda perlu mengirimkan sinyal tertentu, maka tidak perlu mengirimkannya secara keseluruhan. Anda dapat mengirimkan impuls instannya. Frekuensi transmisi pulsa ini disebut frekuensi sampling dalam teorema Kotelnikov. Ini harus dua kali frekuensi atas spektrum sinyal. Dalam hal ini, di ujung penerima, sinyal dipulihkan tanpa distorsi.
Teorema
Kotelnikov menarik kesimpulan yang sangat penting tentang diskritisasi. Ada tingkat pengambilan sampel yang berbeda untuk berbagai jenis sinyal. Untuk pesan suara (telepon) dengan lebar saluran 3,4 kHz - 6,8 kHz, dan untuk sinyal televisi - 16 MHz.
Dalam teori komunikasi, ada beberapa jenis saluran komunikasi. Pada tingkat fisik - saluran kabel, akustik, optik, inframerah, dan radio. Dan meskipun teorema ini dikembangkan untuk saluran komunikasi yang ideal, teorema ini dapat diterapkan untuk semua jenis saluran lainnya.
Telekomunikasi multisaluran
Teorema Kotelnikov mendasari telekomunikasi multichannel. Saat mengambil sampel dan mentransmisikan pulsa, periode antara pulsa jauh lebih besar daripada durasinya. Ini berarti bahwa dalam interval pulsa dari satu sinyal (ini disebut duty cycle), dimungkinkan untuk mengirimkan pulsa dari sinyal lain. Sistem untuk 12, 15, 30, 120, 180, 1920 saluran suara diimplementasikan. Artinya, sekitar 2000 percakapan telepon dapat ditransmisikan secara bersamaan melalui sepasang kabel.
Berdasarkan teorema Kotelnikov, dengan kata sederhana, hampir semua sistem komunikasi modern muncul.
Harry Nyquist
Seperti yang kadang-kadang terjadi dalam sains, para ilmuwan yang menangani masalah serupa hampir secara bersamaan sampai pada kesimpulan yang sama. Ini cukup alami. Sampai sekarang, perselisihan belum mereda tentang siapa yang menemukan hukum kekekalan - Lomonosov atau Lavoisier, yang menemukan lampu pijar - Yablochkin atau Edison, yang menemukan radio - Popov atau Marconi. Daftar ini tidak ada habisnya.
Ya,Fisikawan Amerika asal Swedia Harry Nyquist pada tahun 1927 dalam jurnal "Masalah Tertentu Transmisi Telegraf" menerbitkan penelitiannya dengan kesimpulan yang mirip dengan Kotelnikov. Teoremanya kadang-kadang disebut teorema Kotelnikov-Nyquist.
Harry Nyquist lahir pada tahun 1907, meraih gelar PhD di Universitas Yale, dan bekerja di Bell Labs. Di sana ia mempelajari masalah kebisingan termal pada amplifier, berpartisipasi dalam pengembangan fototelegraf pertama. Karya-karyanya menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut dari Claude Shannon. Nyquist meninggal pada tahun 1976
Claude Shannon
Claude Shannon terkadang disebut sebagai bapak era informasi - begitu besar kontribusinya pada teori komunikasi dan ilmu komputer. Claude Shannon lahir pada tahun 1916 di Amerika Serikat. Dia bekerja di Bell Lab dan di sejumlah universitas Amerika. Selama perang, ia bekerja dengan Alan Turing untuk memecahkan kode kapal selam Jerman.
Pada tahun 1948, dalam artikel "Mathematical Theory of Communication", ia mengusulkan istilah bit sebagai penunjukan unit minimum informasi. Pada tahun 1949, ia membuktikan (terlepas dari Kotelnikov) sebuah teorema yang didedikasikan untuk rekonstruksi sinyal dari sampel diskritnya. Kadang-kadang disebut teorema Kotelnikov-Shannon. Benar, di Barat nama teorema Nyquist-Shannon lebih diterima.
Shannon memperkenalkan konsep entropi ke dalam teori komunikasi. Saya mempelajari kode. Berkat karyanya, kriptografi telah menjadi ilmu yang lengkap.
Kotelnikov dan kriptografi
Kotelnikov juga menangani masalah kode dankriptografi. Sayangnya, pada zaman Uni Soviet, segala sesuatu yang berhubungan dengan kode dan sandi sangat rahasia. Dan publikasi terbuka dari banyak karya Kotelnikov tidak dapat dilakukan. Namun, dia bekerja untuk membuat saluran komunikasi tertutup, kode yang tidak dapat dipecahkan oleh musuh.
18 Juni 1941, hampir sebelum perang, artikel Kotelnikov "Dasar-dasar enkripsi otomatis" ditulis, diterbitkan dalam koleksi 2006 "Kriptografi kuantum dan teorema Kotelnikov pada kunci dan bacaan satu kali".
Kekebalan suara
Dengan bantuan kerja Kotelnikov, sebuah teori kekebalan kebisingan potensial dikembangkan, yang menentukan jumlah maksimum interferensi yang dapat ada dalam saluran komunikasi sehingga informasi tidak hilang. Varian dari penerima yang ideal, yang jauh dari yang asli, dipertimbangkan. Tetapi cara untuk meningkatkan saluran komunikasi didefinisikan dengan jelas.
Penjelajahan luar angkasa
Tim yang dipimpin oleh Kotelnikov memberikan kontribusi besar pada sistem komunikasi ruang angkasa, otomatisasi, dan telemetri. Sergei Pavlovich Korolev melibatkan laboratorium Kotelnikov dalam memecahkan masalah industri luar angkasa.
Puluhan titik kontrol dan pengukuran dibangun, dihubungkan menjadi satu kompleks kontrol dan pengukuran.
Peralatan radar untuk stasiun luar angkasa antarplanet dikembangkan, pemetaan dilakukan di atmosfer buram planet Venus. Dengan bantuan perangkat yang dikembangkan di bawah arahan Kotelnikov, stasiun luar angkasa "Venera" dan "Magellan" dilakukanarea radar planet di sektor yang telah ditentukan. Hasilnya, kita tahu apa yang tersembunyi di Venus di balik awan tebal. Mars, Jupiter, Merkurius juga dieksplorasi.
Perkembangan Kotelnikov telah menemukan aplikasi di stasiun orbit dan teleskop radio modern.
Pada tahun 1998, V. A. Kotelnikov dianugerahi Penghargaan von Karman. Ini adalah penghargaan dari International Academy of Astronautics, yang diberikan kepada orang-orang dengan pemikiran kreatif untuk kontribusi yang signifikan terhadap penelitian luar angkasa.
Mencari sinyal radio dari peradaban luar angkasa
Program internasional untuk mencari sinyal radio peradaban luar angkasa Seti menggunakan teleskop radio terbesar diluncurkan pada tahun 90-an. Kotelnikov-lah yang membenarkan perlunya menggunakan receiver multisaluran untuk tujuan ini. Receiver modern mendengarkan jutaan saluran radio secara bersamaan, mencakup seluruh jangkauan yang memungkinkan.
Juga, di bawah kepemimpinannya, dilakukan pekerjaan yang menetapkan kriteria untuk sinyal pita sempit yang masuk akal dalam gangguan dan gangguan umum.
Sayangnya, sejauh ini pencarian ini belum berhasil. Tapi dalam skala sejarah, itu dilakukan untuk waktu yang sangat singkat.
Teorema Kotelnikov mengacu pada penemuan mendasar dalam sains. Itu dapat dengan aman disetarakan dengan teorema Pythagoras, Euler, Gauss, Lorentz, dll.
Di setiap area di mana perlu untuk mengirim atau menerima sinyal elektromagnetik, kita secara sadar atau tidak sadar menggunakan teorema Kotelnikov. Kami berbicara di telepon, menonton TVmendengarkan radio, menggunakan Internet. Semua ini pada dasarnya berisi prinsip sinyal sampling.
