Размер шрифта: Цвет: Изображения:
связь и радио/изобретение
1933 год

Теорема Котельникова: как сохранить непрерывный сигнал в отсчётах

В 1933 году Владимир Котельников опубликовал работу о пропускной способности каналов связи. В ней он показал, при каких условиях непрерывный сигнал можно точно восстановить по отдельным измерениям.

1933— год публикации работы о пропускной способности связи

Как это было

В начале 1930-х годов Котельников работал над вопросами электросвязи. Для телефонных и радиоканалов было существенно, сколько информации удаётся передать за определённое время и какую полосу частот для этого нужно выделить. Эти практические задачи привели его к математическому исследованию непрерывных сигналов.

В 1932 году Котельников подготовил доклад «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи». Его текст был напечатан ограниченным тиражом в 1933 году. В работе сформулировано условие, позволяющее заменить непрерывное изменение величины рядом измерений через одинаковые промежутки времени. Речь шла не об изготовлении прибора, а о правиле, которое можно применять при проектировании аппаратуры связи.

Важная часть результата — связь скорости отсчётов с частотным составом сигнала. Если не учитывать самые быстрые изменения сигнала, измерений может оказаться слишком мало для его однозначного восстановления.

Как это работало

Представим звук, преобразованный микрофоном в электрический сигнал. Его напряжение меняется непрерывно, но для записи можно регулярно измерять значение напряжения — брать отсчёты. Если спектр сигнала ограничен некоторой верхней частотой, а отсчёты следуют с частотой не ниже удвоенной верхней частоты, исходную форму сигнала можно математически восстановить.

При более редких измерениях разные колебания могут давать одинаковые отсчёты. Такое наложение частот приводит к искажению восстановленного сигнала. На практике перед оцифровкой поэтому ограничивают полосу частот и выбирают подходящую частоту дискретизации.

Что было дальше

Теорема стала одним из математических оснований цифровой связи и обработки сигналов. Её используют при преобразовании звука и изображений в цифровые данные, при работе измерительных устройств и в радиотехнике. Она объясняет, почему набор чисел может сохранять сведения о непрерывном процессе.

Сходные математические идеи разрабатывались и другими исследователями; в международной литературе результат часто связывают также с именами Найквиста и Шеннона. Вклад Котельникова — самостоятельная формулировка и доказательство теоремы применительно к задачам электросвязи.

В те же годы

1920сельское хозяйство

Закон Вавилова: сходные признаки у родственных растений

В 1920 году Николай Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Он показал, что у близкородственных видов растений часто встречаются сходные наборы наследственных различий.

1922ракеты и космос

Модель Фридмана: Вселенная, которая меняется со временем

В 1922 году математик и физик Александр Фридман получил нестационарные решения уравнений общей теории относительности. Они показали, что математическое описание Вселенной допускает изменение её масштабов со временем.

1922связь и радио

Генератор Лосева: радиоколебания в контакте с кристаллом

В 1922 году Олег Лосев представил результаты исследований кристаллического детектора, способного усиливать и создавать высокочастотные электрические колебания. Эти свойства он использовал в схемах радиоприёмников.

1922металлургия и горное дело

Турбобур Капелюшникова: двигатель у бурового долота

В 1922 году Матвей Капелюшников совместно с инженерами С. М. Волохом и Н. А. Корневым разработал турбобур для бурения скважин. В новой конструкции вращение передавалось долоту непосредственно у забоя, а не всей колонне бурильных труб.

1922строительство и архитектура

Шуховская башня: радиомачта из стальной сетки

В 1922 году в Москве завершили строительство радиобашни на Шаболовке по проекту Владимира Шухова. Вместо привычной массивной башни инженер предложил высокую опору из пересекающихся стальных стержней.

1923электротехника

Свечение Лосева: как кристалл загорался от тока

В 1923 году Олег Лосев, работавший в Нижегородской радиолаборатории, исследовал свечение карборундового детектора при прохождении электрического тока. Опыты показали, что полупроводниковый контакт может излучать свет без нити накаливания.

Нашли неточность или ошибку?

Напишите, что не так, — редакция проверит и исправит. Имя и почту можно не указывать; если укажете почту — ответим.