Harry Nyquist

Z WikiKnihovna
Přejít na: navigace, hledání
Harry Nyquist
H. Nyquist, 1889-1976

Datum a
místo narození
7. února 1889
Nilsby, Švédsko
Datum a
místo úmrtí
4. dubna 1976
Texas, USA
Příčina úmrtí ----
Rodinný stav ----
Bydliště USA
Občanství americké
Vzdělání Yale University
University of North Dakota
Pracoviště Bellovy laboratoře, AT&T
Ocenění IEEE Medal of Honor (1960)
Stuart Ballantine Medal (1960)
Simon Ramo Founders Award (1969)
ASME Rufus Oldenburger Medal (1975)
Známý pro Nyquist theorem
Nyquist frequency
Nyquist filter
Nyquist plot
Nyquist ISI criterion
Nyquist rate

Harry Theodor Nyquist (7. února 1889, Nilsby, Švédsko – 4. dubna 1976 Harligen, Texas, USA) byl americký fyzik a elektro komunikační inženýr, produktivní vynálezce, který publikoval základní teoretické a praktické články v oblasti telekomunikací.[1] Zabýval se zejména elektrotechnickými proudy v podobě vln.[2]

Život

Harry Nyquist se narodil 7. února 1889 ve Švédském městě Nilsby v rodině Larse Jonssona Nyquista a Katrin Eriksodotter. V roce 1907 emigroval do Spojených států amerických, kde působil až do konce svého života. V roce 1912 byl přijat na univerzitu v Severní Dakotě ( University of North Dakota), kde v roce 1914 dokončil bakalářský stupeň studia a v roce 1915 magisterský stupeň studia. Posléze na univerzitě Yale (Yale University) roce 1917 dosáhl vysokoškolského titulu Ph.D. ve fyzice. Po absolvování vysoké školy se přidal k americké telefonní a telegrafní společnosti AT&T[3], kde setrval do roku 1954. Zde pracoval v rámci výzkumného oddělení a poté v Bellových laboratořích. V důchodovém věku působil jako, vládní konsultant ve vojenských komunikacích. Zemřel v roce 1976 v Texasu, USA.[4]

Práce a technické přínosy

Nejznámější Nyquistova práce inspirovaná problémem telegrafní komunikace byla dokončena ve 20. letech 20. století. Díky vytříbenému a obecnému stylu psaní byly jeho práce mnohokrát citovány. „V roce 1918 začal pracovat na metodě přenosu obrázků po drátu: telefotografii. Jeho ideou bylo upevnit fotografii na rotující buben, postupně jí skenovat a generovat proudy, jež by odpovídaly světelným a tmavým místům obrázku.[5] Analýzu „Certain Faktors Affecting Telegraph Speed“, kde porovnával vztah mezi rychlostí telegrafického systému a počtem signálních hodnot systému, publikoval v roce 1924. V tomtéž roce uvedl Nyquist na sjezdu elektrotechniků ve Filadelfii přednášku “Jisté faktory ovlivňující rychlost telegrafování“.[6] V souvislosti s telegrafií „Nyquist uvažoval následovně: pokud spojité signály mohly přenášet něco tak složitého, jako jsou hlasy, pak by byla jednoduchá telegrafie jen zvláštním případem. Konkrétně šlo o zvláštní případ amplitudové modulace, kde jedinými zajímavými hodnotami bylo zapnuto a vypnuto.“[7] Nyquist se zabýval otázkou kolik telegrafních dat lze přenést za jednotku času. Odpověď nabídl jeho důmyslný přístup k přeměně spojitých vln na digitální data. Nyquistovou metodou bylo vzorkovat vlny po úsecích a tím je přeměňovat na počitatelné části.[8] Práce z roku 1928 „Certain Topics in Telegraph Transmission Theory“ znovuobjevuje jeho dřívější výsledky a zakládá princip vzorkování a předělávání signálů do digitální podoby. Nyquistův vzorkovací teorém ukazuje, že vzorkovací tempo musí mít nejméně dvakrát větší frekvenci ve vzorku za účelem rekonstrukce originálních signálů. Tyto dvě práce spolu s prací R.V.L Hartleyho jsou citovány v prvním odstavci eseje „The Matematical Theory of Communication“ od C. Shannona. V roce 1927 Nyquist poskytl matematické výsledky studie neočekávaně silného termálního zvuku od J.B. Johnsona, přičemž pochopení termální zvuku je velice důležité k porozumění komunikačního systému. Pojednání od Nyquista, které bylo vydané v časopise The Bell System Technical Journal, si získalo pozornost Clauda Shannona. Shannon později využil toto pojednání k pokroku v teorii informace. [9]

Nyquist theorem

Nyquist theorém je také znám jako Vzorkovací teorém či Shannonův teorém. Jedná se o princip, který pojednává o digitalizaci analogového signálu. Převod analogového signálu do digitální podoby vyplývá z věrné reprodukce signálu pomocí vzorků. Analogové křivky musí být přijímány frekvenčně. Počtu vzorků za sekundu se říká vzorkovací frekvence. Teorém nám říká, že vzorkovací frekvence musí být rovna minimálně dvojnásobku nejvyšší frekvence, kterou obsahuje vzorkovaný signál. V případě, kdy je vzorkovací frekvence nižší může dojít k aliasingu. To znamená, že rekonstruovaný signál je výrazně odlišný od původního signálu.[10]

Nyquist frequency

Nyquistova frekvence představuje nejvyšší možnou frekvenci, kterou lze v dané vzorkovací frekvenci kódovat tak, aby mohlo dojít k celkové rekonstrukci signálu.[11]

Nyquist filter

Nyquist filtr je používaný v TV přijímači k vyrovnávání vlastností videa. Tento filtr, který se používá před demodulací, je ve skutečnosti nízkofrekvenční filtr s 6 dB potlačením v přechodné frekvenci nosiče.

Nyquist plot

Nyquist plot je způsob jak znázornit frekvenční charakteristiky lineárních řetězců. Jedná se o parametrickou rovnici frekvence odezvy, která se využívá pro zpracování signálu a pro automatické ovládání průmyslových zařízení.

Nyquist ISI criterion

Nyquistovo ISI kritérium popisuje podmínky, které vedou k nezkreslení signálu v komunikaci prostřednictvím komunikačního kanálu.

Publikace

  • 1917 - "On the Stark Effect in Helium and Neon" 
  • 1917 - "The Stark Effect in Helium and Neon"
  • 1924 - "Certain Factors Affecting Telegraph Speed"
  • 1925 - "Voice Frequency Carrier Telegraph Systems for Cable"
  • 1927 - "Measurement of Telegraph Transmission"
  • 1928 - "Certain Topics in Telegraph Transmission"
  • 1928 - "Thermal Agitaton of Electric Charge Conductors"
  • 1930 - "Measurement of Phase Distortion"
  • 1932 - "Regeneration Theory" 
  • 1934 - "Stabilized Feedback Amplifiers"
  • 1940 - "Effect of Quadrature Component in Single Sideband Transmission"[12]

Ocenění

Institut IEEE (Institute of Electical and Electonics Engineers) ocenil Harryho Nyquista v roce 1960 nejvyšším oceněním IEEE Medal of Honor. Tato cena se uděluje za výjimečný přínos nebo mimořádnou kariéru v oblasti elektrotechniků a elektroinženýrů. V tomtéž roce se mu dostalo i druhého ocenění – Stuart Ballantine Medal. Toto vyznamenání bylo určeno zejména pro vědce a inženýry z Franklinova Institutu ve Philadelphii.[13] V roce 1969 mu byla udělena cena Simon Ramo Founders Award a o šest let později získal cenu ASME Rufus Oldenburger Medal.

Citace a odkazy na použitou literaturu

  1. Harry Nyquist. In: Encyclopædia Britannica [online]. Encyclopædia Britannica Inc. [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/423237/Harry-Nyquist
  2. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  3. ABBOTT, Derek a kol. Simple Derivation of the Thermal Noise Formula Using Window-Limited Fourier Transforms and Other Conundrums. IEEE:Advancing Technology for Humanity [online]. IEEE, 1996, roč. 39, č. 1 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://www.eleceng.adelaide.edu.au/Personal/dabbott/publications/EDU_abbott1996.pdf
  4. BRITTAIN, James E. Electrical Engineering Hall of Fame: Harry Nyquist. IEEE:Advancing Technology for Humanity [online]. IEEE, 2010, roč. 98, č. 8 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://www.ieee.org/publications_standards/publications/proceedings/introduction_nyquist.pdf
  5. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  6. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  7. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  8. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  9. GLEICK, James. Informace: historie, teorie, záplava. 1. vyd. v českém jazyce. Praha: Dokořán, 2013, 396 s. Zip (Argo: Dokořán). ISBN 978-80-7363-415-5.
  10. Nyquist Theorem. WhatIS.com [online]. TechTarget, c1999-2014 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://whatis.techtarget.com/definition/Nyquist-Theorem
  11. Nyquist Frequency. Wolfram MathWordl: the web´s most extensive mathematics resource [online]. Wolfram Research, Inc., c1999-2014 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://mathworld.wolfram.com/NyquistFrequency.html
  12. HARRY NYQUIST PAPERS. In: UNIVERSITY OF NORTH DAKOTA [online]. c2014 University of North Dakota. [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://webapp.und.edu/dept/library/Collections/og1176.html
  13. IEEE. IEEE Global History Network [online]. c2013 [cit. 2014-04-30]. Dostupné z: http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Special:Home

Externí zdroje