استخدام الرياضيات في الاتصالات

استخدام الرياضيات في الاتصالات 
http://www.mathscareers.org.uk/wp-content/uploads/2015/06/rotarytelephone.jpg

في كل يوم من حياتنا، ونحن نستخدم الاتصالات في شكل واحد أو آخر. أولا كان هناك نظام الهاتف العادي القديم مع الاتصال الهاتفي أو ضغط على زر لوحة المفاتيح، ثم جاء على طول بعض الاشياء الجديدة مدهشا مثل الهواتف النقالة 3G.

ومع ذلك، هذه ليست الشكل الوحيد من أشكال الاتصال التي لدينا اليوم. هناك شبكة الإنترنت والشبكة العالمية، وكذلك الإذاعة والتلفزيون في كل من التناظرية والرقمية الأشكال. هناك أنظمة التي تحكي لنا كيف حركة المرور تتدفق على طول الطرق السريعة لدينا، وكيف القطارات وحفظ لآخر (أو لا) على السكك الحديدية لدينا. وهناك نظم عنوان والإعلام في المطارات التي تبقينا على علم القادمين والمغادرين الطيران، وهلم جرا. عندما نحصل على القطار بين المدن، وصلات التحكم بين السائق والقاطرات في نهاية كل تعتمد على الاتصالات. سوف سائق القطار لدينا أيضا التحدث إلى وحدة تحكم signalers ومحطة على طول الطريق. عندما كنا متن طائرة، وصلة بين عناصر التحكم على يد الطيار، الملاح ومهندس الرحلة كلها متصلة محركات الطائرات، وأجنحة، الدفة وغيرها من خلال الاتصالات الداخلية للطائرة - وبالتالي فإن مصطلح "يطير بها لسلك" . وبالطبع فإن طاقم الطائرة بطبيعة الحال نريد التحدث إلى المراقبين الجويين أثناء التنقل. هذه كلها أمثلة على أنظمة الاتصالات الحديثة، مع مستويات مختلفة من التعقيد.

هل توقفت لأتساءل كيف يمكن لهذه التطورات الحديثة تطورت من الأيام الأولى؟ ما كان عليه أن قاد أوائل المخترعين والممارسين لتصميم وتطوير وبناء الأنظمة التي أصبحت في نهاية المطاف نظم الاتصالات نعرفها والمحبة واستخدام كل يوم؟ في ذلك الوقت، كانت الضرورة أم الاختراع، إلى جانب وجود شعور قوي من الفضول. وهذا ما قاد العلماء في وقت مبكر والمهندسين وعلماء الرياضيات والفيزياء، للتحقيق في النظرية العلمية الكامنة وراء الاتصالات وبناء تجارب لاختبار وتجربة أفكارهم.

كما وضعت التكنولوجيا أصبح من المهم على نحو متزايد لفهم المبادئ العلمية الأساسية التي تجعل من عمل النظام برمته - والرياضيات هو أمر أساسي لذلك. استمر الطلب على المعلومات والاتصالات في العالم الرقمي الحديث إلى زيادة على ما يبدو من دون حدود. لذلك يجب أن نظم اليوم توسيع لتلبية هذا الطلب وتكون قادرة على العمل بأمان، وموثوق وفعال في المستقبل. لذلك، أي نوع من الرياضيات هل نحن بحاجة للتأكد من أن أنظمة الاتصالات لدينا لا تزال تتطور في المستقبل؟ صدقوا أو لا تصدقوا، والرياضيات التي كنت تتعلم في المدرسة أمر ضروري إذا كنت تريد أن تكون جزءا من ثورة الاتصالات في المستقبل في العصر الرقمي الجديد.

معلومات تنشأ في أي التماثلية (متفاوتة مثل منحنى) أو شكل رقمي (سلسلة من القيم). الصوت البشري هو التناظرية - الميكروفون في الهاتف تحولها من شكل الموجة الصوتية إلى إشارة كهربائية، وعلى الطرف الآخر، وسماعة الأذن بتحويل الإشارات الكهربائية إلى واحد الصوتية. صور - الصور - أيضا أساسا التناظرية. كل نقطة على صورة لها لون فريد من نوعه وشدته التي تختلف بشكل مستمر مع تحرك العين من حوله. من ناحية أخرى، المعلومات في شكل نص غير الرقمية - فهي تتمثل التي كتبها أبجدية محدود من الحروف والأرقام والرموز. هذه يمكن التعبير عنها في شكل أرقام ثنائية - بت - على 0S و1S التي تستخدمها أجهزة الكمبيوتر. وبصرف النظر عن الهاتف العادي القديم، معظم أنظمة الاتصالات الحديثة الرقمية، منذ مرة واحدة ويتم التعبير عن المعلومات في شكل 1S و 0s فمن السهل جدا أن يبقيه في نفس النموذج. بالرغم من ذلك، فإن العالم بأسره نفسه هو في الأساس التناظرية، وبالتالي أي المعلومات التي تأتي في شكل رقمي سوف تحتاج إلى أن تتحول إلى شكل التناظرية في مرحلة ما. هذا هو العصر الرقمي الجديد حيث كل شيء يسير الرقمي - بما في ذلك الإذاعة والتلفزيون - عالم أجهزة الكمبيوتر التي سريعة قوية تلعب دورا رئيسيا.

تحويل المعلومات من البث التماثلي إلى شكل رقمي والعودة مرة أخرى، معالجة الإشارات لنقل بأي وسيلة كانت - الإذاعة والتلفزيون وكابل، والبصرية وغيرها من الألياف - الالريجميع يتطلب استخدام الرياضيات. الجبر وعلم المثلثات وحساب التفاضل والتكامل متطلبات الأساسية لتصميم أنظمة الاتصالات. تم تصميم المرشحات الإلكترونية التي تعمل على إزالة الإشارات غير المرغوب فيها والتدخل من خلال حل المعادلات متعددة الحدود. المرشحات الرقمية التي معالجة 0S و1S غالبا ما تقوم على تحويل التصاميم مرشح التماثلية باستخدام نظرية الأعداد المركبة. وهناك حاجة الاحتمالات والإحصاء لقياس الأداء من خلال نظم الاتصالات عندما يتم نقل الإشارات عبر قنوات التي تشوه لهم وإضافة الضوضاء والتدخل تحقيقها. عدد نظرية تلعب دورا هاما، ليس فقط في تصميم نظم للحماية من التسلل غير المرغوب فيه، ولكن أيضا لضمان سلامة المعلومات الواردة. ما ورد أعلاه ليست سوى بعض من كثير من تصميم نظام الاتصالات المناطق التي تنطوي على الرياضيات - وهناك العديد من الآخرين.

بوصفها رياضيات العاملين في صناعة الاتصالات، هل يمكن أن يكون العمل جنبا إلى جنب مع غيرهم من المهنيين في العديد من المشاريع المختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن تشمل زملائك المهندسين والفيزيائيين، والمتخصصين في بيئة العمل، والباحثين في السوق والكلام والسمع والمعالجين والأطباء والممارسين العامين. الصناعة والخدمات العامة والقوات المسلحة توظف جميع الرياضيين لتطوير منتجات جديدة وللمساعدة في الحفاظ وتحسين الأمة الرفاه من خلال بنيتها التحتية والأمن. تنوع واسع من الفرص المتاحة ليجعل من مهنة مثيرة للاهتمام، مجزية والوفاء الأجر.