Dlaczego tylko sygnały analogowe mogą przechodzić przez powietrze (kanał bezprzewodowy)?

9

W książce przeczytałem:

„Gdy transmitowany sygnał jest przepuszczany przez powietrze za pomocą fal elektromagnetycznych, musi on przybrać postać ciągłego (analogowego) przebiegu”.

Dlaczego tak jest? Dlaczego sygnał nie może przybrać formy fali cyfrowej?

rf analog antenna radio Vishal Sharma
źródło
13
Nazywanie czegoś cyfrowego odbywa się dla wygody. Cyfrowy sygnał napięciowy nadal może być doskonale traktowany jako sygnał analogowy.
Andy alias
12
Krokowa zmiana kształtu fali wymaga nieskończonej przepustowości.
Tom Carpenter
2
Ponieważ autor stwierdza, że ​​analog jest ciągły, musi założyć, że cyfrowy jest nieciągły. Idealny, nieciągły sygnał cyfrowy NIE MOŻE być przesyłany, ponieważ wymagałby nieskończonej przepustowości, jak już powiedział Tom Carpenter.
Claudio Avi Chami,
3
Zauważ, że gdy znajdziesz się pod wszystkimi kodami i progami itp., Wszystkie sygnały są w rzeczywistości analogowe na przewodzie lub w powietrzu.
Todd Wilcox,
1
@ClaudioAviChami, ale tekst wyraźnie rozróżnia transmisję przez powietrze i (przypuszczalnie) drut. Idealny, nieciągły sygnał cyfrowy nie może istnieć ze względu na wymaganie nieskończonej przepustowości (niezależnie od tego, czy jest się na kablu, w powietrzu itp.). Zatem próba rozróżnienia między transmisją przewodową a powietrzną, jak się wydaje z tekstu, jest bezsensowna.
Makyen

Odpowiedzi:

18

Dodanie do odpowiedzi Toma:

Sformułowanie nie jest bardzo jasne, ale oznacza to, że sygnały cyfrowe w rzeczywistości nie istnieją. Wszystkie sygnały są analogowe.

Kiedy zdecydujemy, że napięcie powyżej pewnego progu wynosi „1”, napięcie poniżej pewnego progu wynosi „0”, a przestrzeń między nimi jest „niezdefiniowana”, wówczas interpretujemy sygnał analogowy jako wartość cyfrową. Jest to jednak tylko bardzo wygodne przybliżenie, które znacznie upraszcza pracę projektanta.

Cyfrowe informacje są abstrakcyjne. Jest to znaczenie, które wybieramy do wartości fizycznych. Dlatego nie można wysyłać cyfrowego sygnału bezprzewodowego w postaci fal radiowych. Najpierw należy go przekonwertować na coś, co istnieje poza abstrakcji, na przykład sygnał analogowy reprezentujący przesyłane informacje.

Rzeczywisty sygnał składa się z fizycznych wartości analogowych: napięcia, światła, prądu, pól, ciśnienia akustycznego, cokolwiek.

W przypadku aplikacji radiowej możesz zakodować swoje cyfrowe bity na częstotliwości nośnej, jej fazy lub dowolnego innego kodowania, którego jest ich wiele. Teraz masz sygnał analogowy, który przenosi twoje informacje i możesz go przesłać, a następnie odebrać i odzyskać swoje bity.

peufeu
źródło
A może wezmę prosty obwód składający się z pary przewodów, baterii, przełącznika i opornika. Teraz, jeśli wezmę wyjście jako napięcie rezystora w okresowych odstępach, a na wejściu włączę / wyłączę klucz. Czy nie otrzymam idealnie cyfrowego sygnału?
Vishal Sharma
3
Dostaniesz napięcie, a nie bity. Staje się cyfrowym
bitem, gdy porównasz
14
W twoim przykładzie, kiedy naciśniesz przycisk, dostaniesz losowe śmieci przez kilka milisekund, gdy przełącznik podskakuje, a następnie RC ustawi się na napięcie akumulatora (które jest zmienne) plus hałas w zależności od środowiska. Jeśli chcesz bit cyfrowy, musisz dodać konkretne kryteria decyzyjne dotyczące ogłaszania, filtrowania, progów napięcia itp.
Peufeu,
10
@VishalSharma Prawdziwy, fizyczny przełącznik nie zmienia się natychmiast od zerowej odporności do nieskończonej odporności. I za każdym razem, gdy go zamkniesz, otrzymasz nieco inny opór, ponieważ różne części przełącznika tworzą różne poziomy kontaktu fizycznego. Cyfrową rzeczywistość można uzyskać tylko poprzez odebranie informacji. (Być może z pewnymi wyjątkami od mechaniki kwantowej.)
David Schwartz
2
@VishalSharma Weź przykładowy obwód i zastąp rezystor opornikiem, który świeci, gdy przepływa przez niego prąd, jak żarówka. Nagrywaj wideo tej żarówki z bardzo dużą liczbą klatek na sekundę. Po uruchomieniu przełącznika zobaczysz na filmie, że żarówka nie przechodzi od razu do pełnego włączenia. Napływ prądu i początek pola elektromagnetycznego nie jest natychmiastowy. „Sygnał” z przełącznika na żarówkę nie jest cyfrowy, jest analogowy. Sposób, aby zrozumieć, dlaczego wszystkie rzeczywiste obwody mają niezerową oporność, pojemność i indukcyjność, więc żaden sygnał nie może się zmienić natychmiast.
Todd Wilcox
10

Ważnym punktem na wynos jest to, że potrzebujesz fali ciągłej, jeśli używasz fal elektromagnetycznych. Nie oznacza to, że nie możesz mieć sygnału reprezentującego dane cyfrowe, tylko sam sygnał musi być ciągły.

Weźmy pod uwagę falę kwadratową, a nawet sekwencję napięć binarnych (1 0 1 1 0 itd.). Jeśli weźmiesz FFT takiego sygnału, przekonasz się, że ma on zawartość spektralną w nieskończonej szerokości pasma. Innymi słowy, aby uzyskać idealną zmianę kroku, potrzebujesz kanału o nieskończonej przepustowości.

Nie ma czegoś takiego jak kanał o nieskończonej przepustowości. W przypadku bezprzewodowego przesyłania sygnałów opartych na fali elektromagnetycznej mamy ogromne ograniczenie przepustowości, które uniemożliwia wysyłanie nieciągłego przebiegu (tj. Ze zmianami skokowymi).

Jednak to, że nie możesz wysłać sygnału, który nie jest ciągły, nie oznacza, że ​​nie możesz wysłać sygnału, który go reprezentuje. Wszystkie schematy cyfrowej modulacji właśnie to robią. OOK jest najbardziej podstawowym przykładem - zero jest reprezentowane przez brak sygnału, jeden jest reprezentowany przez prosty ton.

Tom Carpenter
źródło
1
Twój opis OOK wymaga również nieskończonej przepustowości ...
R .. GitHub ZATRZYMAJ POMOC ICE
1
Nie, ponieważ włączanie i wyłączanie nie musi odbywać się w czasie bliskim zera. Dobre nadajniki OOK'd zwiększają i zmniejszają moc nadajnika, aby zminimalizować przepustowość. Zobacz na przykład ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf
Jamie Hanrahan
3

Sygnały cyfrowe to abstrakcja, której ludzie używają do opisywania i rozumienia rzeczy, pomijając informacje, które nas nie interesują.

Rozważ na przykład: 1001010101000101010

Czy to sygnał cyfrowy czy analogowy? Jeśli zależy ci tylko na wzorze zer i jedynek, to jest to sygnał cyfrowy. Ale rzeczywista fizyczna rzecz, na którą patrzysz, jest całkowicie analogowa, ponieważ każda cyfra jest w nieco innej pozycji fizycznej i ma nieco inny poziom jasności i tak dalej.

Mogą istnieć wyjątki w mechanice kwantowej, ale tutaj nie ma to znaczenia.

David Schwartz
źródło
2

Rozważ kanał elektromagnetyczny, który umożliwia wysyłanie i odbieranie, powiedzmy, napięcia w zakresie -5 V i +5 V (drut, radio z różnymi modulacjami itp.) Jeśli nadajesz różne znaczenie wszystkim poziomom napięcia w tym zakresie (np. głośnik), wtedy jesteś w trybie analogowym . Jeśli wybierzesz dwa przedziały napięcia, powiedzmy (-4, -2) i (2, 4), a zależy ci tylko na tym, czy napięcie mieści się w jednym lub drugim - w jedno może oznaczać „0”, a w drugim może oznaczać „ 1 ”, inaczej nic by to nie znaczyło - wtedy jesteś w reżimie cyfrowym .

Pedro JV Mendes
źródło
4
Tak więc w drugim przypadku używany sygnał jest nadal analogowy, ale sposób, w jaki go interpretujemy, jest cyfrowy. Tak więc sygnał analogowy można interpretować na dwa sposoby, tzn. Można z niego wydobywać zarówno dane analogowe, jak i cyfrowe. Tę część jestem w stanie zrozumieć. W tej chwili jestem zdezorientowany, jeśli naprawdę istnieje idealnie cyfrowy przebieg, ponieważ, jak wspomniał Tom, wymagałoby to nieskończonej przepustowości.
Vishal Sharma
Każdy kanał elektromagnetyczny jest otwarty na (przypadkowy) szum, zakłócenia. Zatem danych wyjściowych nie można dokładnie określić na podstawie danych wejściowych. Dlatego niezależnie od kształtu fali, który umieścisz na wejściu, nigdy nie będzie taki sam na wyjściu. Teraz, w ramach fizyki kwantowej, być może możliwe jest wysyłanie (czystych) kodowanych binarnie informacji, ale nie tak jak w klasycznym elektromagnetyzmie, za pomocą fal elektromagnetycznych. (Nie mogę tego dodać.)
Pedro JV Mendes,
3
@VishalSharma odpowiedź brzmi: nie, nie może istnieć idealny cyfrowy przebieg w rzeczywistej elektronice, ponieważ nieskończona szerokość pasma jest niemożliwa, ponieważ zerowy opór, pojemność i indukcyjność są niemożliwe. Sygnalizacja cyfrowa działa, ponieważ rzeczywisty sygnał musi być zbliżony do cyfrowego, aby odbiornik sygnału mógł zinterpretować go jako wartości dyskretne, ale leżący u podstaw przebieg sygnału nadal będzie ciągły i analogowy.
Todd Wilcox
2
To, co zamierzam zabrać z dyskusji, to: Wszystkie sygnały na tym świecie są sygnałem analogowym. Nie możemy wyprodukować idealnie cyfrowego sygnału. Możemy wygenerować tylko przybliżenie sygnału cyfrowego. Dlatego to, czy medium jest przewodowe czy bezprzewodowe, nie ma znaczenia. Przebieg fali transmitowanego sygnału będzie zawsze analogowy.
Vishal Sharma
0

Fale elektromagnetyczne lub sygnały, które przechodzą przez przestrzeń lub powietrze, istnieją w wyniku wymiany energii między falą elektryczną a falą magnetyczną.

Ta wymiana energii odbywa się ze stałą częstotliwością lub kolorem dla fal świetlnych. Częstotliwość zależy od źródła promieniującego energię.

Fale o różnych częstotliwościach mogą być mieszane, ale istnieją jako odrębne colours, których nie można zmienić, gdy przemierzają przestrzeń. Dlatego białe światło słoneczne można rozdzielić na kolory tęczy.

skvery
źródło