Warum können nur analoge Signale durch Luft (Funkkanal) geleitet werden?


9

Ich habe folgendes in einem Buch gelesen:

"Wenn das übertragene Signal mit elektromagnetischen Wellen durch die Luft geleitet wird, muss es die Form einer kontinuierlichen (analogen) Wellenform haben."

Warum ist das so? Warum kann das Signal nicht die Form einer digitalen Wellenform haben?


13
Das Aufrufen von etwas Digitalem erfolgt aus Bequemlichkeitsgründen. Ein digitales Spannungssignal kann immer noch perfekt als analoges Signal behandelt werden.
Andy aka

12
Eine schrittweise Änderung einer Wellenform erfordert eine unendliche Bandbreite.
Tom Carpenter

2
Da der Autor angibt, dass analog kontinuierlich ist, muss er davon ausgehen, dass digital diskontinuierlich ist. Ein ideales, diskontinuierliches digitales Signal kann NICHT übertragen werden, da es eine unendliche Bandbreite benötigen würde, wie Tom Carpenter bereits sagte.
Claudio Avi Chami

3
Beachten Sie, dass alle Signale auf dem Kabel oder in der Luft analog sind, sobald Sie alle Codierungen, Schwellenwerte usw. unterschritten haben.
Todd Wilcox

1
@ClaudioAviChami, aber der Text unterscheidet explizit zwischen Übertragung durch die Luft und (vermutlich) einem Draht. Ein ideales, diskontinuierliches digitales Signal kann nicht existieren , da eine unendliche Bandbreite erforderlich ist (unabhängig davon, ob es sich um ein Kabel, Luft usw. handelt). Daher ist es unsinnig zu versuchen, zwischen der Übertragung über einen Draht und der Übertragung über Luft zu unterscheiden, wie es der Text zu tun scheint.
Makyen

Antworten:


18

Hinzufügen zu Toms Antwort:

Der Wortlaut ist nicht sehr klar, aber dies bedeutet, dass digitale Signale in der Realität nicht existieren. Alle Signale sind analog.

Wenn wir entscheiden, dass eine Spannung über einem bestimmten Schwellenwert eine "1" ist, eine Spannung unter einem bestimmten Schwellenwert eine "0" ist und der Zwischenraum "undefiniert" ist, interpretieren wir ein analoges Signal als digitalen Wert. Es ist jedoch nur eine sehr bequeme Annäherung, die die Arbeit des Designers erheblich vereinfacht.

Digital ist abstrakte Information. Es ist eine Bedeutung, die wir physischen Werten zuweisen. Aus diesem Grund können Sie kein digitales Signal als Funkwelle über Funk senden. Es muss zuerst in etwas umgewandelt werden, das außerhalb der Abstraktion existiert, wie ein analoges Signal, das die zu übertragenden Informationen darstellt.

Das reale Signal besteht aus physikalischen Analogwerten: Spannung, Licht, Strom, Felder, Schalldruck, was auch immer.

Für Ihre Funkanwendung können Sie Ihre digitalen Bits in die Frequenz eines Trägers oder dessen Phase oder eine andere Codierung codieren, von der es viele gibt. Jetzt haben Sie ein analoges Signal, das Ihre Informationen überträgt, und Sie können es senden, dann empfangen und Ihre Bits wiederherstellen.


Wie wäre es mit einer einfachen Schaltung, die aus einem Kabelpaar, einer Batterie, einem Schalter und einem Widerstand besteht? Wenn ich nun in regelmäßigen Abständen den Ausgang als Spannung des Widerstands nehme und am Eingang den Schlüssel ein- / ausschalte. Bekomme ich kein perfekt digitales Signal?
Vishal Sharma

3
Sie erhalten eine Spannung, keine Bits. Es wird nur zu digitalen Bits, wenn Sie es mit einem Schwellenwert vergleichen, den Sie festgelegt haben ...
Peufeu

14
Wenn Sie in Ihrem Beispiel die Taste drücken, wird für einige Millisekunden zufälliger Müll ausgegeben, wenn der Schalter abprallt. Anschließend stellt sich RC auf die Batteriespannung (die variabel ist) plus Rauschen je nach Umgebung ein. Wenn Sie ein digitales Bit möchten, müssen Sie bestimmte Entscheidungskriterien in Bezug auf Entprellen, Filtern, Spannungsschwellen usw.
hinzufügen

10
@VishalSharma Ein realer, physischer Schalter ändert sich nicht sofort von null Widerstand zu unendlichem Widerstand. Und jedes Mal, wenn Sie es schließen, erhalten Sie einen etwas anderen Widerstand, da verschiedene Teile des Schalters unterschiedliche physische Kontakte herstellen. In der realen Welt wird man nur digital, wenn man Informationen abstrahiert. (Mit vielleicht einigen Ausnahmen von der Quantenmechanik.)
David Schwartz

2
@VishalSharma Nehmen Sie Ihre Beispielschaltung und ersetzen Sie den Widerstand durch einen Widerstand, der leuchtet, wenn Strom durch ihn fließt, wie eine Glühbirne. Nehmen Sie ein Video dieser Glühbirne mit einer sehr hohen Bildrate auf. Wenn Sie den Schalter betätigen, sehen Sie im Video, dass die Glühbirne nicht sofort von Aus auf Voll eingeschaltet wird. Der Stromzufluss und das Einsetzen der EMF erfolgt nicht sofort. Das "Signal" vom Schalter zur Glühbirne ist nicht digital, sondern analog. Ein Weg zu verstehen, warum alle realen Schaltkreise einen Widerstand, eine Kapazität und eine Induktivität ungleich Null haben, sodass sich kein Signal sofort ändern kann.
Todd Wilcox

10

Der wichtige Punkt zum Mitnehmen ist, dass Sie eine kontinuierliche Wellenform benötigen, wenn Sie elektromagnetische Wellen verwenden. Das heißt nicht, dass Sie kein Signal haben können, das digitale Daten darstellt, sondern dass das Signal selbst kontinuierlich sein muss.

Betrachten Sie eine Rechteckwelle oder sogar eine Folge von Binärspannungen (1 0 1 1 0 usw.). Wenn Sie die FFT eines solchen Signals nehmen, werden Sie feststellen, dass es über eine unendliche Bandbreite spektralen Inhalt hat. Mit anderen Worten, um eine perfekte Schrittänderung zu erzielen, benötigen Sie einen Kanal mit unendlicher Bandbreite.

Es gibt keinen Kanal mit unendlicher Bandbreite. Beim drahtlosen Senden von Signalen auf der Basis elektromagnetischer Wellen haben wir eine massive Einschränkung der Bandbreite, die verhindert, dass eine nicht kontinuierliche Wellenform (dh solche mit schrittweisen Änderungen) gesendet wird.

Nur weil Sie kein Signal senden können, das nicht kontinuierlich ist, heißt das nicht, dass Sie kein Signal senden können, das eines darstellt. Alle digitalen Modulationsschemata tun genau das. OOK ist das grundlegendste Beispiel - eine Null wird durch kein Signal dargestellt, eine Eins wird durch einen einfachen Ton dargestellt.


1
Ihre Beschreibung von OOK erfordert auch unendliche Bandbreite ...
R .. GitHub STOP HELPING ICE

1
Nein, da das Ein- und Ausschalten nicht in der Nähe von Null erfolgen muss. Gute OOK-Sender erhöhen und verringern die Senderleistung, um die Bandbreite zu minimieren. Siehe zum Beispiel. ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf
Jamie Hanrahan

3

Digitale Signale sind eine Abstraktion, mit der Menschen Dinge beschreiben und verstehen, indem sie Informationen weglassen, an denen wir nicht interessiert sind.

Betrachten Sie beispielsweise Folgendes: 1001010101000101010

Ist das ein digitales oder ein analoges Signal? Wenn Sie sich nur für das Muster von Einsen und Nullen interessieren, dann ist es ein digitales Signal. Aber die tatsächliche physische Sache, die Sie betrachten, ist völlig analog, da sich jede Ziffer in einer etwas anderen physischen Position befindet und eine etwas andere Helligkeit hat und so weiter.

Es mag Ausnahmen in der Quantenmechanik geben, aber das ist hier nicht relevant.


2

Stellen Sie sich einen elektromagnetischen Kanal so vor, dass Sie beispielsweise Spannungen innerhalb von -5 V und +5 V senden und empfangen können (Kabel, Funk mit unterschiedlichen Modulationen usw.), wenn Sie allen Spannungspegeln in diesem Bereich unterschiedliche Relevanz geben (z. B. für den Betrieb) ein Sprecher), dann befinden Sie sich in einem analogen Regime. Wenn Sie zwei Spannungsintervalle wählen, z. B. (-4, -2) und (2, 4), und es Ihnen nur wichtig ist, ob die Spannung in das eine oder andere fällt - in eines könnte "0" bedeuten und in das andere " 1 ”, sonst würde es nichts bedeuten - dann befinden Sie sich in einem digitalen Regime.


4
Im zweiten Fall ist das verwendete Signal also immer noch analog, aber die Art und Weise, wie wir es interpretieren, ist digital. So kann ein analoges Signal auf beide Arten interpretiert werden, dh es können sowohl analoge als auch digitale Daten daraus extrahiert werden. Diesen Teil kann ich verstehen. Was mich im Moment verwirrt, ist, ob es wirklich eine perfekt digitale Wellenform gibt, denn wie Tom erwähnt hatte, würde dies eine unendliche Bandbreite erfordern.
Vishal Sharma

Jeder elektromagnetische Kanal ist offen für (zufällige) Störungen. Daher kann die Ausgabe nicht genau aus der Eingabe bestimmt werden. Daher wird die Wellenform, die Sie am Eingang platzieren, am Ausgang niemals dieselbe sein. Im Rahmen der Quantenphysik ist es nun vielleicht möglich, (reine) binär codierte Informationen über EM-Wellen zu senden, jedoch nicht wie beim klassischen Elektromagnetismus. (Ich kann dem nicht hinzufügen.)
Pedro JV Mendes

3
@VishalSharma die Antwort ist nein, es kann keine perfekte digitale Wellenform in der realen Elektronik geben, weil eine unendliche Bandbreite unmöglich ist, weil kein Widerstand, keine Kapazität und keine Induktivität unmöglich sind. Die digitale Signalisierung funktioniert, weil Sie das tatsächliche Signal nur nahezu digital machen müssen, damit der Empfänger des Signals es als diskrete Werte interpretieren kann. Die zugrunde liegende Wellenform des Signals ist jedoch weiterhin kontinuierlich und analog.
Todd Wilcox

2
Was ich aus der ganzen Diskussion herausnehmen werde, ist Folgendes: Alle Signale auf dieser Welt sind analoge Signale. Wir können kein perfekt digitales Signal erzeugen. Wir können nur nähere Annäherungen an ein digitales Signal erzeugen. Daher spielt es keine Rolle, ob das Medium verkabelt oder kabellos ist. Die Wellenform des übertragenen Signals ist immer analog.
Vishal Sharma

0

Elektromagnetische Wellen oder Signale, die durch Raum oder Luft gehen, existieren aufgrund des Energieaustauschs zwischen der elektrischen Welle und der magnetischen Welle.

Dieser Energieaustausch erfolgt mit einer festen Frequenz oder Farbe für Lichtwellen. Die Frequenz wird durch die Quelle bestimmt, die die Energie ausstrahlt.

Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen können gemischt werden, aber sie existieren als separate Wellen colours, die nicht geändert werden können, wenn sie durch den Raum wandern. Deshalb kann weißes Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens getrennt werden.

Durch die Nutzung unserer Website bestätigen Sie, dass Sie unsere Cookie-Richtlinie und Datenschutzrichtlinie gelesen und verstanden haben.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.