Wenn man kurze Stromstöße sendet, die sich plötzlich ein- und ausschalten, warum erhält der Empfänger dann einen geglätteten Strom?

Eine Einführung in die Informationstheorie: Symbole, Signale und Rauschen von John R. Pierce sagt Folgendes:

Die Schwierigkeit, auf die Morse mit seinem unterirdischen Draht stieß, blieb ein wichtiges Problem. Verschiedene Stromkreise, die einen gleichmäßigen elektrischen Strom leiten, sind nicht unbedingt gleichermaßen für die elektrische Kommunikation geeignet. Sendet man Punkte und Striche zu schnell über einen Untergrund- oder Unterwasserkreis, werden sie am Empfangsende zusammengeführt. Wie in Abbildung II-1 gezeigt, erhalten wir am anderen Ende des Stromkreises einen längeren, geglätteten Anstieg und Abfall des Stroms, wenn wir einen kurzen Stromstoß senden, der sich abrupt ein- und ausschaltet. Dieser längere Stromfluss kann den Strom eines anderen Symbols überlappen, das beispielsweise als Abwesenheit von Strom gesendet wird. Wie in Abbildung II-2 gezeigt, kann ein klares und unterschiedliches Signal daher als vage wandernder Anstieg und Abfall des Stroms empfangen werden, was schwer zu interpretieren ist.

Wenn wir unsere Punkte, Leerzeichen und Striche lang genug machen, folgt der Strom am fernen Ende dem Strom am Sendeende besser, aber dies verlangsamt die Übertragungsrate. Es ist klar, dass mit einer gegebenen Übertragungsschaltung eine begrenzte Übertragungsgeschwindigkeit für Punkte und Zwischenräume verbunden ist. Bei Seekabeln ist diese Geschwindigkeit so gering, dass Telegraphenprobleme auftreten. für Drähte an Masten ist es so schnell, dass es Telegrafen nicht stört. Frühe Telegraphenschreiber waren sich dieser Einschränkung bewusst, und auch sie liegt im Zentrum der Kommunikationstheorie.

Als jemand ohne elektrotechnischen Hintergrund finde ich das beschriebene Phänomen verwirrend. Wenn man kurze elektrische Stromstöße sendet, die sich abrupt ein- und ausschalten, warum kann es dann sein, dass der Empfänger abhängig von der Art der Schaltung einen geglätteten Strom empfängt und nicht die diskreten Ströme, die gesendet wurden? Man würde naiv vielleicht erwarten, dass die empfangenen Signale mit den gesendeten Signalen identisch sind?

Ich würde es sehr begrüßen, wenn sich die Leute die Zeit nehmen könnten, dies mit einer Sprache zu beantworten, die von jemandem ohne elektrotechnischen Hintergrund verstanden werden kann.

Ihr Kabel verhält sich wie ein Tiefpassfilter, was bedeutet, dass hohe Frequenzen gedämpft werden. Je länger das Kabel, desto stärker ist dieser Effekt.

Impulse haben aufgrund ihres schnellen Anstiegs und Abfallens ziemlich schnelle Frequenzkomponenten. Wenn diese hohen Frequenzen gedämpft werden, "verschmiert" Ihr Impuls mit der Zeit und Sie erhalten das gewünschte Ergebnis, das Sie in Ihrer Frage gepostet haben.

Vielleicht wäre es nützlich, anders darüber nachzudenken. Anstatt Strom herumzuschieben, stellen Sie sich vor, Sie hätten ein sehr langes Rohr, etwas Wasser (unter Druck) und ein Ventil.

Wenn Sie das Ventil an einem Ende der Leitung einschalten, dauert es eine gewisse Zeit, bis die Leitung unter Druck gesetzt und das Wasser durchgedrückt wird. Am anderen Ende tritt das Wasser schließlich aus, jedoch als langsame Zunahme des Durchflusses, gefolgt von einer langsamen Abnahme.

Wenn Sie das Wasser schnell genug ein- und ausschalten, erscheint es einfach am anderen und als mäßiger Durchfluss.

Wie an anderer Stelle erwähnt, ist dies in elektrischer Hinsicht auf die Kapazität und Induktivität des langen Kabels zurückzuführen. Je länger das Kabel / Rohr ist, desto größer ist der scheinbare Glättungseffekt. Die Gründe (Physik) und Mathematik mögen unterschiedlich sein, aber die Ergebnisse reimen sich, und das wird Ihnen hoffentlich das Verständnis erleichtern.

Unendlich scharfe Flanken im Signal erfordern eine unendliche Bandbreite für die Übertragung, die mit realen Kabeln nicht möglich ist. Wenn Sie einen ausreichend langen Draht nehmen, werden nur niedrige und hohe Frequenzen gedämpft, sodass die scharfen schnellen Flanken in langsamere Wellenflanken verwischt werden und Sie daher längere Impulse senden müssen, um zu sehen, wie die Spannung langsam auf den richtigen Erkennungspegel ansteigt Empfangsende. Die Signale verschlechtern sich, wenn jede Einheitslänge des Kupferdrahtes als Serienwiderstand mit Induktivität betrachtet wird. Außerdem weist er eine parallele Streukapazität und einen Leckwiderstand gegenüber seiner Umgebung auf. Andernfalls wird dieses Modell als Übertragungsleitung bezeichnet. Der Serienwiderstand mit Parallelkapazität ist ein Tiefpassfilter. Die Kapazität und die Induktivität bilden die sogenannte charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung. und wenn das Sende- und das Empfangsende nicht mit der Übertragungsleitungsimpedanz übereinstimmen, wird ein Spannungsimpuls bis zu einem gewissen Grad zum Draht zurückreflektiert, so dass er im Draht hin und her ping-pongs wird, bis er sich setzt. Da sich der Spannungsimpuls in der Leitung mit ungefähr zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit bewegt, bestimmt das Ausmaß, in dem sich das Signal verschlechtert, wenn es die Übertragungsleitung durchquert oder zwischen den Enden der Übertragungsleitung hin und her springt, wie schnell Sie Signale übertragen können und wie Bisher können Sie sie übertragen, ohne zu stark beeinträchtigt zu werden.