Perché solo i segnali analogici possono passare attraverso l'aria (canale wireless)?

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Ho letto quanto segue in un libro:

"Quando il segnale trasmesso viene passato attraverso l'aria usando onde elettromagnetiche, deve assumere la forma di una forma d' onda continua (analogica) ."

Perché è così? Perché il segnale non può assumere la forma di una forma d'onda digitale?

rf analog antenna radio

— Vishal Sharma
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Chiamare qualcosa di digitale viene fatto per comodità. Un segnale di tensione digitale può ancora essere trattato perfettamente come un segnale analogico.

— Andy aka

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Un cambio di passo in una forma d'onda richiede una larghezza di banda infinita.

— Tom Carpenter,

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Poiché l'autore afferma che l'analogo è continuo, deve presumere che il digitale sia discontinuo. Un segnale digitale discontinuo ideale NON PU CAN essere trasmesso perché richiederebbe una larghezza di banda infinita, come già detto da Tom Carpenter.

— Claudio Avi Chami,

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Si noti che una volta superati tutti i codici e le soglie, ecc., Tutti i segnali sono effettivamente analogici sul filo o nell'aria.

— Todd Wilcox,

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@ClaudioAviChami, Ma il testo sta esplicitamente differenziando tra trasmissione attraverso l'aria e (presumibilmente) un filo. Non può esistere un segnale digitale discontinuo ideale, a causa della necessità di una larghezza di banda infinita (indipendentemente dal fatto di trovarsi su un filo, in aria, ecc.). Quindi, cercare di distinguere tra trasmetterlo su un filo o in aria, come sembra fare il testo, non ha senso.

— Makyen,

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Aggiungendo alla risposta di Tom:

La formulazione non è molto chiara, ma ciò significa che i segnali digitali non esistono realmente nella realtà. Tutti i segnali sono analogici.

Quando decidiamo che una tensione al di sopra di una certa soglia è uno "1", una tensione al di sotto di una certa soglia è uno "0" e che lo spazio in mezzo è "indefinito", allora interpretiamo un segnale analogico come un valore digitale. Tuttavia, è solo un'approssimazione molto conveniente che semplifica notevolmente il lavoro del progettista.

Il digitale è informazione astratta. È un significato che scegliamo di assegnare a valori fisici. Questo è il motivo per cui non è possibile inviare un segnale digitale via etere come onde radio. Deve essere prima convertito in qualcosa che esiste al di fuori dell'astrazione, come un segnale analogico che rappresenta le informazioni da trasmettere.

Il vero segnale è costituito da valori analogici fisici: tensione, luce, corrente, campi, pressione acustica, qualunque cosa.

Per la tua applicazione radio, potresti codificare i tuoi bit digitali nella frequenza di un vettore, o la sua fase, o qualsiasi altra codifica, di cui sono molti. Ora, hai un segnale analogico che trasporta le tue informazioni e puoi trasmetterle, quindi riceverle e recuperare i tuoi bit.

— peufeu
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Che ne dici di prendere un semplice circuito composto da una coppia di fili, una batteria, un interruttore e una resistenza. Ora se prendo l'uscita come tensione del resistore a intervalli periodici, e all'ingresso accendo / spengo la chiave. Non riceverò un segnale perfettamente digitale?

— Vishal Sharma,

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Otterrai una tensione, non bit. Diventa bit digitali solo quando lo confronti con una soglia che hai deciso ...

— peufeu

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Nel tuo esempio, quando premi il pulsante otterrai una spazzatura casuale per alcuni millisecondi mentre l'interruttore rimbalza, quindi RC si assesta alla tensione della batteria (che è variabile) più rumore a seconda dell'ambiente. Se si desidera un bit digitale, è necessario aggiungere criteri di decisione specifici relativi a rimbalzo, filtro, soglie di tensione, ecc.

— peufeu

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@VishalSharma Un interruttore fisico reale non passa istantaneamente da resistenza zero a resistenza infinita. E ogni volta che lo chiudi, otterrai una resistenza leggermente diversa poiché parti diverse dell'interruttore creano diversi livelli di contatto fisico. Ottieni il digitale nel mondo reale solo estraendo le informazioni. (Con forse alcune eccezioni dalla meccanica quantistica.)

— David Schwartz

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@VishalSharma Prendi il tuo esempio di circuito e sostituisci la resistenza con una resistenza che si illumina quando la corrente scorre attraverso di essa, come una lampadina. Registra video di quella lampadina con un frame rate molto elevato. Quando azionate l'interruttore, vedrete sul video che la lampadina non si spegne immediatamente. L'afflusso di corrente e l'inizio dell'EMF non sono istantanei. Il "segnale" dall'interruttore alla lampadina non è digitale, è analogico. Un modo per capire perché tutti i circuiti del mondo reale hanno resistenza, capacità e induttanza diverse da zero, quindi nessun segnale può cambiare all'istante.

— Todd Wilcox,

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L'importante punto da asporto è che è necessaria una forma d'onda continua se si utilizzano onde elettromagnetiche. Questo non vuol dire che non si può avere un segnale che rappresenta dati digitali, solo che il segnale stesso deve essere continuo.

Considera un'onda quadra o anche una sequenza di tensioni binarie (1 0 1 1 0 ecc.). Se prendi la FFT di un tale segnale, scoprirai che ha un contenuto spettrale su una larghezza di banda infinita. In altre parole, per produrre un cambio di passo perfetto è necessario un canale con una larghezza di banda infinita.

Non esiste un canale con una larghezza di banda infinita. Nel caso di invio di segnali basati su onde elettromagnetiche in modalità wireless, abbiamo una limitazione enorme sulla larghezza di banda che impedisce l'invio di una forma d'onda non continua (cioè con cambiamenti di gradino).

Tuttavia, solo perché non è possibile inviare un segnale non continuo, non significa che non è possibile inviare un segnale che ne rappresenti uno. Tutti gli schemi di modulazione digitale fanno proprio questo. OOK è l'esempio più semplice: uno zero è rappresentato da nessun segnale, uno è rappresentato da un tono semplice.

— Tom Carpenter
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La tua descrizione di OOK richiede anche una larghezza di banda infinita ...

— R .. GitHub FERMA AIUTANDO ICE

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No, perché l'accensione e lo spegnimento non devono avvenire in tempi quasi zero. I buoni trasmettitori OOK aumentano e diminuiscono la potenza del trasmettitore per ridurre al minimo la larghezza di banda. Vedi per es. ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf

— Jamie Hanrahan

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I segnali digitali sono un'astrazione che gli umani usano per descrivere e comprendere le cose omettendo informazioni che non ci interessano.

Ad esempio, considerare quanto segue: 1001010101000101010

È un segnale digitale o analogico? Se ti interessa solo il modello di uno e zero, allora è un segnale digitale. Ma la vera cosa fisica che stai guardando è completamente analogica perché ogni cifra si trova in una posizione fisica leggermente diversa e ha un livello di luminosità leggermente diverso e così via.

Potrebbero esserci delle eccezioni nella meccanica quantistica, ma non è rilevante qui.

— David Schwartz
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Prendi in considerazione un canale elettromagnetico in modo da poter inviare e ricevere, diciamo, tensioni comprese tra -5 V e +5 V (filo, radio con diverse modulazioni, ecc.) Se dai una rilevanza diversa a tutti i livelli di tensione all'interno di questo intervallo (ad es. Per operare un oratore) allora sei in un regime analogico . Se scegli due intervalli di tensione, dì (-4, -2) e (2, 4), e ti importa solo se la tensione cade all'interno dell'uno o dell'altro - in uno potrebbe significare "0" e nell'altro potrebbe significare " 1 ", altrimenti non significherebbe nulla - allora sei in un regime digitale .

— Pedro JV Mendes
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Quindi, nel secondo caso, il segnale utilizzato è ancora analogico, ma il modo in cui lo interpretiamo è digitale. Quindi un segnale analogico può essere interpretato in entrambi i modi, cioè i dati analogici e digitali possono essere estratti da esso. Questa parte sono in grado di capire. Ciò di cui sono confuso in questo momento è se esiste davvero una forma d'onda perfettamente digitale perché, come aveva già detto Tom, richiederebbe una larghezza di banda infinita.

— Vishal Sharma

Qualsiasi canale elettromagnetico è aperto a rumori (casuali), interferenze. Pertanto, l'output non può essere determinato esattamente dall'input. Quindi qualsiasi forma d'onda che metti all'ingresso non sarà più la stessa all'uscita. Ora, nell'ambito della fisica quantistica, forse è possibile inviare informazioni (pure) in codice binario, ma non come nell'eletromagnetismo classico, attraverso le onde EM. (Non posso aggiungere a questo.)

— Pedro JV Mendes

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@VishalSharma la risposta è no, non ci può essere una forma d'onda digitale perfetta nell'elettronica del mondo reale perché la larghezza di banda infinita è impossibile perché resistenza zero, capacità e induttanza sono tutte impossibili. La segnalazione digitale funziona perché devi solo avvicinare il segnale reale al digitale affinché il ricevitore del segnale sia in grado di interpretarlo come valori discreti, ma la forma d'onda sottostante del segnale sarà comunque continua e analogica.

— Todd Wilcox,

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Ciò che toglierò da tutta la discussione è questo: tutti i segnali in questo mondo sono segnali analogici. Non possiamo produrre un segnale perfettamente digitale. Possiamo solo generare approssimazioni più vicine di un segnale digitale. Pertanto, se il supporto è cablato o wireless, non importa. La forma d'onda del segnale trasmesso sarà sempre analogica.

— Vishal Sharma,

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Le onde elettromagnetiche, o segnali che attraversano lo spazio o l'aria, esistono a causa dello scambio di energia tra l'onda elettrica e l'onda magnetica.

Questo scambio di energia avviene a frequenza fissa o colore per le onde luminose. La frequenza è determinata dalla sorgente che irradia energia.

Le onde di frequenze diverse possono essere mescolate, ma esistono come separate coloursche non possono essere modificate mentre attraversano lo spazio. Questo è il motivo per cui la luce solare bianca può essere separata nei colori dell'arcobaleno.

— skvery
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