为什么只有模拟信号才能通过空气(无线通道)通过?


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我在书中阅读了以下内容:

“当发射的信号通过电磁波通过空气时,它必须采取连续(模拟)波形的形式。”

为什么会这样呢?为什么信号不能采用数字波形形式?


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为方便起见,进行数字呼叫。数字电压信号仍然可以完美地视为模拟信号。
安迪(aka Andy)

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波形的阶跃变化需要无限的带宽。
汤姆·卡彭特

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由于作者声明模拟是连续的,因此他必须假设数字是不连续的。正如汤姆·卡彭特(Tom Carpenter)所说,不能传送理想的,不连续的数字信号,因为它需要无限的带宽。
Claudio Avi Chami

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请注意,一旦您掌握了所有编码和阈值等,所有信号实际上都是在线或空中模拟的。
Todd Wilcox

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@ClaudioAviChami,但是,文本明确区分了通过空中传输和(大概是)电线之间的传输。由于需要无限的带宽(无论是在电线上,在空中等),理想的,不连续的数字信号都不存在。因此,试图区分是通过导线传输还是通过空中传输,这似乎是荒谬的。
Makyen's

Answers:


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添加到汤姆的答案:

措词不是很清楚,但是这意味着数字信号实际上实际上并不存在。所有信号都是模拟的。

当我们确定高于某个阈值的电压为“ 1”,低于某个阈值的电压为“ 0”,并且两者之间的间隔为“未定义”时,我们将模拟信号解释为数字值。但是,这只是一个非常方便的近似方法,极大地简化了设计人员的工作。

数字是抽象信息。这是我们选择分配给物理值的含义。这就是为什么您不能以无线电波的形式在空中发送数字信号的原因。必须首先将其转换为抽象之外的内容,例如代表要传输信息的模拟信号。

实际信号由物理模拟值组成:电压,光,电流,场,声压等。

对于您的无线电应用程序,您可以将数字位编码为载波的频率,其相位或许多其他编码。现在,您有了一个模拟信号来承载您的信息,您可以传输它,然后接收它并恢复您的位。


我采用由一对电线,一个电池,一个开关和一个电阻组成的简单电路怎么样?现在,如果我以周期性的间隔将输出作为电阻器的电压,并在输入处打开/关闭按键。我不会收到完美的数字信号吗?
维沙尔·沙尔玛(Vishal Sharma)

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您会得到电压,而不是位。当您将其与您确定的阈值进行比较时,它只会变成数字位...
peufeu

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在您的示例中,当您按下按钮时,当开关弹跳时,您会在几毫秒内收到随机垃圾,然后RC稳定到电池电压(可变)加上噪声,具体取决于环境。如果你想有一个数字位,则需要添加防抖动方面具体的决策标准,滤波,电压阈值,等等
peufeu

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@VishalSharma真正的物理开关不会立即从零电阻变为无限电阻。而且,每次关闭它时,由于开关的不同部分进行不同程度的物理接触,电阻都会略有不同。您只能通过提取信息来获得现实世界中的数字化。(也许量子力学有一些例外。)
David Schwartz

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@VishalSharma以您的示例电路为例,将电阻器替换为在电流流过时会发光的电阻器,例如灯泡。以很高的帧频录制灯泡的视频。当您操作开关时,您会在视频中看到灯泡并没有立即从熄灭变为完全点亮。电流的流入和EMF的发生不是瞬时的。从开关到灯泡的“信号”不是数字的,而是模拟的。一种理解为什么所有现实世界电路的电阻,电容和电感都不为零的方法,因此没有信号可以立即改变。
Todd Wilcox

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重要的要点是,如果使用电磁波,则需要连续的波形。这并不是说您不能有代表数字数据的信号,只是信号本身必须是连续的。

考虑方波,或什至一系列二进制电压(1 0 1 1 0等)。如果对此类信号进行FFT,您会发现它具有无限带宽内的频谱内容。换句话说,要产生完美的阶跃变化,您需要一个带宽无限的通道。

没有带宽无限的通道。在以无线方式发送基于电磁波的信号的情况下,我们对带宽有很大的限制,这会阻止发送不连续的波形(即具有阶跃变化的波形)。

但是,仅仅因为您不能发送不连续的信号,并不意味着您就不能发送代表一个信号。所有的数字调制方案都可以做到这一点。OOK是最基本的示例-零代表无信号,一个代表单音。


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您对OOK的描述还需要无限的带宽...
R .. GitHub停止帮助ICE

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不可以,因为打开和关闭无需在接近零的时间内进行。优质的OOK发射器会增大和降低发射器的功率,以最大程度地减小带宽。见前。ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf
Jamie Hanrahan

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数字信号是人类用来通过省略我们不感兴趣的信息来描述和理解事物的抽象。

例如,考虑以下内容:1001010101000101010

是数字信号还是模拟信号?如果您只关心1和0的模式,则它是数字信号。但是您正在查看的实际物理对象完全是模拟的,因为每个数字的物理位置稍有不同,亮度水平也略有不同,依此类推。

量子力学中可能会有例外,但这与这里无关。


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考虑一个电磁通道,以便您可以发送和接收-5 V和+5 V范围内的电压(电线,具有不同调制方式的无线电等)。如果对该范围内的所有电压电平赋予不同的相关性(例如,进行操作)演讲者),那么您处于模拟状态。如果您选择两个电压间隔,例如(-4,-2)和(2,4),并且您只在乎电压是否落在一个或另一个范围内-变成一个表示“ 0”,变成另一个表示“ 1”,否则将毫无意义-那么您处于数字体制。


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因此,在第二种情况下,所使用的信号仍然是模拟信号,但我们解释该信号的方式是数字信号。因此,可以以两种方式解释模拟信号,即可以从模拟信号和数字数据中提取模拟信号和数字数据。这部分我能够理解。我现在困惑的是,是否真的存在一个完美的数字波形,因为正如汤姆提到的那样,它将需要无限的带宽。
维沙尔·沙尔玛(Vishal Sharma)

任何电磁通道都容易受到(随机)噪声,干扰的影响。因此,无法从输入中确切确定输出。因此,无论您在入口处放置的波形如何,在出口处都不会相同。现在,在量子物理学的框架内,也许可以通过EM波发送(纯)二进制编码的信息,但与经典的电磁学不同。(我对此
无能为力

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@VishalSharma答案是否定的,在现实世界的电子产品中不可能有完美的数字波形,因为无限带宽是不可能的,因为零电阻,电容和电感都不可能。数字信号之所以起作用,是因为您只需要使实际信号接近数字,信号接收者便可以将其解释为离散值,但是信号的基础波形仍将是连续的和模拟的。
Todd Wilcox

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我要从所有讨论中删除的是:这个世界上的所有信号都是模拟信号。我们无法产生完美的数字信号。我们只能生成更接近的数字信号近似值。因此,媒体是有线的还是无线的都没有关系。传输信号的波形将始终是模拟的。
维沙尔·沙尔玛(Vishal Sharma)

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由于电波和电磁波之间的能量交换,存在电磁波或通过太空或空气的信号。

这种能量交换以固定频率或光波的颜色发生。频率由辐射能量的源决定。

可以混合不同频率的波,但是它们作为单独的存在存在,colours在穿越太空时无法改变。这就是为什么白色的阳光可以分离成彩虹中的颜色的原因。

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