kein sehr erfahrener EE, aber ich dachte an ein System für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, und es ist konzeptionell ziemlich einfach, also stelle ich mir vor, dass es ernsthafte Mängel bei der Methode geben muss, weil sie meines Wissens nicht implementiert ist, oder bei zumindest nicht weit verbreitet. Ich entschuldige mich im Voraus für meine Unkenntnis des Themas (ich beginne gerade mit dem Lernen).
So wie ich es verstehe, werden binäre Signale, die in einer Trägerwelle eingeschlossen sind, über ein Modem moduliert / demoduliert. Ich verstehe, warum dies in der Vergangenheit gemacht wurde - Prozessoren waren nicht so hardcore, und die Hardware kann nur Binärdateien verstehen. Ich glaube, ich verstehe einfach nicht, warum es immer noch so gemacht wird.
Wenn wir die Amplitude einer Welle modulieren (ich denke, indem wir dem Oszillator unterschiedliche Stromstärken zuführen), können wir diese Welle nicht mit einer Art Analog-Digital-Wandler abtasten und auf der CPU verarbeiten?
Wenn dies möglich ist, warum bei Basis 2 bleiben? Wenn wir für jede messbare Amplitude einen eindeutigen Wert haben könnten, würden die Datenübertragungsraten in die Höhe schnellen. Stellen Sie sich vor, Daten mit der Basis 1024 oder sogar höher zu übertragen. Wenn wir die Welle (jede Schwingung) genau abtasten könnten, sehe ich nicht ein, warum die Übertragungsrate gleich der Frequenz der Wellenzeitbasis geteilt durch 2 Bit pro Sekunde sein könnte (dies ist wahrscheinlich keine korrekte Berechnung).
Wenn wir einen Prozessor haben, der im Gigahertz läuft, und ein Signal im niedrigen Megahertz, scheint es machbar, dass der Prozessor in der Lage wäre, die Daten abzutasten und in Basis 2 zu übersetzen (möglicherweise zur Übersetzung an einen anderen Kern zu senden). Dadurch würde die Datenrate durch den Prozessor begrenzt (schnellere Prozessoren würden zur Ausnutzung höherer Frequenzen für die Übertragung führen).
Begrenzende Faktoren, die ich mir vorstellen kann, sind, wie schnell der Strom zum Oszillator geändert werden kann (für TX), wie schnell die Analog-Digital-Wandlung durchgeführt werden kann (lesen Sie, dass eine genaue Abtastung auf Hunderte von Megahertz möglich ist) und die Reichweite von messbaren Amplituden.
Ich bin mir bewusst, dass diese Frage wahrscheinlich eine ungewöhnliche Menge an Dummheit enthält, aber ich möchte dieses System bauen und frage mich, warum ich es nicht tun sollte. Es muss etwas Wichtiges geben, das mir hier fehlt. Was könnte es sein? Danke.
Sie haben gerade zwei separate und völlig gültige Technologien beschrieben, die heute in der Kommunikationstheorie verwendet werden: softwaredefiniertes Radio und (mangels eines guten allgemeinen Begriffs, an den ich mich erinnern kann) Multisymbol-/Ebenenkommunikation.
Wenn wir die Amplitude einer Welle modulieren (ich denke, indem wir dem Oszillator unterschiedliche Stromstärken zuführen), können wir diese Welle nicht mit einer Art Analog-Digital-Wandler abtasten und auf der CPU verarbeiten?
Ja - bis zu einem gewissen Grad. Sie haben gerade Software Defined Radio beschrieben. Die Grundidee ist, was Sie gesagt haben: Verzichten Sie auf den Großteil der Hochfrequenzgeräte und erzeugen Sie die modulierte Sinuswelle direkt aus dem Ausgang eines D/A-Wandlers und verwenden Sie für den Rückweg einen ähnlich schnellen A/D und viel DSP-Verarbeitung für beide Seiten. Das aktuelle Problem ist, dass Prozessorgeschwindigkeiten heute zwar in Gigahertz gemessen werden, die Schnittstelle zur analogen Welt diese Geschwindigkeiten aber noch nicht erreicht hat. Dies bedeutet, dass die direkte Erzeugung von Wellenformen auf niedrige Frequenzen beschränkt ist (die für die Kommunikation immer noch beängstigend hoch sind im Vergleich zu den Frequenzen, um die sich "normale" Analogdesigner sorgen). Wenn ich jedoch meine Artikel richtig lese, erlaubt dies immer noch das Entfernen einiger der in den meisten Radios vorhandenen Zwischenfrequenz-Hardware.
Wenn dies möglich ist, warum bei Basis 2 bleiben? Wenn wir für jede messbare Amplitude einen eindeutigen Wert haben könnten, würden die Datenübertragungsraten in die Höhe schnellen. Stellen Sie sich vor, Daten mit der Basis 1024 oder sogar höher zu übertragen. Wenn wir die Welle (jede Schwingung) genau abtasten könnten, sehe ich nicht ein, warum die Übertragungsrate gleich der Frequenz der Wellenzeitbasis geteilt durch 2 Bit pro Sekunde sein könnte (dies ist wahrscheinlich keine korrekte Berechnung).
Sie haben Recht, dass es nicht perfekt ist, aber Sie haben definitiv die Grundidee. Um ein Beispiel zu geben, bleiben wir bei der Amplitudenmodulation. Wenn Sie versuchen, 0 oder 1 mit AM zu übertragen, nennt man das On-Off-Keying (Link führt zu einer Seite mit schönen Bildern und einer Beschreibung). Dies funktioniert durch Modulation eines reinen digitalen Signals - 5 V ist "1", 0 V ist "0". Sie haben Recht, wenn Sie mehrere Spannungspegel haben, können Sie mehr Daten auf einmal senden - dies wird Amplitude Shift Keying genannt (eine weitere schöne Beschreibung mit Bild). Wie Sie sehen können, gibt es mehrere Spannungspegel für verschiedene Kombinationen von Bits - 2 Bits ergeben vier verschiedene Spannungspegel, 3 ergibt 8 usw.
Das Problem mit diesem und anderen ähnlichen Schemata ist nicht theoretisch, sondern praktisch - in einem Kommunikationskanal mit Rauschen werden Sie sehr wahrscheinlich Schwierigkeiten haben, herauszufinden, was genau gesendet wurde. Es ist genau wie bei analogen Signalen: Wenn meine einzigen gültigen Spannungspegel 0 und 5 V sind, kann ich ziemlich sicher sein, dass es 5 V sein sollten, wenn ich 4,3 V herausbekomme. Wenn ich 1024 gültige Spannungspegel habe, wird es viel schwieriger zu bestimmen.
Beachten Sie auch, dass Sie nicht auf Amplitudenmodulation beschränkt sind - die gleichen Techniken können auf phasenmodulierte Signale (ähnlich wie FM) angewendet werden, oder Sie können in den Bereich der Frequenzumtastung eintreten, wo unterschiedliche Frequenzen Bits darstellen (dh wenn Sie möchten Übertrage '3' in Binärform, was bedeuten könnte, dass eine 3-kHz-Sinuswelle und eine 6-kHz-Sinuswelle gesendet und dann am Empfangsende getrennt werden, wo das Senden von '1' möglicherweise nur die 3-kHz-Sinuswelle ist).
Und diese Techniken sind bereits weit verbreitet – GSM-Mobiltelefone verwenden eine Form der Frequenzumtastung, die als Gaussian Minimum Shift Keying bezeichnet wird. Obwohl ich eine falsche Idee korrigieren möchte, die Sie möglicherweise haben: Modulation wird immer noch in all diesen Schemata verwendet. Das Gegenteil eines modulierten Signals ist ein Basisbandsignal (wie ein Bitstrom von einer seriellen Schnittstelle). Um über die Luft in beliebiger Entfernung zu kommunizieren, benötigen Sie Modulation, Punkt. Es wird nicht verschwinden, aber wie wir die modulierte Wellenform erzeugen, wird sich ändern.
Ich schlage vor, Sie nehmen einen Kurs in Kommunikationstheorie, wenn Sie können - es klingt, als hätten Sie das Talent dafür.
Wenn Sie 1 Bit gleichzeitig senden, benötigen Sie zwei verschiedene Pegel (für die Amplitudenmodulation). Wenn Sie 8 Bit gleichzeitig senden möchten, benötigen Sie 256 Ebenen, was zu vielen Lesefehlern führt. ein Pegel kann sich aufgrund von Rauschen ändern.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, mehr als ein Bit gleichzeitig zu senden, wie QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Ein Teil der Information liegt in der Amplitude des Signals, wie bei ASK (Amplitude Shift Keying), und ein Teil in der Phase des Signals, wie bei PSK (Phase Shift Keying).
Das, worum Sie bitten, wurde in gewissem Umfang und für verschiedene Übertragungsmedien ausgeführt. Ich habe angefangen, eine kurze Sache über verschiedene Modulationsschemata zu schreiben, bin dann aber auf eine Wikipedia-Seite gestoßen , die sie ziemlich gut abdeckt. Scrollen Sie einfach nach unten zum Abschnitt "Liste gängiger digitaler Modulationstechniken".
Viele moderne Systeme arbeiten mit Quadraturamplitudenmodulation (QAM). Ethernet verwendet Pulsamplitudenmodulation (PAM), die nicht auf dieser Seite enthalten ist. Und viele funkbasierte Übertragungen verwenden irgendeine Form von Trellis-Codierung. Wenn Sie sich diese also ansehen, erhalten Sie eine gute Vorstellung davon, was die gemeinsamen Dinge sind. Wenn Sie sich die älteren AM, PSK usw. ansehen, erhalten Sie eine Vorstellung davon, woher wir kommen.
Die Quintessenz ist dies ... Fast jede Form der Computerkommunikation, die mehr als etwa 10 Fuß zurücklegt, beinhaltet ein gewisses Maß an Codierung und Modulation. Es ist im Grunde das, worüber Sie in Ihrer Frage gesprochen haben, aber auf die Spitze getrieben. Vieles davon ist sehr theoretisch und mathe-intensiv. Die Leute benutzen diese Art von Zeug für ihre Promotion. These.
Du meinst wahrscheinlich so ?
Mehr als 2 Signalpegel zu haben ist eine sehr bekannte Technik, der Nachteil ist das niedrigere Signal-Rausch-Verhältnis. Aber ein gutes Fehlerkorrekturschema kann die zusätzlichen Bits verwenden, um mehr Fehler zu entfernen, als durch das verringerte Signal-Rausch-Verhältnis hinzugefügt wurden, so dass dies definitiv die Leistung steigern kann.
Keine Ahnung, warum Sie sagen, Modems tun dies nicht, sie tun es mit Sicherheit. V.90 hat eine RIESIGE Konstellation.
Diskrete Zeitabtastung und digitale Signalverarbeitung, wie Sie sie beschreiben, wird in Telefonleitungsmodems verwendet, aber auf einer Telefonleitung ist es erlaubt, fast willkürliche Wellenformen in einer Bandbreite auszugeben, die relativ zur Mittenfrequenz ziemlich groß ist (typischer Bereich etwa 300- 3.300 Hz). Im Gegensatz dazu müssen Funkübertragungen in eine ziemlich kleine Hülle um eine Mittenfrequenz passen. Wenn Sie das einzige Funkübertragungsgerät der Welt besäßen, könnten Sie tatsächlich eine ganze Menge Daten auf einem 1-MHz-Träger ausgeben, indem Sie jede Welle modulieren, aber Ihre Übertragung würde alle Übertragungen verstümmeln, die jemand anderes auf vielen anderen Frequenzen versuchen könnte. Wenn der Sender darauf beschränkt ist, Energie im Bereich von 995.000–1.005.000 Hz auszugeben,
Nachtrag Die Amplitudenmodulation eines Sinuswellenträgers mit einem anderen Sinuswellensignal erzeugt Signale mit einer Frequenz, die der Summe und Differenz der Träger- und Modulationssignale entspricht. Die Amplitudenmodulation eines Sinuswellenträgers mit einem Signal, das die Summe zweier Sinuswellen ist, entspricht der separaten Amplitudenmodulation der beiden Sinuswellen auf demselben Träger und der Kombination des Ergebnisses. Das Ergebnis der Amplitudenmodulation eines Sinuswellenträgers mit einer komplexen Wellenform kann bestimmt werden, indem alle unterschiedlichen Frequenzkomponenten dieser Wellenform herausgetrennt und der Effekt der jeweiligen Amplitudenmodulation berechnet werden.
Wenn man eine Vielzahl von Sprachfrequenzen im Bereich von 0 bis 5 kHz auf einen 1-MHz-Träger amplitudenmoduliert, wird das Ergebnis eine Mischung von Frequenzen im Bereich von 995.000 bis 1.005.000 Hz sein. Um eine AM-Radiosendung auf Kanal 1000 (dh 1.000 kHz oder 1,00 MHz) abzustimmen, sollte man sich bemühen, dass der Tuner alle Frequenzen im oben genannten Bereich akzeptiert und alle außerhalb ablehnt. Wenn man Kanal 990 einstellen möchte, sollte man die Frequenzen 985.000-995.000 erfassen. Beachten Sie, dass, wenn der Sender auf Kanal 1.000 vor der Übertragung nicht alle Audiofrequenzen über 5 kHz herausfiltert, diese auf den Kanal darunter (sowie auf den Kanal darüber) überlaufen würden.
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Brandon Frohbieter
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Chris Stratton
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