Warum können nur analoge Signale die Luft passieren (Funkkanal)?

Ergänzung zu Toms Antwort:

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

Wenn wir entscheiden, dass eine Spannung über einer bestimmten Schwelle eine „1“, eine Spannung unter einer bestimmten Schwelle eine „0“ und der Abstand dazwischen „undefiniert“ ist, dann interpretieren wir ein analoges Signal als digitalen Wert. Es ist jedoch nur eine sehr bequeme Annäherung, die die Arbeit des Designers stark vereinfacht.

Digital ist abstrakte Information. Es ist eine Bedeutung, die wir physischen Werten zuordnen. Aus diesem Grund können Sie kein digitales Signal als Funkwellen über die Luft senden. Es muss zunächst in etwas umgewandelt werden, das außerhalb der Abstraktion existiert, wie ein analoges Signal, das die zu übertragende Information darstellt.

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

Für Ihre Funkanwendung könnten Sie Ihre digitalen Bits in die Frequenz eines Trägers oder seine Phase oder jede andere Codierung codieren, von der es viele gibt. Jetzt haben Sie ein analoges Signal, das Ihre Informationen trägt, und Sie können es senden, dann empfangen und Ihre Bits zurückgewinnen.

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, nur dass das Signal selbst kontinuierlich sein muss.

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

Es gibt keinen Kanal mit unendlicher Bandbreite. Im Falle des drahtlosen Sendens von auf elektromagnetischen Wellen basierenden Signalen haben wir eine massive Beschränkung der Bandbreite, die verhindert, dass eine nicht kontinuierliche Wellenform (dh solche mit sprunghaften 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.

Digitale Signale sind eine Abstraktion, mit der Menschen Dinge beschreiben und verstehen, indem sie Informationen weglassen, die uns nicht interessieren.

Betrachten Sie beispielsweise Folgendes: 1001010101000101010

Ist das ein digitales Signal oder ein analoges? 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 einen etwas anderen Helligkeitsgrad hat und so weiter.

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

Stellen Sie sich einen elektromagnetischen Kanal so vor, dass Sie beispielsweise Spannungen innerhalb von -5 V und +5 V senden und empfangen können (Draht, Funk mit unterschiedlichen Modulationen usw.). Wenn Sie allen Spannungspegeln innerhalb dieses Bereichs unterschiedliche Bedeutung beimessen (z ein Lautsprecher), dann befinden Sie sich in einem analogen Regime. Wenn Sie zwei Spannungsintervalle wählen, sagen wir (-4, -2) und (2, 4), und es Ihnen nur wichtig ist, ob die Spannung in das eine oder das andere fällt – in das eine könnte „0“ und in das andere „0“ bedeuten. 1“, sonst würde es nichts bedeuten – dann sind Sie in einem digitalen Regime.

Elektromagnetische Wellen oder Signale, die durch den Raum oder die Luft gehen, entstehen 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 abstrahlt.

Wellen unterschiedlicher Frequenzen können gemischt werden, aber sie existieren getrennt coloursund können nicht verändert werden, wenn sie durch den Raum reisen. Aus diesem Grund kann weißes Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens zerlegt werden.