Wie werden digitale Informationen in Licht- oder Funkwellen kodiert/dekodiert?

Codierung:

Informationen können nicht "auf einen Satz von Photonen (ohne Masse) übertragen werden und unterschiedliche "Zustände" innerhalb des analogen Lichts halten" . Die Photonen selbst speichern/tragen die Informationen nicht in sich, aber die Schwankungen in der Anzahl der Photonen (Fluss, Intensität) oder die Schwankungen in der Frequenz der Photonen können Informationen tragen.

"Konstituentenzustand der Materie (und die von ihnen repräsentierten "Zustände") in einem Stromkreis" sind (normalerweise) nur unterschiedliche Spannungspegel. Diese Spannungspegel können durch verschiedene Geräte (am weitesten verbreitet sind LEDs und Laser) in unterschiedliche Lichtstärken oder unterschiedliche Frequenzen umgewandelt werden. Somit können die in Ihrer Schaltung vorhandenen (digitalen) Informationen mit relativ einfachen Schemata in Licht umgewandelt werden - schalten Sie einfach das Licht auf eine vorbestimmte Weise ein und aus (z. B. Morsecode, wie von @Passerby vorgeschlagen).

Bei Radiowellen hingegen dreht sich alles um sinusförmige Signale. Ja, aus theoretischer Sicht kann man sich Licht und Radiowellen als gleich vorstellen, aber dieser Ansatz funktioniert in der realen Welt nicht. Sie können "Digital Radio Wave Pulse" nicht drahtlos übertragen - Sie müssen sinusförmige Signale senden. Wenn Sie sinusförmige Signale verwenden müssen, können Sie drei Parameter ändern, um Ihre digitalen Informationen zu codieren: Amplitude, Frequenz und Phase. Diese Kodierung wird Modulation genannt und ist ein sehr umfangreiches Thema (mit vielen mathematischen Aspekten).

Beachten Sie, dass Sie zwar digitale Informationen über Licht senden können, ohne Modulationsschemata zu verwenden, es jedoch Fälle gibt, in denen die Intensität oder Frequenz des Lichts mit digitalen Informationen moduliert werden kann. Die Gründe für diese Komplikation können sein: höhere Signalintegrität, höheres SNR, höhere Bitrate und vieles mehr (die Tabelle gilt nur für die Kommunikation über Glasfaser):

Einer der wichtigsten Vorteile der Modulation (vielleicht sogar der wichtigste) besteht jedoch darin, dass die Modulation die gemeinsame Nutzung eines einzelnen physischen Mediums (sowohl drahtgebunden als auch drahtlos) zwischen zahlreichen logischen Kanälen ermöglicht. Zum Beispiel: Telefon, Internet und Fernsehen können parallel (gleichzeitig) über ein einziges Glasfaserkabel "geliefert" werden, wenn ein geeignetes Modulationsschema verwendet wird.

Dekodierung:

Es gibt elektronische Geräte, die unterschiedliche Lichtintensitäten oder -frequenzen wieder in unterschiedliche Spannungspegel umwandeln (am gebräuchlichsten sind Fotodioden und Photovoltaikzellen). Sobald Ihre Informationen durch Spannungspegel dargestellt werden, befinden Sie sich wieder im üblichen Elektronikdesign. Abhängig von den anfänglich verwendeten Modulationsschemata müssen möglicherweise verschiedene Demodulationsschemata implementiert werden.

Für Funkwellen gilt dasselbe, aber das empfangene Signal ist eine modulierte Sinuskurve, daher werden immer Demodulationsverfahren verwendet. Das Gerät, das Funkwellen empfängt und in Spannungspegel umwandelt, wird als „Antenne“ bezeichnet.

Stellen Sie sich 1 und 0 einfache Bitmuster vor, 1 bedeutet Hochspannung und 0 bedeutet Niederspannung. jetzt bilden 7 dieser 1 und 0 ASCII-Codes 0100-0001 (41 in hexadezimal) äquivalent zu A. Denken Sie nun daran, dass jedes Mal, wenn Sie eine Taste auf der Tastatur drücken, dieses Bitmuster an den Prozessor übertragen wird und der Prozessor dann Zeichen anhand der Nachschlagetabelle und findet auf dem Bildschirm anzeigen. Bei TV-Fernbedienungen findet eine ähnliche Art der Umwandlung unter Verwendung eines Infrarotsensors statt. Ein Sender in der Fernbedienung und ein Empfänger im Fernseher. Angenommen, jede Taste der Fernbedienung ist fest in ein Bitmuster codiert, und das Bitmuster und die entsprechende Funktion sind im Fernsehgerät gespeichert. Ein Infrarot-Rot-Detektor am Fernseher erkennt den Ein- und Aus-Zustand der Fernbedienung, ähnlich wie ein Lichtschalter, der ein- und ausgeschaltet wird.
Kommen wir nun zu Radiowellen, wird ein Lied oder Ihre Stimme vom Mikrofon in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Mikrofon verwendet dazu eine externe Versorgung, die Schallschwingungen in elektrische Signale umwandelt. Diese elektrischen Signale sind analoger Natur. Nehmen wir nun an, wir hätten sie mit ADC (Sampling und Quantisierung) in ein digitales Signal umgewandelt und mit Funkwellen übertragen. Hier ist Radiowelle nichts anderes als ein Träger wie FedEx oder ein Kurierdienst. Auf der Empfängerseite werden Bitmuster aus Funkwellen extrahiert. Wir haben jetzt also Ihr Lied in Form von Bitmustern 10111...... sehr lang. DAC kommt ins Bild, er wandelt dieses digitale Signal in ein analoges Signal um, das elektrischer Strom ist. Wenn Sie in diesem Zustand einen großen Lautsprecher an die Ausgangsbuchse Ihres Computers anschließen, wo Sie diese Bitmuster gespeichert haben, Der Strom geht direkt zur Membran des Lautsprechers und vibriert ihn. Luft plus Vibration entspricht dem Klang, der in Ihren Stimmbändern erzeugt und im Mikrofon umgewandelt wurde. Der Prozess ist also nichts anderes als die Umwandlung einer Energieform in eine andere Form, genau wie Wasserturbinen und Dampf zur Stromerzeugung. Die Umwandlung erfolgt durch Wandler und es gibt verschiedene Formen von Wandlern wie Beschleunigungsmesser in Ihrem Smartphone, die Bewegung in elektrischen Strom umwandeln. Kamera im Smartphone, die Licht in elektrischen Strom umwandelt. Drucker hingegen wandeln elektrischen Strom in schriftliches Material um. Der Prozess ist also nichts anderes als die Umwandlung einer Energieform in eine andere Form, genau wie Wasserturbinen und Dampf zur Stromerzeugung. Die Umwandlung erfolgt durch Wandler und es gibt verschiedene Formen von Wandlern wie Beschleunigungsmesser in Ihrem Smartphone, die Bewegung in elektrischen Strom umwandeln. Kamera im Smartphone, die Licht in elektrischen Strom umwandelt. Drucker hingegen wandeln elektrischen Strom in schriftliches Material um. Der Prozess ist also nichts anderes als die Umwandlung einer Energieform in eine andere Form, genau wie Wasserturbinen und Dampf zur Stromerzeugung. Die Umwandlung erfolgt durch Wandler und es gibt verschiedene Formen von Wandlern wie Beschleunigungsmesser in Ihrem Smartphone, die Bewegung in elektrischen Strom umwandeln. Kamera im Smartphone, die Licht in elektrischen Strom umwandelt. Drucker hingegen wandeln elektrischen Strom in schriftliches Material um.