Por que apenas sinais analógicos passam pelo ar (canal sem fio)?

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Eu li o seguinte em um livro:

"Quando o sinal transmitido é passado pelo ar usando ondas eletromagnéticas, ele deve assumir a forma de uma forma de onda contínua (analógica) ."

Porque isto é assim? Por que o sinal não pode assumir a forma de uma onda digital?

rf analog antenna radio

— Vishal Sharma
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Chamar algo digital é feito por conveniência. Um sinal de voltagem digital ainda pode ser perfeitamente tratado como um sinal analógico.

— Andy aka

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Uma mudança de etapa em uma forma de onda requer largura de banda infinita.

— Tom Carpenter

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Como o autor afirma que o analógico é contínuo, ele deve estar assumindo que o digital é descontínuo. Um sinal digital descontínuo ideal NÃO PODE ser transmitido porque precisaria de largura de banda infinita, como Tom Carpenter já disse.

— Claudio Avi Chami

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Observe que, depois de passar por baixo de todos os códigos e limites, etc., todos os sinais são realmente analógicos no fio ou no ar.

— Todd Wilcox

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@ClaudioAviChami, Mas, o texto está explicitamente diferenciando entre transmissão pelo ar e (presumivelmente) um fio. Um sinal digital descontínuo ideal não pode existir , devido à necessidade de largura de banda infinita (independentemente de estar em um fio, no ar etc.). Portanto, tentar diferenciar entre transmiti-lo por um fio e no ar, como o texto parece fazer, não faz sentido.

— Makyen

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Adicionando à resposta de Tom:

A redação não é muito clara, mas o que isso significa é que os sinais digitais não existem realmente na realidade. Todos os sinais são analógicos.

Quando decidimos que uma tensão acima de um certo limite é "1", uma tensão abaixo de um certo limite é "0" e o espaço intermediário é "indefinido", interpretamos um sinal analógico como um valor digital. No entanto, é apenas uma aproximação muito conveniente que simplifica bastante o trabalho do designer.

Digital é uma informação abstrata. É um significado que escolhemos atribuir a valores físicos. É por isso que você não pode enviar um sinal digital pelo ar como ondas de rádio. Ele deve ser convertido primeiro em algo que existe fora da abstração, como um sinal analógico que representa a informação a ser transmitida.

O sinal real é feito de valores físicos analógicos: tensão, luz, corrente, campos, pressão acústica, qualquer que seja.

Para sua aplicação de rádio, você pode codificar seus bits digitais na frequência de uma portadora, ou sua fase, ou qualquer outra codificação, da qual eles são muitos. Agora, você tem um sinal analógico que carrega suas informações e pode transmiti-las, recebê-las e recuperar seus bits.

— peufeu
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Que tal fazer um circuito simples que consiste em um par de fios, uma bateria, um interruptor e um resistor. Agora, se eu tomo a saída como a tensão do resistor em intervalos periódicos, e na entrada eu ligo / desligo a chave. Não receberei um sinal perfeitamente digital?

— Vishal Sharma

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Você obterá uma voltagem, não bits. Ele só se torna bits digitais quando você compará-lo com um limiar que você decidiu ...

— peufeu

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No seu exemplo, quando você pressiona o botão, obtém lixo aleatório por alguns milissegundos à medida que a chave bate, depois o RC se estabelece com a tensão da bateria (variável) e o ruído, dependendo do ambiente. Se você quiser um pouco digital, você precisa adicionar critérios específicos decisão sobre debouncing, filtragem, limites de voltagem, etc.

— peufeu

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@VishalSharma Um interruptor físico real não muda instantaneamente de resistência zero para resistência infinita. E toda vez que você fechá-lo, você terá uma resistência ligeiramente diferente, pois diferentes partes do comutador fazem diferentes níveis de contato físico. Você só fica digital no mundo real abstraindo informações. (Talvez com algumas exceções de mecânica quântica.)

— David Schwartz

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@VishalSharma Tome o seu exemplo de circuito e substitua o resistor por um resistor que brilha quando a corrente flui através dele, como uma lâmpada. Grave o vídeo dessa lâmpada com uma taxa de quadros muito alta. Quando você aciona o interruptor, verá no vídeo que a lâmpada não sai de totalmente para ligar instantaneamente. A entrada de corrente e o início do CEM não são instantâneos. O "sinal" do interruptor para a lâmpada não é digital, é analógico. Uma maneira de entender por que todos os circuitos do mundo real têm resistência, capacidade e indutância diferentes de zero, para que nenhum sinal possa mudar instantaneamente.

— Todd Wilcox

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O ponto importante de remoção é que você precisa de uma forma de onda contínua se estiver usando ondas eletromagnéticas. Isso não quer dizer que você não possa ter um sinal que represente dados digitais, apenas que o próprio sinal deve ser contínuo.

Considere uma onda quadrada ou mesmo uma sequência de tensões binárias (1 0 1 1 0 etc.). Se você pegar o FFT de um sinal desse tipo, verá que ele possui conteúdo espectral em uma largura de banda infinita. Em outras palavras, para produzir uma mudança de etapa perfeita, você precisa de um canal com largura de banda infinita.

Não existe um canal com largura de banda infinita. No caso de enviar sinais baseados em ondas eletromagnéticas sem fio, temos uma limitação enorme na largura de banda que impede que uma forma de onda não contínua (por exemplo, aquelas com alterações de etapa) seja enviada.

No entanto, apenas porque você não pode enviar um sinal que não seja contínuo, não significa que você não pode enviar um sinal que represente um. Todos os esquemas de modulação digital fazem exatamente isso. OOK é o exemplo mais básico - um zero é representado por nenhum sinal, um é representado por um tom simples.

— Tom Carpenter
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Sua descrição do OOK também requer largura de banda infinita ...

— R .. GitHub PARE DE AJUDAR O GELO

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Não, porque a ativação e desativação não precisam ocorrer em tempo próximo de zero. Os bons transmissores OOK aumentam e diminuem a potência do transmissor para minimizar a largura de banda. Veja para ex. ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf

— Jamie Hanrahan

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Sinais digitais são uma abstração que os humanos usam para descrever e entender as coisas, omitindo informações nas quais não estamos interessados.

Por exemplo, considere o seguinte: 1001010101000101010

Isso é um sinal digital ou analógico? Se você se importa apenas com o padrão de uns e zeros, é um sinal digital. Mas a coisa física real que você está vendo é totalmente analógica, porque cada dígito está em uma posição física ligeiramente diferente e tem um nível de brilho um pouco diferente e assim por diante.

Pode haver exceções na mecânica quântica, mas isso não é relevante aqui.

— David Schwartz
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Considere um canal eletromagnético para que você possa enviar e receber, por exemplo, tensão dentro de -5 V e +5 V (fio, rádio com diferentes modulações, etc.) Se você der uma relevância diferente a todos os níveis de tensão dentro dessa faixa (por exemplo, para operar um alto-falante), então você está em um regime analógico . Se você escolher dois intervalos de tensão, diga (-4, -2) e (2, 4), e você só se importa se a tensão cair dentro de um ou outro - em um pode significar "0" e no outro pode significar " 1 ”, caso contrário não significaria nada - então você está em um regime digital .

— Pedro JV Mendes
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Portanto, no segundo caso, o sinal usado ainda é analógico, mas a maneira como o interpretamos é digital. Portanto, um sinal analógico pode ser interpretado de ambos os modos, ou seja, dados analógicos e digitais podem ser extraídos dele. Esta parte eu sou capaz de entender. O que me deixa confuso agora é se realmente existe uma forma de onda perfeitamente digital, porque, como Tom havia mencionado, isso exigiria largura de banda infinita.

— Vishal Sharma

Qualquer canal eletromagnético está aberto a ruídos (aleatórios), interferência. Portanto, a saída não pode ser exatamente determinada a partir da entrada. Portanto, qualquer forma de onda que você colocar na entrada nunca será a mesma na saída. Agora, dentro da estrutura da Física Quântica, talvez seja possível enviar informações codificadas binárias (puras), mas não como no eletromagnetismo clássico, através de ondas EM. (Eu não posso acrescentar a isto.)

— Pedro JV Mendes

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@VishalSharma a resposta é não, não pode haver uma forma de onda digital perfeita na eletrônica do mundo real porque a largura de banda infinita é impossível porque a resistência zero, a capacitância e a indutância são impossíveis. A sinalização digital funciona porque você só precisa tornar o sinal real próximo do digital para que o receptor do sinal possa interpretá-lo como valores discretos, mas a forma de onda subjacente do sinal ainda será contínua e analógica.

— Todd Wilcox

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O que vou tirar de toda a discussão é o seguinte: todos os sinais neste mundo são analógicos. Não podemos produzir um sinal perfeitamente digital. Só podemos gerar aproximações mais próximas de um sinal digital. Portanto, se o meio é com ou sem fio, isso não importa. A forma de onda do sinal transmitido será sempre analógica.

— Vishal Sharma

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As ondas eletromagnéticas, ou sinais que passam pelo espaço ou pelo ar, existem devido à troca de energia entre a onda elétrica e a onda magnética.

Essa troca de energia ocorre em uma frequência fixa ou em cores para ondas de luz. A frequência é determinada pela fonte que irradia a energia.

Ondas de diferentes frequências podem ser misturadas, mas elas existem como separadas coloursque não podem ser alteradas à medida que viajam pelo espaço. É por isso que a luz do sol branca pode ser separada nas cores do arco-íris.

— skvery
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