¿Por qué solo pueden pasar las señales analógicas a través del aire (canal inalámbrico)?

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Leí lo siguiente en un libro:

"Cuando la señal transmitida pasa a través del aire usando ondas electromagnéticas, debe tomar la forma de una onda continua (analógica) ".

¿Por qué esto es tan? ¿Por qué la señal no puede tomar la forma de una onda digital?

rf analog antenna radio

— Vishal Sharma
fuente

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Llamar a algo digital se hace por conveniencia. Una señal de voltaje digital todavía puede tratarse perfectamente como una señal analógica.

— Andy alias

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Un cambio de paso en una forma de onda requiere un ancho de banda infinito.

— Tom Carpenter

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Como el autor afirma que lo analógico es continuo, debe suponer que lo digital es discontinuo. Una señal digital discontinua ideal NO PUEDE transmitirse porque necesitaría un ancho de banda infinito como ya dijo Tom Carpenter.

— Claudio Avi Chami

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Tenga en cuenta que una vez que se encuentre debajo de toda la codificación y los umbrales, etc., todas las señales son realmente analógicas en el cable o en el aire.

— Todd Wilcox

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@ClaudioAviChami, Pero, el texto está diferenciando explícitamente entre la transmisión a través del aire y (presumiblemente) un cable. No puede existir una señal digital discontinua ideal, debido a que requiere un ancho de banda infinito (independientemente de estar en un cable, en el aire, etc.). Por lo tanto, tratar de diferenciar entre transmitirlo a través de un cable versus en el aire, como parece hacer el texto, no tiene sentido.

— Makyen

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Agregando a la respuesta de Tom:

La redacción no es muy clara, pero lo que esto significa es que las señales digitales en realidad no existen. Todas las señales son analógicas.

Cuando decidimos que un voltaje por encima de cierto umbral es un "1", un voltaje por debajo de cierto umbral es un "0", y el espacio intermedio está "indefinido", entonces interpretamos una señal analógica como un valor digital. Sin embargo, es solo una aproximación muy conveniente que simplifica enormemente el trabajo del diseñador.

Lo digital es información abstracta. Es un significado que elegimos asignar a los valores físicos. Es por eso que no puede enviar una señal digital por el aire como ondas de radio. Primero debe convertirse en algo que exista fuera de la abstracción, como una señal analógica que represente la información a transmitir.

La señal real está hecha de valores analógicos físicos: voltaje, luz, corriente, campos, presión acústica, lo que sea.

Para su aplicación de radio, puede codificar sus bits digitales en la frecuencia de una portadora, o su fase, o cualquier otra codificación, de las cuales son muchas. Ahora, tiene una señal analógica que transporta su información, y puede transmitirla, luego recibirla y recuperar sus bits.

— peufeu
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¿Qué tal si tomo un circuito simple que consiste en un par de cables, una batería, un interruptor y una resistencia? Ahora, si tomo la salida como el voltaje de la resistencia a intervalos periódicos, y en la entrada enciendo / apago la llave. ¿No recibiré una señal perfectamente digital?

— Vishal Sharma

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Obtendrá un voltaje, no bits. Solo se convierte en bits digitales cuando lo comparas con un umbral que decidiste ...

— peufeu

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En su ejemplo, cuando presiona el botón obtendrá basura aleatoria durante unos pocos milisegundos a medida que el interruptor rebota, luego RC se ajusta al voltaje de la batería (que es variable) más ruido según el entorno. Si quieres un bit digital, es necesario añadir criterios de decisión específicos en relación con supresión de rebotes, el filtrado, umbrales de tensión, etc.

— peufeu

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@VishalSharma Un interruptor físico real no cambia instantáneamente de resistencia cero a resistencia infinita. Y cada vez que lo cierre, obtendrá una resistencia ligeramente diferente a medida que las diferentes partes del interruptor establezcan diferentes niveles de contacto físico. Solo se digitaliza en el mundo real al abstraer la información. (Con quizás algunas excepciones de la mecánica cuántica.)

— David Schwartz

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@VishalSharma Tome su circuito de ejemplo y reemplace la resistencia con una resistencia que brille cuando la corriente fluya a través de ella, como una bombilla. Grabe video de esa bombilla con una velocidad de cuadro muy alta. Cuando opere el interruptor, verá en el video que la bombilla no se apaga por completo al instante. La entrada de corriente y el inicio de la EMF no es instantánea. La "señal" del interruptor a la bombilla no es digital, es analógica. Una forma de entender por qué todos los circuitos del mundo real tienen resistencia, capacitancia e inductancia distintas de cero, por lo que ninguna señal puede cambiar instantáneamente.

— Todd Wilcox

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El punto importante es que necesita una forma de onda continua si está utilizando ondas electromagnéticas. Eso no quiere decir que no pueda tener una señal que represente datos digitales, solo que la señal en sí misma debe ser continua.

Considere una onda cuadrada, o incluso una secuencia de voltajes binarios (1 0 1 1 0 etc.). Si toma la FFT de dicha señal, encontrará que tiene contenido espectral en un ancho de banda infinito. En otras palabras, para producir un cambio de paso perfecto, necesita un canal con ancho de banda infinito.

No existe un canal con ancho de banda infinito. En el caso de enviar señales basadas en ondas electromagnéticas de forma inalámbrica, tenemos una limitación masiva en el ancho de banda que impide que se envíe una forma de onda no continua (es decir, con cambios de pasos).

Sin embargo, el hecho de que no pueda enviar una señal que no sea continua no significa que no pueda enviar una señal que represente una. Todos los esquemas de modulación digital hacen exactamente eso. OOK es el ejemplo más básico: un cero se representa sin señal, uno se representa con un tono simple.

— Tom Carpenter
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Su descripción de OOK también requiere un ancho de banda infinito ...

— R .. GitHub STOP HELPING ICE

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No, porque el encendido y apagado no necesita ocurrir en un tiempo cercano a cero. Los buenos transmisores OOK'd aumentan y disminuyen la potencia del transmisor para minimizar el ancho de banda. Ver por ej. ivarc.org.uk/uploads/1/2/3/8/12380834/keyclicks_version_1.pdf

— Jamie Hanrahan

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Las señales digitales son una abstracción que los humanos usan para describir y comprender cosas al omitir información que no nos interesa.

Por ejemplo, considere lo siguiente: 1001010101000101010

¿Es una señal digital o analógica? Si solo te importa el patrón de unos y ceros, entonces es una señal digital. Pero la cosa física real que está viendo es completamente analógica porque cada dígito está en una posición física ligeramente diferente y tiene un nivel de brillo ligeramente diferente, etc.

Puede haber excepciones en la mecánica cuántica, pero eso no es relevante aquí.

— David Schwartz
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Considere un canal electromagnético de tal manera que pueda enviar y recibir, digamos, voltaje dentro de -5 V y +5 V (cable, radio con diferentes modulaciones, etc.) Si le da una relevancia diferente a todos los niveles de voltaje dentro de este rango (por ejemplo, para operar un orador) entonces estás en un régimen analógico . Si elige dos intervalos de voltaje, diga (-4, -2) y (2, 4), y solo le importa si el voltaje cae dentro de uno u otro: en uno podría significar "0" y en el otro podría significar " 1 ", de lo contrario no significaría nada, entonces estás en un régimen digital .

— Pedro JV Mendes
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Entonces, en el segundo caso, la señal que se usa sigue siendo analógica, pero la forma en que la estamos interpretando es digital. Por lo tanto, una señal analógica se puede interpretar de ambas maneras, es decir, se pueden extraer datos analógicos y digitales. Esta parte la puedo entender. Lo que me confunde en este momento es si realmente existe una forma de onda perfectamente digital porque, como Tom había mencionado, requeriría un ancho de banda infinito.

— Vishal Sharma

Cualquier canal electromagnético está abierto a ruido (aleatorio), interferencia. Por lo tanto, la salida no puede determinarse exactamente a partir de la entrada. Por lo tanto, cualquier forma de onda que coloque en la entrada nunca será la misma en la salida. Ahora, dentro del marco de la Física Cuántica, tal vez sea posible enviar información codificada binaria (pura), pero no como en el eletromagnetismo clásico, a través de ondas EM. (No puedo añadir a esto.)

— Pedro JV Mendes

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@VishalSharma la respuesta es no, no puede haber una forma de onda digital perfecta en la electrónica del mundo real porque el ancho de banda infinito es imposible porque la resistencia cero, la capacitancia y la inductancia son imposibles. La señalización digital funciona porque solo tiene que hacer que la señal real sea casi digital para que el receptor de la señal pueda interpretarla como valores discretos, pero la forma de onda subyacente de la señal seguirá siendo continua y analógica.

— Todd Wilcox

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Lo que voy a sacar de toda la discusión es esto: todas las señales en este mundo son señales analógicas. No podemos producir una señal perfectamente digital. Solo podemos generar aproximaciones más cercanas de una señal digital. Por lo tanto, si el medio está cableado o inalámbrico, no importa. La forma de onda de la señal transmitida siempre será analógica.

— Vishal Sharma

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Las ondas electromagnéticas, o señales que pasan a través del espacio o el aire, existen debido al intercambio de energía entre la onda eléctrica y la onda magnética.

Este intercambio de energía ocurre a una frecuencia fija o color para las ondas de luz. La frecuencia está determinada por la fuente que irradia la energía.

Se pueden mezclar ondas de diferentes frecuencias, pero existen como separadas coloursque no se pueden cambiar a medida que viajan por el espacio. Es por eso que la luz del sol blanca puede separarse en los colores del arco iris.

— skvery
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