Почему цифровой сигнал не может быть передан напрямую? Почему это должно быть модулировано? Чем полезна модуляция?

281
38
1
Лучший ответ
307

Есть много причин для этого, в основном:

1) Цифровой сигнал, состоящий из 0 и 1, имеет неограниченную ширину полосы, поскольку он состоит из прямоугольных сигналов с очень малым временем нарастания и спада. Для передачи такого сигнала вам понадобится канал с бесконечной пропускной способностью, которого не существует. Не говоря уже о влиянии помех, которое может вызвать такая система.

2) Если ваш передаваемый сигнал не имеет несколько гигагерц, размер антенны вашего приложения будет очень большим. Все микроволновые устройства снова имеют ограниченную полосу пропускания и не могут обрабатывать эти прямоугольники. (Предполагая беспроводную передачу)

Если вы все же продолжите свой путь и попытаетесь отправить такие сигналы, вы получите нечто, называемое ISI (межсимвольная интерференция), что, по сути, означает, что вы потеряли свой сигнал.
Опять же, прямая передача используется в некоторых проводных каналах, таких как ЛВС, где вам не нужна сложность модуляции, у вас нет антенн или микроволновых устройств, и вы можете отправлять сигнал только с правильной скоростью чтобы избежать ISI.
На самом деле вы делаете то, что называется формированием формы волны, чтобы защитить от ISI, но это все, это просто чистый цифровой сигнал.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
167

Передача цифровых данных «напрямую» будет означать отправку большой амплитуды для «1» и низкой (или нулевой) амплитуды для «0» или наоборот. Это в основном ASK с использованием прямоугольных «импульсов» и может быть сделано в принципе.

Одним из свойств любой реальной системы является то, что она сглаживает прямоугольный импульс и распространяет его до некоторой степени. Таким образом, импульс перекрывается с соседними импульсами и устанавливает минимальный предел его длительности, так что он все еще может быть успешно обнаружен. Это ограничивает максимально достижимую скорость передачи данных. Чтобы обойти эту проблему, вы можете использовать FSK и PSK.

Другая проблема возникает, когда вы хотите, чтобы несколько пользователей одновременно общались по одному и тому же каналу. Простая передача данных будет мешать друг другу и сделает невозможным общение. Вместо этого вы можете умножить каждый источник сигнала на другую частоту (преобразование с повышением частоты) перед передачей. В приемнике вы можете просто вернуть его на базовую частоту (преобразование с понижением частоты) для получения данных.

Вы должны быть осторожны с тем, какую частоту вы используете. Обычный человеческий разговор будет мешать в диапазоне 20-20 000 Гц. Сложно спроектировать компоненты, которые работают на очень высоких частотах. Поэтому «доступные» частоты распределяются между системами AM / FM / сотовой связи / другими системами, чтобы обеспечить тысячи одновременных, не мешающих обмену данными.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
156

Давайте начнем с самого начала. Существует небольшая разница между передачей сигналов и передачей информации. Когда мы говорим о передаваемом сигнале, мы предполагаем, что сигнал несет информацию, но, по сути, мы можем передавать сигнал без информации. Ведь электричество, поступающее в наши дома, является сигналом!

В основном мы используем электромагнитные волны для отправки сигналов. Это тот случай, когда мы передаем по беспроводной связи, через оптический канал или через провод. Но как мы передаем информацию (или данные)? Мы делаем это путем изменения некоторого аспекта передаваемого нами сигнала, который мы можем декодировать в приемнике, чтобы получить сообщение. Вот что такое модуляция (от Google):

мод · U · ла · Тион

ˌmäjəlāSHən

имя существительное

1. Оказание модифицирующего или контролирующего влияния на что-либо. «Эндорфины в организме ответственны за модуляцию болевого ощущения.« 2. Изменение силы, тонуса или высоты тона голоса.

В аналоговой модуляции модулирующий сигнал - это фактический сигнал, который мы хотим отправить; например, голосовой сигнал, записанный через микрофон. При цифровой модуляции модулирующий сигнал представляет 0 и 1. Простейшим примером является использование амплитудной модуляции, когда мы посылаем одну амплитуду для периода T, чтобы обозначить 1 в этом периоде, и другую амплитуду, чтобы обозначить 0. Это также называется манипуляцией с амплитудой (ASK). В этом случае скорость передачи данных будет 1 / T 1 / T 1 / T бит в секунду. Но мы можем добиться большего, чем это: почему бы не использовать четыре уровня амплитуды, по одному для каждой из последовательностей 00, 01, 10, 11? Таким образом, наша скорость составляет 2 / T 2 / T 2 / T бит в секунду. Теперь должен быть подвох, иначе мы можем просто продолжать и использовать все больше и больше уровней амплитуды. Подвох в том, что в приемнике нам нужно четко различать уровни, в противном случае мы получим декодирование совершенно неправильно. Если моя амплитуда сигнала должна быть между 100 и 200 (произвольная единица), то использование одного бита на сигнал означает, что декодеру нужно различать только амплитуды 100 (для 0) и 200 (для 1). Если мы используем четыре уровня, получатель должен различать 100, 133, 166 и 200. По мере добавления большего количества уровней разрыв между двумя последовательными уровнями становится меньше, что увеличивает вероятность ошибок декодирования.

Не вдаваясь в подробности, общий подход (называемый квадратурной амплитудной модуляцией или QAM) состоит в том, чтобы распознать, что электромагнитный сигнал может иметь компоненты asinsin sin и coscos cos, и, поскольку эти сигналы являются ортогональными, пара амплитуд на каждой представляет указать на плоскости или, что эквивалентно, комплексное число. Каждое число представляет собой строку битов, которые вы передаете все сразу. Если у нас есть 64 символа (64 различных точки, которые мы передаем), у нас есть 6 битов на символ. Проектирование, где эти точки лежат на плоскости и как далеко они находятся друг от друга, - это отдельная тема.

Так почему бы нам не передать цифровой сигнал напрямую? Здесь я предполагаю, что передача цифрового сигнала означает, что мы просто передаем сигнал в форме квадрата, где одна амплитуда обозначает 0, а другая обозначает 1. То есть я предполагаю, что передача цифрового сигнала означает, что мы не используем несущую (нет синуса и coscos cos) и мы не используем никаких сложных схем модуляции. И есть много причин, по которым мы не передаем цифровой сигнал напрямую:

Сложные схемы модуляции позволяют нам упаковать больше битов в каждый символ, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных. Частота несущего сигнала влияет на то, где в частотном спектре живет передаваемый сигнал. Например, если ширина полосы нашего сигнала, которая приблизительно пропорциональна скорости передачи символов, составляет 100 МГц, без сигнала несущей, сигнал занимает спектр от -100 МГц до 100 МГц (не вдаваясь в то, почему диапазон включает отрицательные частоты). Если мы используем сигнал несущей частоты 500 МГц, то передаваемый сигнал занимает частотную область между 400 МГц и 600 МГц (и его изображение между -600 МГц и -400 МГц]). Частота сигнала (где он находится в частотной области) влияет на размер антенны, которую мы должны использовать для передачи и приема, а также на размер (и скорость) электроники, которую мы используем в передатчике и приемнике. Есть много других дополнительных соображений при определении того, где в частотном спектре живет сигнал. Проще иметь сигнал с более высокой пропускной способностью, когда частота сигнала выше. Поэтому проектирование приемника для обработки сигнала с шириной полосы 100 МГц намного проще для сигнала с центральной частотой 500 МГц по сравнению с сигналом основной полосы (без несущей частоты). Общее правило заключается в том, что ширина полосы сигнала может составлять определенный процент от центральной частоты. Это одна из причин, почему оптическая связь может быть быстрее, чем беспроводная или проводная связь; ширина полосы сигнала может быть увеличена, а ширина полосы сигнала напрямую связана со скоростью передачи данных.

Вкратце, сложные схемы модуляции помогают нам достигать более высоких скоростей передачи данных и обеспечивают более надежную связь, а использование несущей для передачи сигнала упрощает обработку сигналов с более высокой пропускной способностью.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
147

Проще говоря, модуляция - это процесс подготовки сообщений (цифровых символов или аналоговых сигналов), готовых и пригодных для отправки по каналу. Есть много причин, почему процесс модуляции имеет жизненно важное значение. Например:

1- Чтобы изменить частоту (аналогового) сообщения, чтобы соответствовать доступной полосе частот канала или диапазону излучения антенны.
Например, частотный диапазон человеческого голоса будет лежать в диапазоне от 85 до 255 Гц. Совершенно невозможно найти антенну, способную излучать в таком диапазоне. Таким образом, умножая сигнал на форму косинуса (желаемой частоты), можно поместить сигнал в соответствующий частотный диапазон и затем продолжить передачу.

2- В цифровой связи совершенно необходимо сделать аналоговый сигнал из цифровых символов.
Например, один (или нулевой) бит не может быть отправлен без какого-либо преобразования, поскольку это просто цифровое понятие (и в природе нет цифрового сигнала!). Таким образом, можно просто передать бит «один», отправив, например, сигнал cos (2 πfct), и бит «ноль», отправив -cos (2 πfct).

3-Модуляция также позволяет более чем одному пользователю одновременно передавать через общий канал. (Конечно, множественный доступ следует рассматривать как отличную концепцию от модуляции, но в общем случае это результат разумного использования модуляции).

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
140

Из-за характера передачи.

Данные могут быть двоичными, но электрические токи и электромагнитные волны, которые в конечном итоге переносят данные через физическую среду, являются аналоговыми величинами. Модуляция обеспечивает метод включения цифровой информации в аналоговую форму волны, которую получатель может повернуть для извлечения исходного сигнала.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
135

Необходимость модуляции:

Пропускная способность: во-первых, цифровые сигналы потребляют огромное количество Coz пропускной способности своей прямоугольной природы. Эффективность: передача простого цифрового сигнала не дает возможности для исправления ошибок, синхронизации. Модуляция вместе с кодированием решает проблему. Шум: методы модуляции также помогают улучшить помехоустойчивость. Определение размера антенны: для низкочастотных передач требуются огромные антенные структуры, так как правило 10%.

Размер антенны = 0,1 * длина волны

Низкая частота -> большая длина волны -> большая антенна

Мультиплексирование: модуляция также помогает при одновременном множественном доступе к каналу. Этого трудно достичь без модуляции.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
128

Цифровой сигнал (основная полоса) может передаваться непосредственно в проводную среду. Это мы можем видеть внутри компьютеров, где происходит параллельная связь. Но проводная связь на расстоянии требует сигнала, чтобы выдержать любые искажения канала, включая шум. Таким образом, в этом случае используется модуляция основной полосы (линейное кодирование). Принимая во внимание, что в беспроводной связи модуляция также требуется, чтобы уменьшить размеры передающей антенны.

Во-вторых, цифровая связь предполагает представление аналогового сигнала с конечным числом символов. Затем модулирование этих символов на несущей и передача непрерывного сигнала в среду.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
107

Почему цифровой сигнал не может быть передан?

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
99

Можно передавать информацию по беспроводной сети, посылая непрерывную волну частоты основной полосы частот, НЕ модулированной как AM или FM. Он называется CW (Непрерывная волна) и используется для связи через азбуку Морзе. В течение многих лет велась дискуссия о том, является ли это технически модуляцией, потому что полоса пропускания, очевидно, не изменяется. Разновидность той же методики была экспериментирована с использованием переключателей для изменения антенн для изменения поляризации непрерывного сигнала.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
70

Разве невозможно передавать цифровые данные без модуляции?

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
57

Цифровой сигнал имеет диапазон частот от 0 Гц (для горизонтальной части) до бесконечного (вертикальная часть). Для передачи такого сигнала необходим бесконечный канал нижних частот или, по крайней мере, очень широкополосный канал, который трудно обеспечить, поэтому возникает необходимость для модуляции, чтобы цифровой сигнал можно было использовать для передачи сигнала с конечной полосой и легко передавать.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
57

Вы можете передавать цифровой сигнал - фактически - без модуляции - я называю азбукой Морзе. (Проблема в том, что, как только вы достигнете 0 об / мин, полоса пропускания сигнала увеличится - ничего не может быть сделано за нулевое время - так что это форма модуляции. Чем быстрее передача, тем шире полоса пропускания.)

Передача сигнала в нулевой полосе пропускания потребовала бы выполнения конечной работы за нулевое время - что, вероятно, нарушает довольно много математических и физических законов.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
41

Вкратце, цифровой сигнал является цифровым (электрические напряжения 0 вольт и +5 вольт), на компьютерном языке называется двоичными сигналами (1 и 0), которые являются сигналами постоянного тока. Антенна может излучать только сигналы переменного тока, поэтому модуляция представляет собой процесс представления цифровых сигналов в их эквивалентные сигналы переменного тока (называемые несущими), чтобы антенна могла отправлять модулированный сигнал.

... Надеюсь, это удовлетворит вас.

ответил(а) 2019-12-25T16:11:55+03:00 1 год, 5 месяцев назад
Ваш ответ
Введите минимум 50 символов
Чтобы , пожалуйста,
Выберите тему жалобы:

Другая проблема