Наносекунды: 4. Информационная емкость радиоволны
Радиоволны нам нужны не просто сами по себе, а для передачи информации. В принципе, более длинные волны, скажем в килогерцевом диапазоне, тоже подойдут для этих целей; они, собственно, и используются в некоторых технических приложениях. Но у них есть своя слабость — у них маленькая информационная емкость.
Цифровой сигнал, закодированный в волне с помощью частотной манипуляции. Изображение с сайта ru.wikipedia.org
Подсчет тут простой. Радиоволна в виде идеального гармонического колебания не представляет для нас никакой ценности, потому что она не несет никакой информации. Закодировать информацию — хоть аналоговую, в виде плавного сигнала, хоть цифровую, в виде последовательности битов, — в радиоволну можно, лишь модулируя ее характеристики (т. е. регулярно изменяя их то так, то этак). Есть разные способы модуляции: амплитудная (AM), частотная (FM) и другие, более сложные. Но все их объединяет фундаментальное ограничение: закодированный сигнал меняется медленнее несущей частоты. Грубо говоря, на каждый бит информации вам нужно выделить одно или несколько колебаний; вы не сможете в одно колебание уместить несколько битов. Так что если вы возьмете радиоволну с частотой 10 кГц, то аудиосигнал (звук с частотой до нескольких кГц) в ней уместится, но вот телевизионный сигнал — уже нет. Цифровой сигнал передавать по ней можно, но скорость не будет превышать скромного килобайта в секунду.
Теперь мы видим еще одну причину, по которой наносекундный диапазон столь важен для нас. Передавая информацию по беспроводным каналам, мы привыкли оперировать с потоками порядка мегабайтов в секунду. Получается, на каждый бит выделяется не более нескольких наносекунд. А значит, несущая волна должна колебаться еще быстрее, чтобы вместить в себя такой поток информации.
-
Я не специалист в области передачи информации, но мне кажется что приведенные утверждения относительно скорости передачи информации не верны.
Максимальная скорость передачи информации по каналу связи определяется не частотой несущей волны, а согласно теореме Шеннона — Хартли, для идеального канала, пропорциональна полосе пропускания канала.
Существует, например, квадратурная модуляция, благодаря которой у нас теперь есть достаточно быстрый интернет на мобильниках.-
ОК, спасибо за замечание, я повыясняю, как корректно переписать этот раздел. Как вы понимаете, главная цель была донести простую мысль (и сделать простейшие оценки), что частота волны вообще играет какую-то роль в передаче инфорации. Надо бы эту мысль передать с одной стороны корректно, не нарываясь на неправильные формулировки, а с другой стороны, максимально просто, ограничиваясь оценками только по порядку величины и с прозрачным смыслом.
-
С одной точки зрения теорема Шеннона — Хартли ссылается на полосу пропускания. С другой точки зрения - у нас есть ограничение на половину общей частоты. То есть, условно - даже если мы сможем добиться условия
1+ S/N = 2^4, совместить это с условием на "очень широкий канал"
B > f/8 (ширина полосы больше 1/8 несущей частоты) мы не сможем.
И все равно останется ограничение на половину частоты несущей, такое вот ИМХО.
-
Может ли монохроматический и не меняющий никаких своих параметров сигнал нести информацию? Разумеется, может.
В ТИ есть базовое положение: "если форма сигнала известна заранее, то сигнал информации не несет". " А что же тогда несет информацию?" удивляется слушатель. Потом догадывается, что информацию несут временные интервалы между заранее известными сигналами.
А может этим интервалом быть самое время существования не изменяющегося
в эфире сигнала ? Разумеется (по этому случаю есть классический пример у Винера).
Кроме того, влияние "частоты волны" на передачу информации рассматривать без оценки спектра этой самой волны вообще-то некорректно. Да, и у читателя должно быть понимание отличий радиоимпульса от видеоимпульса. Иначе он будет путать сигнал до демодулятора и после него. В результате получится каша в голове...
Новости науки: физика
Запись звука в радиоволне с помощью амплитудной модуляции. Берется несущая волна определенной частоты (зеленая линия), затем ее амплитуда делается то больше, то меньше, в соответствии с записываемым сигналом (красная линия), и получается амплитудно-модулированная волна на выходе (синяя линия). Изображение с сайта almico.com