Principialne pochopenie prenosu signalu

[gusto]

Chcem sa opytat ako laik, ako sa prenasa akykolvek signal.
Asi sa zhodneme na tom, ze je to velmi komplikovane na pochopenie a aj rozne knihy to vysvetluju dost komplikovane.
Nezaujma ma len prenos radia, ale tiez kabel a svetlo (optika).

Kedze som to nikdy nestudoval a ani som o tom velmi necital, resp. nenasiel som vhodnu literaturu, tak vychadazat je potrebne vzdy zo zakladnych principov.

Mozno sa budete smiat, ale zakladny princip prenosu si predstavujem napr.
Bob stoji od Alice 50m a nieco jej povie. Alica ho pocuje (predpokladam dobre) a prip. moze Bobovi odpovedat.
Tym padom mozeme povedat, ze si vymienaju informacie bezdrotovo (half duplex). Frekvencny prenos sa pohybuje na kmitocte akustickeho pasma.

Ak Bob a Alica stoja od seba 500m tak akusticke pasmo asi velmi fungovat nebude. Ak nie je vonka silne slniecko, tak by si mohli vymienat informacie pomocou svetelneho zdroja. Cize najprv sa dohodnu na akomsi sifrovani (napr. 1x blik, 2x blik, dlhy blik atd ...) a potom si mozu blikat baterkami.

Toto su asi najprimitivnejsie prenosy signalov, ale ako vieme, dnes nam to rozhodne stacit nebude. Pretoze dnes chce kazdy pozerat 4K video a len na prenos videa potrebujeme pri 60 HZ ( 1/60s) preniest na obrazovku 8294400 informacii. To znamena, ze za sekundu musime preniest 497664000 bitov (takmer pol miliardy).

Dobre, toto by sme vyriesili procesormi, ktore pracuju dnes s taktom 4GHz a maju niekolko jadier. PC, resp. digitalna (preto sa vola digitalna) technika pracuje s binarnymi hodnotami (cize 0 a 1). To znamena, ze vsetko co prichadza do PC, alebo z neho vychadza je bud 1, alebo 0.

Nedavno som videl jedno videjko, kde chlapik popisoval prenos po ethernete. Zapojil si na RX osciloskop a sledoval sinusoidu. Vynal si zo signalu urcitu cast. Pokial sa pamatam, tak sinus sa pohyboval v rozmedzi +/-0.5V a kmitocet bol na urovni niekolko MHz. Pekne si to rozkuskoval, ukazal, kde bola hodnota 1, kde 0, aplikoval na to nejaky manchester, inverziu a co ja vim co este a nakoniec to previedol na ASCI a povedl, ze toto bolo pismeno B.

Cize tento prenos by som chapal takto, ze znova sa dohodlo nejake sifrovanie a kazda sekvencia predstavuje, nejake cislo, pismeno, bod na monitore atd ...
Len na to potrebujeme velmi rychle tranzistory, ktore vedia neuveritelne rychlo prepinat.

Principialne sa v kazdom mediu (vzduch, pevny vodic a svetlo/optika) šíri nejake vlnenie. Rozdiel je asi v tom, ze vzduch a vodic je elektromagneticke a v optike je opticke vlnaenie.

Co sa tyka optiky, tak teraz si nespomeniem, ale myslim, ze konvencne opticke zariadenia pracuju na vlneni 1300-1500 nm a zdroj signalu je vacsinou laser (pred tym LED).
Mozem si to predstavit tak, ze laser rozsviecuje a zhasina z urcitou velmi vysokou frekvenciou (radovo GHz) a tak isto vytvara vlnenie ?

Samozrejme tato problematika je na celu knihu. Raz som pocul jedneho vedca, ktory povedal: "ak si dobry vedec (je jedno aku vedu robis), ale to co robis musis vediet vysvetlit svojej starej mame tak, aby to pochopila.

[Jan55]

Zkuste se zeptat umělé inteligence, docela to tam umí popsat. Ale opravdu pokud tomu moc nerizumíte, tak to by bylo asi na delší debatu. Třeba to tu někdo zvládne.

[gusto]

Myslim si, ze clovek je a vzdy bude rozumnejsi ako umela inteligencia. Casto som sa stretol s tym, ze umela inteligencia tara 2 na 3 a aby to smerovalo k pravde tak som ju musel nutit pisat tak aby to pravda bola.

[Jan55]

Tak někdy jí je potřeba napsat, že to co napsala není pravda, pak zkusila jinou verzi. Pak je možnost i wiki. A po vodiči přenos zvuku rozumíte? Základ přenosu bude vždy nějaké napětí poslané určitým zpusobem dál. Dám dotaz, proč to chcete vlastně vědět?

[Jan55]

A co třeba toto: https://publi.cz/books/86/02.html

[gusto]

Tak někdy jí je potřeba napsat, že to co napsala není pravda, pak zkusila jinou verzi. Pak je možnost i wiki. A po vodiči přenos zvuku rozumíte? Základ přenosu bude vždy nějaké napětí poslané určitým zpusobem dál. Dám dotaz, proč to chcete vlastně vědět?

Odpoviem od konca. Chcem to vediet preto, lebo ma to zaujma. Nie je to nic tajneho, ale zrejme to nebude jednoduche.

Otazka ci rozumiem prenosu zvuku vo vodici ?
Myslim si, ze zvuk sa vo vodici nesiri vobec. Ono je v podstate jedno co chceme prenasat vodicom, ci je to zvuk, binarny, alebo analogovy signal, vzdy su to len elektrony (prud) pri urcitom napati z rozne premenlivou frekvenciou (prip. amplitudou, cize napatim).
Skor by ma zaujmalo ako sa signal pri vstupe do vodica moduluje resp. demoduluje na vystupe a co je zodpovedne za vytvaranie kmitov.

Pre laika sa musi vzdy zacinat od elementarnej teorie aby to pochopil.

[keszeg]

Se mi zdá, že jste si zabruslil na tenký led. Obecně šíření signálů, včetně i zvukových se vyučuje minimálně několik semestrů na vysoké. Zvukvé vlny lépe nebo hůře se šíří ve všech materiálech, vzpomeňte si na dětskou hračku se dvěma kelímkami a napnutím provazem, komunikace keporkaků hluboko v oceánu na několik set kilometrů, dokonce i Slunce má zvukové vlny, je největším infrazvukovou sirénou široko-daleko, naštěstí nás dělí vakuum. U světla zas začíná problém s obojetným chováním světla jako vlnění i jako částici, takže pár let studovat po věčerech a dostanete odpovědi....

[Jan55]

Já si myslím, že na své otázky jdete moc do široka. Zkuste si představit, že chcete svůj hlas dostat do magnetofonu jako záznam. Nato je mikrofon, záleží od typu který váš hlas zachytí a přemění třeba u dynamického mikrofonu na různé urovně střídavého napětí, pak jde do zesilovače a dál buď reproduktoru, nebo do toho záznamu. Zvuk má různé velikosti úrovně kmitů, vlastně zase jde o různou frekvenci s různou napěťovou úrovní. Úplně primitivní bylo, jako děti jsme si s tím hrály, vzít dva kelímky, do dna se uprostřed udělal dírka, do ní dát provázek s uzlíkem v každém kelímku. Ty se daly na ucho a provázek se napnul. Jeden do něho mluvil a druhý poslouchal. To je jednoduchý přenos zvuku vlněním. U vodiče pro přenos zvuku, neboli frekvence jdou jen různé napěťové úrovně. To je jen velmi zjednodušené znázornění. Kdo chce, může si vše najít na netu, chce to jen dát správné otázky.

[Jan55]

kezseg: Si mě o pár minut předběhl.

[gusto]

Já si myslím, že na své otázky jdete moc do široka. Zkuste si představit, že chcete svůj hlas dostat do magnetofonu jako záznam. Nato je mikrofon, záleží od typu který váš hlas zachytí a přemění třeba u dynamického mikrofonu na různé urovně střídavého napětí, pak jde do zesilovače a dál buď reproduktoru, nebo do toho záznamu. Zvuk má různé velikosti úrovně kmitů, vlastně zase jde o různou frekvenci s různou napěťovou úrovní. Úplně primitivní bylo, jako děti jsme si s tím hrály, vzít dva kelímky, do dna se uprostřed udělal dírka, do ní dát provázek s uzlíkem v každém kelímku. Ty se daly na ucho a provázek se napnul. Jeden do něho mluvil a druhý poslouchal. To je jednoduchý přenos zvuku vlněním. U vodiče pro přenos zvuku, neboli frekvence jdou jen různé napěťové úrovně. To je jen velmi zjednodušené znázornění. Kdo chce, může si vše najít na netu, chce to jen dát správné otázky.

Podla ChatGPT funguje mikrofon takto

Na premenu zvukových signálov z mikrofónu na elektrické signály, ktoré môže ďalej spracovať elektronické zariadenie (napríklad zosilňovač alebo počítač), sa využívajú rôzne typy mikrofónov a prenosových technológií. Tu sú niektoré bežné spôsoby, ako sa to robí:

Dynamické mikrofóny: Dynamické mikrofóny používajú princíp elektromagnetického indukcie. Vo vnútri mikrofónu je umiestnený pohyblivý cievkový prúd v elektromagnetickom poli. Keď zvukové vlny tlačia membránu mikrofónu, pohybujú cievku vo vnútri magnetického poľa, čo indukuje malý elektrický signál. Tento signál je potom poslaný na výstupný konektor mikrofónu.

Kondezátormikrofóny: Kondezátormikrofóny používajú zmeny kapacity na meranie zvuku. Vo vnútri mikrofónu je malý kondenzátor, ktorý mení svoju kapacitu v závislosti od vibrácií vzduchu (zvuku). Tieto zmeny kapacity sú potom prevádzané na zmeny napätia alebo prúdu, čím sa vytvára elektrický signál, ktorý je ďalej poslaný na výstupný konektor.

Piezoelektrické mikrofóny: Piezoelektrické mikrofóny využívajú materiály, ktoré generujú elektrický náboj, keď sú vystavené mechanickému stresu. Pri tlačení na membránu mikrofónu dochádza k mechanickému stresu v piezoelektrickom materiáli, čo vedie k vytvoreniu elektrického signálu.

Optické mikrofóny: Optické mikrofóny využívajú optické technológie na prevod zvuku na elektrický signál. Napríklad interferometrické mikrofóny využívajú zmenu optického odrazeného svetla v dôsledku vibrácií membrány na generovanie elektrického signálu.

Tieto mikrofóny generujú veľmi malé elektrické signály, ktoré môžu byť následne zosilnené a spracované rôznymi elektronickými zariadeniami na výsledné použitie, ako je nahrávanie zvuku, vysielanie hlasu, alebo rozpoznávanie reči.

Skuste mi povedat, ci si myslim dobre. Majme prenos v optickom vlakne. Nebavme sa o tom ako je pred-spracovany signal, ktory sa meni na tok fotonov. Proste je tam nejaky procesor, ktory dava laseru pokyny ako a ked ma svietit.
Nechce sa mi teraz vyhladavat, parametre optickeho vlakna, ale priemer cisteho vlakna je niekolko mikrometreov. Dalej sa +/- uvadza na singlemod vlakne frekvancne pasmo cca 10 GHz prip. viac.
Neviem presne ako funguje laser, ale cisto z laickeho uvazenia leser svieti, allebo nesvieti. Laser ma silne svetlo a pravdepodobne ho nie je potrebne po ceste zosilnovat. Tak ako sa zasvieti na jednom konci, tak je ho vidiet do niekolko mikro/miilisekund na druhom konci.
A teraz co ma zaujma.
Je to tak, ze laser blika vo frekvencnom pasme, napr. 10 GHz a tym vytvara obrovske mnozstvo vln. Pretoze kazda vlna predstavuje jedno bliknutie. Vlna je spojity signal to znamena, ze po ceste by sa uz nemala menit.

Dalej sa v tom stracam. Ked som si cital nejake odborne dokumenty, tak vsade do toho zatahuju matematicke modely, komplikovane logaritmicke rovnice a pod.