如果一个人发送突然打开和关闭的短脉冲电流,为什么接收器会收到一个平滑的电流?

电器工程 当前的 信号
2022-01-15 05:05:25

John R. Pierce的《信息论导论:符号、信号和噪声》说:

莫尔斯在使用地下电线时遇到的困难仍然是一个重要问题。相同良好地传导稳定电流的不同电路不一定同样适用于电通信。如果一个人在地下或海底电路上发送点和破折号太快,它们会在接收端一起运行。如图 II-1 所示,当我们发送一个突然打开和关闭的短脉冲电流时,我们在电路的远端接收到一个较长的、平滑的电流上升和下降。这种较长的电流流动可能会与发送的另一个符号的电流重叠,例如,因为没有电流。因此,如图 II-2 所示,当发送一个清晰而独特的信号时,它可能会被接收为一个难以解释的模糊漂移的电流上升和下降。

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当然,如果我们使点、空格和破折号足够长,则远端的电流将更好地跟随发送端的电流,但这会减慢传输速率。很明显,给定的传输电路以某种方式与点和空间的传输限制速度相关联。对于海底电缆,这个速度太慢了,以至于给电报员带来麻烦。对于电线杆上的电线,它是如此之快,以至于不会打扰电报员。早期的电报员意识到了这种局限性,它也是通信理论的核心。

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作为没有电气工程背景的人,我发现所描述的现象令人困惑。如果一个人发送突然打开和关闭的短脉冲电流,为什么根据电路的类型,接收器可能会接收到平滑的电流,而不是发送的离散电流?有人会天真地期望接收到的信号与发送的信号相同吗?

如果人们能花时间用没有电气工程背景的人可以理解的语言来回答这个问题,我将不胜感激。

3个回答

您的电缆表现得像一个低通滤波器,这意味着高频正在衰减。电缆越长,这种效果越强。

由于其快速上升和下降,脉冲具有非常快的频率分量。如果这些高频被抑制,你的冲动会随着时间的推移而“涂抹”,你会得到你在问题中发布的预期结果。

也许以不同的方式思考它会很有用。假装你有一根很长的管道,一些水(有压力)和一个阀门,而不是到处乱用电。

如果打开管道一端的阀门,需要一定的时间才能给管道加压并迫使水通过。在另一端,水最终会流出,但流量会缓慢增加,然后缓慢减少。

如果您足够快地打开和关闭水,它会简单地出现在另一个处,并且流量适中。

如其他地方所述,在电气方面,这是由于长电缆的电容和电感造成的。电缆/管道越长,明显的平滑效果就越大。原因(物理)和数学可能不同,但结果押韵,希望能帮助你理解。

信号中无限锐利的边缘需要无限带宽来传输,这在现实世界的电线中是不可能的。用一根足够长的线,它只通过低频,高频被衰减,所以尖锐的快速边缘会被拖到较慢的波浪边缘,因此您需要发送更长的脉冲来查看电压以缓慢上升到适当的检测水平接收端。信号退化,因为铜线的每个单位长度都可以被认为是与电感的串联电阻,并且它还具有杂散并联电容和对其周围环境的泄漏电阻,否则这种模型被称为传输线。具有并联电容的串联电阻是一个低通滤波器。电容和电感形成了所谓的传输线特性阻抗,如果发送端和接收端与传输线阻抗不匹配,电压脉冲会在一定程度上反射回电线,因此它会在电线中来回跳动,直到稳定。当电压脉冲以大约三分之二的光速在电线中传播时,所有这些信号在通过传输线或在传输线两端之间不断反弹时会下降多少,这决定了您可以传输多快的信号以及如何传输远,您可以传输它们而不会太退化。