Làm thế nào một dây điện thoại có thể có nhiều tần số cùng một lúc?

Làm thế nào một dây điện thoại có thể có nhiều tần số?
Trong Sách giáo khoa Mạng của tôi về DSL vs Dial Up, nó có nội dung như sau:

Đường dây điện thoại dân dụng mang đồng thời cả dữ liệu và tín hiệu điện thoại truyền thống, được mã hóa ở các tần số khác nhau:

• Kênh hạ lưu tốc độ cao, ở dải tần 50 kHz đến 1 MHz

• Kênh ngược dòng tốc độ trung bình, trong dải 4 kHz đến 50 kHz

• Kênh điện thoại hai chiều thông thường, trong dải 0 đến 4 kHz

Từ kiến ​​thức cơ bản của tôi về vật lý, tần số của dây là tốc độ mà nó đảo ngược cực tính. Vì vậy, nếu bạn có một dây, làm thế nào các electron có thể thay đổi đồng thời cực 4.000 lần / giây (để nói chuyện trên điện thoại) và 50.000 lần / giây (khi sử dụng DSL)?

Giả định cơ bản trong câu hỏi của bạn - rằng tần số được đo là tốc độ phân cực ngược của electron - không chính xác. Tần số của tín hiệu tại máy phát, máy thu hoặc bất cứ nơi nào ở giữa vật lý tương ứng với sự xuất hiện theo chu kỳ của điện áp.

Ví dụ: trong một ứng dụng kỹ thuật số sử dụng điều chế biên độ (giả sử sử dụng phím tắt để đơn giản), bạn có thể đo tần số bằng số xung 'bật' bạn phát hiện trên mỗi đơn vị thời gian. Trong giao tiếp RF, điều này có thể tương ứng với điện áp cao logic hoặc trong giao tiếp quang, nó có thể tương ứng với sự xuất hiện của một số lượng lớn photon. Trong trường hợp lý tưởng, trạng thái logic thấp hoặc tắt sẽ tương ứng với điện áp bằng 0 hoặc sự xuất hiện của không có photon, nhưng dòng điện tối và sự không hoàn hảo của bộ điều biến hiếm khi tạo ra trường hợp đó.

Về mặt triển khai, việc thực hiện đơn giản và đơn giản đối với việc truyền hai tần số RF riêng biệt trên một phương tiện (dây đồng) là bằng cách sử dụng hai chuỗi máy phát hoàn chỉnh để mã hóa dữ liệu ở hai tần số sóng mang riêng biệt, sau đó sử dụng bộ kết hợp RF để có được hai đầu ra từ các máy phát lên một dây đồng. Bộ thu có thể được thực hiện theo một số cách, nhưng một phương pháp đơn giản sẽ là sử dụng bộ chia công suất RF để tạo hai bản sao của tín hiệu, sau đó sử dụng bộ lọc thông cao trên một và bộ lọc thông thấp khác. Sau đó bạn có thể tiếp tục với chuỗi nhận bình thường.

Như những người khác đã nói, nhiều tần số có thể có mặt trên một dây cùng một lúc. Sự hiện diện tức thời của nhiều tần số không chỉ ra nhiều điện áp; nhất thiết phải có một điện áp duy nhất tại bất kỳ điểm nào trên dây (miễn là điện áp được xác định giữa điểm đó và một tham chiếu chung, thường là nối đất). Trong một khoảng thời gian, bạn có thể tạo tín hiệu bằng cách lấy mẫu đều đặn. Tín hiệu đó sẽ không giống như sóng hình sin bình thường nếu có nhiều tần số, do nguyên tắc chồng chất. Nếu bạn chọn hai tần số sóng mang, giả sử 5 kHz và 5 MHz, điều chỉnh dữ liệu trên cả hai và sau đó tổng hợp các tín hiệu điều chế tổng hợp, bạn có thể được cung cấp tín hiệu rất đặc biệt trong miền thời gian.

Trên 'một dây' chỉ có thể có một điện áp xuất hiện tại bất kỳ thời điểm nào tại một điểm nhất định trên dây đó. Vì vậy, nếu bạn thêm hai sóng hình sin, tổng không còn là sóng hình sin mà là một thứ khác. Các electron di chuyển theo cùng một kiểu phức tạp. Quan sát nguồn hoạt hình .

Càng nhiều tần số bạn thêm, tín hiệu càng trở nên phức tạp. Từ một số tần số nhất định như trường hợp của ADSL / VDSL, tín hiệu kết hợp xuất hiện dưới dạng nhiễu trên máy phân tích phổ hoặc máy hiện sóng và trở nên khó hiểu đối với não người.

Làm thế nào nhiều tần số tạo nên một bản nhạc có thể được truyền thành công đến một loa lớn và được tái tạo phần lớn mà không có lỗi?

Loa được kết nối với dây và micro cũng vậy - hoàn toàn không có sự khác biệt về nguyên tắc. Điều đó xảy ra khi một dây điện thoại mang tần số cao hơn nhiều, nhưng nguyên tắc là như nhau.

Bất kỳ phương tiện nào mang một tần số duy nhất thường có khả năng mang vô số tần số. Chẳng hạn như không khí - bạn có thể nói chuyện với hàng xóm của mình và mẫu giọng nói bạn tạo ra là vô số tần số luôn thay đổi.

Tất cả các máy phát vô tuyến đều có chung một phương tiện và không có vấn đề gì khi phân biệt một truyền ở 98,4 MHz và một khác ở 99 MHz.

Bạn cần xem xét hệ thống chồng chất và tuyến tính. Là một ví dụ về nhiều tần số trên một dây, sóng vuông có rất nhiều sóng hài.

Có một vấn đề thậm chí còn cơ bản hơn trong câu hỏi của bạn hơn là chỉ ra trong các câu trả lời khác.

"Đồng thời" là một khái niệm miền thời gian. Tần số là một khái niệm miền tần số.
Đây là các biến đổi Fourier của nhau, vì vậy chúng là các khái niệm "kép", không phải là khái niệm trực giao.

Chắc chắn có thể có tín hiệu với hai tần số: chỉ cần thêm hai cosin có tần số khác nhau lại với nhau; tín hiệu "đồng thời" có hai tần số.

Nhưng việc nói tín hiệu "đồng thời" có hai tần số sẽ là vô nghĩa vì "đồng thời" chỉ một thời điểm tức thời và nếu bạn giới hạn bản thân trong một khoảnh khắc thì bạn không thể biết bất cứ điều gì về các tần số khác nhau.
(Đây là nguyên tắc bất định tần số thời gian, sẽ nhắc bạn về nguyên tắc không chắc chắn Heisenberg.)

Một khi bạn bắt đầu nhìn vào tất cả các tần số có thể thì khái niệm thời gian trở nên vô nghĩa.

Chỉ trong một cuộc trò chuyện qua điện thoại có nhiều tần số (sẽ thay đổi theo cao độ giọng nói của bạn nếu không có gì khác)! Sóng ở các tần số khác nhau được chồng lên nhau để tạo ra dạng sóng kết quả. Nếu điều này không hoạt động thì âm thanh duy nhất bạn có thể nghe, bao giờ, là sóng hình sin ở nhiều mức độ khác nhau.

Một dây có thể mang nhiều tín hiệu điện giống như không khí có thể mang nhiều âm thanh.

Hãy tưởng tượng bạn đang ở trong một căn phòng yên tĩnh và một cây vĩ cầm bắt đầu chơi một nốt nhạc. Một tần số duy nhất mà bạn nghe được qua các rung động trong không khí.

Sau đó, nó được tham gia bởi một cello. Bây giờ bạn có hai tần số truyền qua một phương tiện đến màng nhĩ của bạn. Bạn có thể nghe rằng chúng khác nhau và với việc đào tạo có thể cho biết mỗi nốt đang chơi.

Nó hoạt động giống hệt nhau trong dây chỉ với các electron chứ không phải các phân tử không khí.

Sau khi điều chế và truyền từ nguồn, tín hiệu cuối cùng trên dây là tín hiệu đơn. Chỉ cần cố gắng quay trở lại thời đại tiền kỹ thuật số của cáp, nơi bạn nối trực tiếp các nhà cung cấp truyền hình cáp với TV của bạn và có thể xem bất kỳ kênh nào.

Và nếu bạn có hai lần TV, bạn có thể xem hai kênh khác nhau cùng một lúc trên cùng một dây. Lưu ý rằng tôi đang nói về thời xưa khi bạn KHÔNG cần một hộp từ công ty cáp của bạn để xem các kênh.

Bây giờ trở lại tín hiệu duy nhất trên dây. Nó luôn luôn chỉ là một tín hiệu duy nhất. Phép thuật xảy ra ở cuối nhận. Bạn có thể cung cấp cùng một tín hiệu cho các máy thu khác nhau. Để tiếp nhận và xử lý thành công và rõ ràng, bạn sẽ cần một mạch để TUNE theo tần suất bạn chọn. Chúng được gọi là bộ lọc thông dải. Các mạch này xử lý tín hiệu phức tạp duy nhất, nhưng chúng chỉ đáp ứng với các đặc điểm thời gian nhất định của tín hiệu đầu vào. Bất cứ điều gì không xác nhận đến thời điểm này đều bị loại bỏ (thuật ngữ thích hợp bị suy giảm). Phần tín hiệu tương ứng với thời gian được phép giữ cường độ tín hiệu của nó. Đầu ra của mạch này bây giờ chỉ là tín hiệu mà thiết bị muốn xử lý.

Tín hiệu đơn tương tự có thể được đưa đến một thiết bị khác được điều chỉnh theo tần số khác. Sau đó, đầu ra của nó sẽ là tần số thứ hai mà nó được điều chỉnh.

Không phải đầu ra đầu tiên hay đầu ra thứ hai, bây giờ có các tín hiệu khác trong đó. Nếu bạn cố gắng cung cấp các đầu ra này cho một thiết bị khác và điều chỉnh tần số khác, bạn sẽ không nhận được gì.

Để giải thích chi tiết, bạn sẽ cần google và hiểu cách thức hoạt động của các mạch LC (RC). Các đặc tính sạc và xả kết hợp của các thành phần LC là yếu tố quyết định tần số điều chỉnh.

Ngoài ra còn có một cách điều chỉnh khác gọi là bộ lọc chặn băng tần.

Bây giờ làm thế nào để máy phát có thể nhận được nhiều tín hiệu kết hợp trên một dây, là một trường hoàn toàn riêng biệt.