Bagaimana kawat telepon dapat memiliki beberapa frekuensi sekaligus?

Bagaimana kawat telepon dapat memiliki beberapa frekuensi?
Dalam Buku Teks Jaringan saya tentang DSL vs Dial Up dikatakan sebagai berikut:

Saluran telepon perumahan membawa data dan sinyal telepon tradisional secara bersamaan, yang dikodekan pada frekuensi yang berbeda:

• Saluran hilir berkecepatan tinggi, dalam pita 50 kHz hingga 1 MHz

• Saluran upstream kecepatan sedang, dalam pita 4 kHz hingga 50 kHz

• Saluran telepon dua arah biasa, dalam pita 0 hingga 4 kHz

Dari pengetahuan dasar saya tentang fisika, frekuensi kawat adalah tingkat di mana ia membalikkan polaritas. Jadi, jika Anda memiliki satu kabel, bagaimana elektron dapat secara bersamaan mengubah polaritas 4.000 kali / detik (untuk berbicara di telepon) dan juga 50.000 kali / detik (untuk menggunakan DSL)?

Asumsi yang mendasari pertanyaan Anda - bahwa frekuensi yang diukur adalah tingkat di mana elektron membalik polaritas - tidak benar. Frekuensi sinyal di pemancar, penerima, atau di mana saja di antara secara fisik sesuai dengan kedatangan siklik tegangan.

Misalnya, dalam aplikasi digital menggunakan modulasi amplitudo (mari kita asumsikan tombol on-off untuk kesederhanaan), Anda dapat mengukur frekuensi dengan jumlah pulsa 'on' yang Anda deteksi per satuan waktu. Dalam komunikasi RF, ini mungkin berhubungan dengan tegangan logika-tinggi, atau dalam komunikasi optik mungkin berhubungan dengan kedatangan sejumlah besar foton. Dalam kasus ideal, keadaan logika-rendah atau mati akan sesuai dengan tegangan nol atau kedatangan tidak ada foton, tetapi arus gelap dan ketidaksempurnaan modulator jarang membuat itu terjadi.

Dalam hal implementasi, implementasi langsung dan sederhana untuk transmisi dua frekuensi RF terpisah pada media tunggal (kabel tembaga) adalah dengan menggunakan dua rantai pemancar lengkap untuk menyandikan data pada dua frekuensi pembawa yang berbeda, dan kemudian penggunaan combiner RF untuk mendapatkan dua output dari pemancar ke kabel tembaga tunggal. Penerima dapat diimplementasikan dengan beberapa cara, tetapi metode sederhana adalah dengan menggunakan pembagi daya RF untuk membuat dua salinan sinyal, dan kemudian menggunakan filter high pass pada satu dan low pass filter pada yang lain. Anda kemudian dapat melanjutkan dengan rantai penerima normal.

Seperti yang orang lain katakan, beberapa frekuensi dapat hadir pada kabel pada saat yang bersamaan. Kehadiran beberapa frekuensi secara instan tidak menunjukkan beberapa voltase; akan selalu ada tegangan tunggal pada titik tertentu pada kawat (selama tegangan didefinisikan antara titik itu dan referensi umum, biasanya ditanahkan). Namun, dalam rentang waktu tertentu, Anda dapat membuat sinyal dengan mengambil sampel secara berkala. Sinyal itu tidak akan terlihat seperti gelombang sinusoidal normal jika ada beberapa frekuensi, karena prinsip superposisi. Jika Anda memilih dua frekuensi operator, misalkan 5 kHz dan 5 MHz, memodulasi data menjadi keduanya dan kemudian menjumlahkan sinyal hasil termodulasi, Anda mungkin akan disajikan dengan sinyal yang sangat aneh dalam domain waktu.

Pada 'satu kabel' hanya ada satu voltase yang hadir pada waktu kapan saja pada titik tertentu pada kabel itu. Jadi, jika Anda menambahkan dua gelombang sinus, jumlahnya bukan lagi gelombang sinus, tetapi sesuatu yang lain. Elektron juga bergerak dengan cara yang sama kompleksnya. Amati sumber animasi .

Semakin banyak frekuensi yang Anda tambahkan semakin kompleks sinyal. Dari sejumlah frekuensi tertentu seperti ADSL / VDSL, sinyal gabungan muncul sebagai noise pada penganalisis spektrum atau osiloskop dan menjadi tidak dapat dipahami oleh otak manusia.

Bagaimana bisa banyak frekuensi yang membentuk karya musik ditransmisikan dengan sukses ke pengeras suara dan direproduksi sebagian besar tanpa kesalahan?

Speaker terhubung dengan kabel dan juga mikrofon - sama sekali tidak ada perbedaan pada prinsipnya. Kebetulan kabel telepon membawa frekuensi yang jauh lebih tinggi, tetapi prinsipnya sama.

Media apa pun yang membawa frekuensi tunggal biasanya mampu membawa banyak frekuensi. Air misalnya - Anda dapat berbicara dengan tetangga Anda dan pola bicara yang Anda hasilkan adalah banyak frekuensi yang selalu berubah.

Pemancar radio semuanya memiliki medium yang sama dan tidak ada masalah yang membedakan satu transmisi pada 98,4MHz dan lainnya pada 99MHz.

Anda perlu melihat sistem superposisi dan linier. Sebagai salah satu contoh beberapa frekuensi pada kabel, gelombang persegi memiliki banyak harmonik.

Ada masalah yang bahkan lebih mendasar dalam pertanyaan Anda daripada yang ditunjukkan dalam jawaban lainnya.

"Secara bersamaan" adalah konsep waktu-domain. Frekuensi adalah konsep domain frekuensi.
Ini adalah transformasi Fourier satu sama lain, jadi mereka konsep "ganda", bukan konsep ortogonal.

Tentunya dimungkinkan untuk memiliki sinyal dengan dua frekuensi: cukup tambahkan dua cosinus dari frekuensi berbeda secara bersamaan; sinyal "secara bersamaan" memiliki dua frekuensi.

Tetapi mengatakan sinyal "secara bersamaan" memiliki dua frekuensi akan menjadi tidak berarti karena "secara bersamaan" mengacu pada satu instan dalam waktu, dan jika Anda membatasi diri pada satu instan dalam waktu maka Anda tidak mungkin tahu apa-apa tentang berbagai frekuensi yang ada.
(Ini adalah prinsip ketidakpastian frekuensi waktu, yang seharusnya mengingatkan Anda tentang prinsip ketidakpastian Heisenberg.)

Setelah Anda mulai melihat semua frekuensi yang mungkin, maka gagasan waktu menjadi tidak berarti.

Hanya dalam satu percakapan telepon ada banyak frekuensi (yang berubah dengan nada suara Anda jika tidak ada yang lain)! Gelombang pada frekuensi yang berbeda ditumpangkan untuk membuat bentuk gelombang yang dihasilkan. Jika ini tidak berhasil maka satu-satunya suara yang dapat Anda dengar adalah gelombang sinus dari berbagai nada.

Sebuah kawat dapat membawa banyak sinyal listrik sama seperti udara dapat membawa banyak suara.

Bayangkan Anda berada di ruangan yang sunyi dan biola mulai memainkan not. Satu frekuensi yang Anda dengar melalui getaran di udara.

Kemudian bergabung dengan selo. Sekarang Anda memiliki dua frekuensi bepergian melalui satu media ke gendang telinga Anda. Anda dapat mendengar bahwa mereka berbeda dan dengan latihan dapat mengetahui not mana yang dimainkan masing-masing.

Ia bekerja persis sama di kawat hanya dengan elektron daripada molekul udara.

Setelah modulasi dan transmisi dari sumber, sinyal terakhir pada kawat ADALAH satu sinyal. Coba kembali ke era pra-digital kabel tempat Anda memasang kabel penyedia TV kabel langsung ke TV Anda dan dapat menonton saluran apa pun.

Dan jika Anda memiliki dua TV pada saat itu, Anda dapat menonton dua saluran yang berbeda pada saat yang sama yang ada pada kabel yang sama. Perhatikan bahwa saya berbicara tentang masa lalu di mana Anda TIDAK perlu kotak dari perusahaan kabel Anda untuk melihat saluran.

Sekarang kembali ke sinyal tunggal pada kabel. Itu selalu hanya satu sinyal. Keajaiban terjadi di ujung penerima. Anda dapat memberi makan sinyal tunggal yang sama ke penerima yang berbeda. Untuk penerimaan dan pemrosesan yang berhasil dan jelas, Anda akan memerlukan rangkaian untuk TUNE dengan frekuensi pilihan Anda. Ini disebut filter band-pass. Sirkuit ini memproses sinyal kompleks tunggal, tetapi mereka hanya merespons karakteristik waktu tertentu dari sinyal input. Apa pun yang tidak mengonfirmasi waktu ini dibatalkan (istilah yang tepat dilemahkan). Bagian dari sinyal yang sesuai dengan timing dibiarkan untuk menjaga kekuatan sinyalnya. Output dari sirkuit ini sekarang hanya sinyal yang ingin diproses oleh perangkat.

Sinyal tunggal yang sama dapat dimasukkan ke perangkat lain yang disetel ke frekuensi lain. Maka outputnya akan menjadi frekuensi kedua yang disetel.

Baik output pertama maupun output kedua, sekarang memiliki sinyal lain di dalamnya. Jika Anda mencoba untuk memberi makan output ini ke perangkat lain dan mencari frekuensi lain, Anda tidak akan mendapatkan apa-apa.

Untuk penjelasan terperinci, Anda harus google dan memahami cara kerja sirkuit LC (RC). Karakteristik pengisian dan pengosongan gabungan komponen LC adalah yang menentukan frekuensi tuning.

Ada juga cara lain penyetelan yang disebut filter band-stop.

Sekarang bagaimana pemancar bisa mendapatkan banyak sinyal digabung menjadi satu kabel, adalah bidang yang terpisah.