¿Cómo puede un cable telefónico tener múltiples frecuencias a la vez?

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¿Cómo puede un cable telefónico tener múltiples frecuencias?
En mi libro de texto de Redes sobre DSL vs Dial Up dice lo siguiente:

  

La línea telefónica residencial transporta señales telefónicas tradicionales y de datos simultáneamente, que están codificadas en diferentes frecuencias:

     

• Un canal descendente de alta velocidad, en la banda de 50 kHz a 1 MHz

     

• Un canal ascendente de velocidad media, en la banda de 4 kHz a 50 kHz

     

• Un canal telefónico de dos vías ordinario, en la banda de 0 a 4 kHz

Desde mi conocimiento básico de física, la frecuencia de un cable es la velocidad a la que invierte la polaridad. Entonces, si tiene un cable, ¿cómo pueden los electrones simultáneamente cambiar la polaridad 4,000 veces / segundo (para hablar por teléfono) y también 50,000 veces / segundo (para usar DSL) )?

    
pregunta Brad Thiessen

8 respuestas

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La suposición subyacente en su pregunta, de que la frecuencia que se mide es la velocidad a la que los electrones invierten la polaridad, es incorrecta. La frecuencia de una señal en el transmisor, receptor o en cualquier lugar intermedio se corresponde físicamente con la llegada cíclica de un voltaje.

Por ejemplo, en una aplicación digital que utiliza modulación de amplitud (supongamos que la simplicidad es la clave de encendido / apagado), puede medir la frecuencia por el número de pulsos de encendido que detecta por unidad de tiempo. En las comunicaciones de RF, esto podría corresponder a un alto voltaje lógico, o en las comunicaciones ópticas podría corresponder a la llegada de un gran número de fotones. En el caso ideal, un estado lógico bajo o apagado correspondería a un voltaje de cero o la llegada de no fotones, pero las corrientes oscuras y las imperfecciones de los moduladores rara vez lo hacen.

En términos de implementación, una implementación simple y simple para la transmisión de dos frecuencias de RF separadas en un solo medio (un cable de cobre) es mediante el uso de dos cadenas de transmisores completas para codificar los datos en las dos frecuencias portadoras distintas. y luego el uso de un combinador de RF para obtener las dos salidas de los transmisores en un solo cable de cobre. El receptor puede implementarse de varias maneras, pero un método simplista sería usar un divisor de potencia de RF para crear dos copias de la señal, y luego usar un filtro de paso alto en uno y un filtro de paso bajo en el otro. Luego puede continuar con la cadena de receptores normal.

Como han dicho otros, múltiples frecuencias pueden estar presentes en un cable al mismo tiempo. Sin embargo, la presencia instantánea de múltiples frecuencias no indica múltiples voltajes; necesariamente habrá un solo voltaje en cualquier punto dado en el cable (siempre que el voltaje esté definido entre ese punto y una referencia común, típicamente tierra). Sin embargo, durante un lapso de tiempo, puede construir una señal muestreando a intervalos regulares. Esa señal no se verá como una onda sinusoidal normal si existen múltiples frecuencias, debido al principio de superposición. Si selecciona dos frecuencias portadoras, digamos 5 kHz y 5 MHz, module los datos en ambas y luego sume las señales moduladas resultantes, es posible que se le presente una señal muy peculiar en el dominio del tiempo. Sin embargo, si aplica una Transformada de Fourier y observa la señal en el dominio de la frecuencia, verá una señal fuerte a 5 kHz, una señal fuerte a 5 MHz y luego una pequeña cantidad de otras frecuencias alrededor de las frecuencias de la portadora para dar cuenta de los modulados datos.

    
respondido por el Tristan Latchu
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En 'un cable' solo puede haber un voltaje presente en cualquier momento en un momento determinado en ese cable. Entonces, si sumas dos ondas sinusoidales, la suma ya no es una onda sinusoidal sino otra cosa. Los electrones también se mueven de la misma manera compleja. Observe la animación fuente .

Cuantas más frecuencias agregue, más compleja será la señal. A partir de un cierto número de frecuencias, como es el caso de ADSL / VDSL, la señal combinada aparece como ruido en un analizador de espectro u osciloscopio y se vuelve ininteligible para el cerebro humano.

    
respondido por el Ambiorix
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¿Cómo pueden transmitirse con éxito a un altavoz un gran número de frecuencias que componen una pieza musical y reproducirlas en gran medida sin errores?

Los altavoces están conectados con cables y también los micrófonos. En principio, no hay absolutamente ninguna diferencia. Sucede que un cable telefónico transporta frecuencias mucho más altas, pero el principio es el mismo.

Cualquier medio que transporta una sola frecuencia suele ser capaz de transportar una multitud de frecuencias. Aire, por ejemplo, puede hablar con su vecino y el patrón de voz que produce es una multitud de frecuencias en constante cambio.

Todos los transmisores de radio comparten el mismo medio y no hay problemas para distinguir una transmisión a 98.4MHz y otra a 99MHz.

    
respondido por el Andy aka
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Necesitas mirar la superposición y los sistemas lineales. Como un ejemplo de múltiples frecuencias en un cable, una onda cuadrada tiene muchos armónicos.

    
respondido por el George Herold
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Hay un problema aún más fundamental en tu pregunta que el señalado en las otras respuestas.

"Simultáneamente" es un concepto de dominio de tiempo. La frecuencia es un concepto de dominio de frecuencia.
Estas son transformaciones de Fourier entre sí, por lo que son conceptos "duales", no conceptos ortogonales.

Ciertamente es posible tener una señal con dos frecuencias: solo sume dos cosenos de diferentes frecuencias; La señal "simultáneamente" tiene dos frecuencias.

Pero decir que la señal "simultáneamente" tiene dos frecuencias no tendría sentido porque "simultáneamente" se refiere a un solo instante en el tiempo, y si usted se limita a un solo instante en el tiempo, es posible que no sepa nada sobre las distintas frecuencias presentes .
(Este es el principio de incertidumbre de la frecuencia de tiempo, que debería recordarle el principio de incertidumbre de Heisenberg).

Una vez que empiezas a mirar todas las frecuencias posibles, la noción de tiempo carece de sentido.

    
respondido por el Mehrdad
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¡Dentro de una sola conversación telefónica hay muchas frecuencias (que cambian con su tono de voz, si no más)! Las ondas en diferentes frecuencias se superponen para crear la forma de onda resultante. Si esto no funcionó, entonces el único sonido que podrías escuchar, alguna vez, es una onda sinusoidal de varios tonos.

    
respondido por el Lightness Races in Orbit
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Un cable puede transportar múltiples señales eléctricas al igual que el aire puede transmitir múltiples sonidos.

Imagina que estás en una habitación tranquila y un violín comienza a tocar una nota. Una sola frecuencia que escuchas a través de las vibraciones en el aire.

Entonces se le une un violonchelo. Ahora tiene dos frecuencias que viajan a través de un medio a sus tímpanos. Puede escuchar que son diferentes y que con la capacitación podrían indicar qué nota tocaba cada uno.

Funciona exactamente igual en el cable solo con electrones en lugar de moléculas de aire.

    
respondido por el Daniel
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Después de la modulación y la transmisión desde la fuente, la señal final en el cable ES una sola señal. Solo intente volver a la era pre-digital del cable donde conectó los cables de sus proveedores de televisión por cable directamente a su televisor y pudo ver cualquier canal.

Y si tuvo dos televisores en esos momentos, puede ver dos canales diferentes al mismo tiempo que estaban presentes en el mismo cable. Tenga en cuenta que estoy hablando de los viejos tiempos en los que NO necesitó una caja de su compañía de cable para ver los canales.

Ahora volvamos a la única señal en el cable. Siempre es solo una señal. La magia sucede en el extremo receptor. Puede alimentar la misma señal única a diferentes receptores. Para una recepción y un procesamiento satisfactorios y claros, necesitará un circuito para TUNAR a la frecuencia de su elección. Estos se llaman filtros de paso de banda. Estos circuitos procesan la única señal compleja, pero solo responden a ciertas características de temporización de la señal de entrada. Cualquier cosa que no confirme este tiempo se descarta (el término apropiado se atenúa). Se permite que la parte de la señal que corresponde a la temporización mantenga su intensidad de señal. La salida de este circuito es ahora la señal que el dispositivo quiere procesar.

La misma señal única se puede enviar a otro dispositivo sintonizado a otra frecuencia. Entonces su salida será la segunda frecuencia a la que se sintonizó.

Ni la primera salida ni la segunda salida, ahora tienen las otras señales en ellas. Si intenta alimentar estas salidas a otro dispositivo y sintoniza otra frecuencia, no obtendrá nada.

Para obtener una explicación detallada, deberá buscar en Google y comprender cómo funcionan los circuitos LC (RC también). Las características combinadas de carga y descarga de los componentes LC son lo que determina la frecuencia de sintonización.

También hay otra forma de afinación llamada filtro de parada de banda.

Ahora, ¿de qué manera el transmisor puede obtener tantas señales combinadas en un solo cable? Es un campo completamente separado.

    
respondido por el Ash

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