È possibile inviare più bit di dati su un singolo filo contemporaneamente?

Esiste un protocollo o un metodo di modulazione esistente in cui più bit di dati vengono inviati contemporaneamente su un singolo filo o forse una linea di terra aggiuntiva (come la comunicazione seriale)?

So che ci sono metodi come PSK o FSK in cui la fase o la frequenza del portatore viene modificata per rappresentare bit o stati di segnale diversi, ma quei cambiamenti di fase o frequenza vengono trasmessi uno dopo l'altro, cioè in serie e non contemporaneamente.

Esiste un metodo o protocollo di comunicazione o modulazione esistente che può inviare più bit di dati contemporaneamente e non uno dopo l'altro utilizzando lo spostamento effettuato in PSK o FSK?

16-QAM trasmette 4 bit contemporaneamente modulando sia l'angolo di fase che l'ampiezza del portante: -

All'estremità ricevente, il rumore aggiunto durante la propagazione della trasmissione può far apparire i bit in questo modo: -

Tuttavia, purché vi sia ancora un divario tra i dati ricevuti e il punto a metà strada tra i simboli, è possibile rilevarli.

Quindi, se capisci il rumore nel tuo canale e la larghezza di banda del tuo canale è accomodante, sarai in grado di inviare più di un bit contemporaneamente (come suggerito dalla teoria di Shannon-Hartley ): -

Sicuro. PSK e FSK (e altri metodi di modulazione, per quella materia) possono avere più di due scelte per la fase o la frequenza. Se hai quattro opzioni, puoi inviare due bit contemporaneamente.

Modem telefonici avanzati (prima di passare tutti alla banda larga) potevano codificare fino a 8-10 bit alla volta, usando 256-1024 diversi stati di segnalazione.

Diagramma QAM-256 (da qui )

Questa è solo una sorta di meta-risposta generale, perché non ho visto la parola "simbolo" evidenziata quanto vorrei. Nei sistemi di comunicazione tipici, si invia solo un simbolo alla volta, ma è possibile avere più di 1 bit per simbolo.

Un simbolo è un concetto logico che è associato a qualche manifestazione fisica. Ad esempio, nella risposta di Dave Chapman ci sono 4 simboli, mappati ai livelli di tensione fisica di 0 V 1,25 V 2,5 V e 3,75 V. Nell'esempio 16QAM della risposta di Andy aka ci sono 16 simboli, associati a una combinazione di ampiezze e fasi.

È quindi possibile definire la mappatura dei simboli su bit. Se hai una semplice corsia digitale con 2 simboli: 0 V e 5 V, potresti mappare quei simboli sui bit 1 e 0. Se hai 4 simboli (come la risposta di tensione di Dave), potresti mappare le coppie di bit, 00, 01, 10, 11. Se hai 16 simboli, come fa 16QAM, puoi mapparlo su gruppi di 4 bit 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 e 1111.

Pertanto, più simboli hai, più bit puoi trasmettere contemporaneamente. Naturalmente, più simboli significa anche che è più difficile distinguere quale simbolo è stato trasmesso in seguito.

È anche possibile inviare più di un simbolo su un filo, se le manifestazioni fisiche di quei simboli sono facili da separare. Ad esempio, via cavo invia dati i cui simboli si adattano a bande di frequenza strette molto belle (una per canale). I simboli inviati su ciascuno di questi canali possono essere gestiti in modo indipendente.

So che ci sono metodi come PSK o FSK in cui la fase o la frequenza del portatore viene modificata per rappresentare bit o stati di segnale diversi, ma quei cambiamenti in Fase o Frequenza vengono trasmessi uno dopo l'altro, cioè in serie e non in una volta.

Questo non è necessariamente vero. Se il tuo schema di modulazione FSK ha 4 o 8 o 16 frequenze diverse che possono essere trasmesse anziché solo due, puoi trasmettere 2 o 3 o 4 bit per simbolo.

Qualsiasi schema di modulazione che offre più di 2 diverse scelte di simboli in ciascun intervallo di baud sta trasmettendo più di 1 bit per simbolo.

Quindi voglio sapere che esiste un metodo o protocollo di comunicazione o modulazione esistente che può inviare più bit di dati contemporaneamente e non uno dopo l'altro utilizzando lo spostamento effettuato in PSK o FSK?

Ad esempio, la modulazione di ampiezza dell'impulso (PAM, attualmente un argomento caldo nelle comunicazioni di dati in fibra ottica) e la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM) sono in genere progettate con più di 1 bit per baud.

Dopo aver scritto questa risposta, ho notato che la domanda è contrassegnata come "elettronica digitale": la mia risposta richiede componenti analogici, quindi non so se sarà utile. Lo lascerò indipendentemente dal caso.

Come ingegnere dei sistemi di controllo, vorrei proporre una soluzione più semplice.

Se riesci a controllare la tua corrente o la tensione in modo analogico con elevata precisione, puoi scegliere un valore di riferimento alto e basso, diciamo 0-16 v per semplicità. Da qui, se si dispone di una risoluzione di 1v per il controllo, è possibile trasmettere fino a 4 bit di informazioni contemporaneamente selezionando la rappresentazione decimale del campo di bit come tensione.

Per esempio:

0v => 0000
1v => 0001
7v => 0111
etc.

Quindi se lo imposti su un orologio, puoi capire che questo valore viene aggiornato a x Hz in modo che i tuoi programmi possano rispondere anche se il valore non è cambiato.

L'unico limite a questo è il livello di precisione con cui è possibile controllare la trasmissione di tensione / corrente.

Ci sono protocolli standardizzati per questo come PAM16 che viene utilizzato in Ethernet . Questo seleziona 16 valori tra -1v e 1v. Grazie ai commenti per queste informazioni.

Esiste un metodo abbastanza standard chiamato "dibit", che invia due bit in un determinato intervallo di tempo. I bit sono codificati come tensione analogica, in questo modo:

Dati di tensione

0,00 V - 00

1,25 V - 01

2,50 V - 10

3,75 V - 11

Questo sistema utilizza un convertitore D / A per inviare e un convertitore A / D per ricevere. Esistono sistemi simili per "tribit" e quadbit ". Dopodiché, non così bene. Il problema, ovviamente, è che man mano che vai su distinzioni sempre più piccole tra i pattern di bit, diventi più vulnerabile al rumore.

In effetti, questo è il motivo per cui la trasmissione di dati digitali è stata inventata in primo luogo.

In conclusione, puoi farlo, ma ci sono dei compromessi.

Un modo per trasmettere più segnali su un singolo filo o mezzo è utilizzando il multiplexing, i due tipi principali sono FDM (Frequency Division Multiplexing) e TDM (Time Division Multiplexing).

In FDM praticamente ogni segnale modula un portatore diverso, e tutti i segnali vengono trasmessi nello stesso mezzo contemporaneamente, sul lato ricevente, di solito c'è un qualche tipo di filtro che seleziona la gamma di frequenza di interesse e demodula il segnale.

In TDM ogni segnale viene trasmesso in differenti intervalli di tempo, immagina una linea di 8 segnali in cui ogni segnale ha il suo turno, durante un piccolo intervallo di tempo verrà trasmesso il segnale 1, quindi il segnale 2, quindi il segnale 3 e così via, il ciclo ripetere e ricominciare con il segnale 1.

Guarda anche CDMA (Code Division Multiple Access), da Wiki:

CDMA è un esempio di accesso multiplo, in cui diversi trasmettitori possono inviare informazioni contemporaneamente su un singolo canale di comunicazione. Ciò consente a più utenti di condividere una banda di frequenze (vedi larghezza di banda). Per consentire ciò senza indebite interferenze tra gli utenti, CDMA utilizza una tecnologia a spettro diffuso e uno schema di codifica speciale (in cui a ciascun trasmettitore viene assegnato un codice).

Una variante di FDM è OFDM (Multiplexing a divisione di frequenza ortogonale)