Можно ли отправить несколько битов данных по одному проводу одновременно?

Существует ли существующий протокол или метод модуляции, в котором несколько битов данных передаются по одному проводу одновременно или, возможно, по дополнительной линии заземления (например, последовательная связь)?

Я знаю, что есть методы, такие как PSK или FSK, в которых фаза или частота несущей изменяются для представления различных битов или состояний сигнала, но эти изменения в фазе или частоте передаются один за другим, то есть последовательно, а не сразу.

Существует ли существующий метод или протокол связи или модуляции, который может отправлять несколько битов данных одновременно, а не один за другим, используя сдвиг, выполняемый в PSK или FSK?

16-QAM передает 4 бита одновременно, модулируя как фазовый угол, так и амплитуду несущей:

На принимающей стороне шум, добавленный во время распространения передачи, может сделать биты похожими на это:

Но при условии, что между полученными данными и точкой посередине между символами все еще есть промежуток, который вы можете обнаружить.

Итак, если вы понимаете, что шум в вашем канале и полоса пропускания канала соответствуют, вы сможете отправлять более одного бита одновременно (как предполагает теория Шеннона-Хартли ):

Конечно. PSK и FSK (и другие методы модуляции, в этом отношении) могут иметь более двух вариантов выбора фазы или частоты. Если у вас есть четыре варианта, вы можете отправить два бита одновременно.

Усовершенствованные телефонные модемы (до того, как мы все переключились на широкополосный доступ) могли кодировать до 8-10 бит за раз, используя 256-1024 различных состояний сигнализации.

Диаграмма QAM-256 ( отсюда )

Это всего лишь общий мета-ответ, потому что я не видел слова «символ», выделенной так сильно, как хотелось бы. В типичных системах связи вы отправляете только один символ за раз, но у вас может быть более 1 бита на символ.

Символ - это логическое понятие, которое отображается на физическое проявление. Например, в ответе Дейва Чепмена есть 4 символа, сопоставленные с уровнями физического напряжения 0 В, 1,25 В, 2,5 В и 3,75 В. В примере 16QAM из ответа Энди ака есть 16 символов, сопоставленных с комбинацией амплитуд и фаз.

Затем вы можете определить ваше отображение символов на биты. Если у вас есть простая цифровая полоса с 2 символами: 0 В и 5 В, вы можете отобразить эти символы на биты 1 и 0. Если у вас есть 4 символа (например, ответ Дэйва о напряжении), вы можете отобразить пары бит 00, 01, 10, 11. Если у вас есть 16 символов, как 16QAM, вы можете сопоставить его с 4-битными группами 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 и 1111.

Таким образом, чем больше у вас символов, тем больше битов вы можете передать одновременно. Конечно, чем больше символов, тем труднее различить, какой символ был передан позже.

Также возможно отправить более одного символа на провод, если ваши физические проявления этих символов легко отделить. Например, кабель передает данные, символы которых укладываются в очень хорошие узкие полосы частот (по одному на канал). Символы, отправленные по каждому из этих каналов, могут обрабатываться независимо.

Я знаю, что есть методы, такие как PSK или FSK, в которых фаза или частота несущей изменяются для представления разных битов или состояний сигнала, но эти изменения в фазе или частоте передаются один за другим, то есть последовательно, а не сразу.

Это не обязательно правда. Если ваша схема модуляции FSK имеет 4, 8 или 16 различных частот, которые можно передавать вместо двух, вы можете передавать 2, 3 или 4 бита на символ.

Любая схема модуляции, которая предлагает более 2 различных вариантов выбора символов в каждом бодовом интервале, передает более 1 бита на символ.

Поэтому я хочу знать, существует ли какой-либо существующий метод или протокол связи или модуляции, который может отправлять несколько битов данных одновременно, а не один за другим, используя сдвиг, выполняемый в PSK или FSK?

Например, амплитудно-импульсная модуляция (PAM, в настоящее время горячая тема в волоконно-оптической передаче данных) и квадратурная амплитудная модуляция (QAM) обычно рассчитаны на более чем 1 бит на бод.

После написания этого ответа я заметил, что вопрос помечен как «цифровая электроника»: мой ответ требует аналоговых компонентов, поэтому я не знаю, будет ли он полезен. Я оставлю это независимо от того, если это так.

Как инженер систем управления, я хотел бы предложить более простое решение.

Если вы можете контролировать или ваш ток или напряжение в аналоговом моды с высокой точностью, вы можете выбрать высокое и низкое опорное значение, позволяет сказать, 0-16v для простоты. Отсюда, если у вас есть разрешение 1 В для вашего управления, вы можете передавать до 4 бит информации одновременно, выбрав десятичное представление битового поля в качестве вашего напряжения.

Например:

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

Затем, если вы установите часы, вы поймете, что это значение обновляется с частотой x Гц, поэтому ваши программы могут реагировать, даже если это значение не изменилось.

Единственным ограничением является уровень точности, с которой вы можете контролировать передачу напряжения / тока.

Для этого существуют стандартизированные протоколы, такие как PAM16, который используется в Ethernet . Это выбирает 16 значений между -1v и 1v. Спасибо за комментарии к этой информации.

Существует довольно стандартный метод, называемый «дибит», который отправляет два бита в заданном временном интервале. Биты кодируются как аналоговое напряжение, например:

Данные по напряжению

0,00 В - 00

1,25 В - 01

2,50 В - 10

3,75 В - 11

Эта система использует цифро-аналоговый преобразователь для отправки и аналого-цифровой преобразователь для приема. Подобные системы существуют для «трибитов» и «квадбитов». После этого не очень хорошо. Проблема, очевидно, заключается в том, что, когда вы переходите к все меньшим и меньшим различиям между битовыми комбинациями, вы становитесь более уязвимыми для шума.

Фактически, именно поэтому цифровая передача данных была изобретена в первую очередь.

Итог, вы можете сделать это, но есть компромиссы.

Способ передачи нескольких сигналов по одному проводу или среде - использование мультиплексирования. Два основных типа - это FDM (мультиплексирование с частотным разделением) и TDM (мультиплексирование с временным разделением).

В принципе, в FDM каждый сигнал модулирует отдельную несущую, и все сигналы передаются одновременно на одной и той же среде, на стороне приемника, обычно есть какой-то фильтр, который выбирает интересующий частотный диапазон и демодулирует сигнал.

В TDM каждый сигнал передается в разных временных интервалах, представьте себе линию из 8 сигналов, где каждый сигнал имеет свой собственный ход, в течение небольшого временного интервала будет передаваться сигнал 1, затем сигнал 2, затем сигнал 3 и т. Д., Цикл будет повторите и начните с сигнала 1 снова.

Также посмотрите на CDMA (множественный доступ с кодовым разделением), из Wiki:

CDMA является примером множественного доступа, где несколько передатчиков могут отправлять информацию одновременно по одному каналу связи. Это позволяет нескольким пользователям совместно использовать полосу частот (см. Полосу пропускания). Чтобы разрешить это без чрезмерных помех между пользователями, CDMA использует технологию расширенного спектра и специальную схему кодирования (где каждому передатчику назначается код).

Вариантом FDM является OFDM ( мультиплексирование с ортогональным частотным разделением)