Ist es möglich, mehrere Datenbits gleichzeitig auf einem einzigen Kabel zu senden?

16-QAM überträgt 4 Bit gleichzeitig, indem sowohl der Phasenwinkel als auch die Trägeramplitude moduliert werden: -

Auf der Empfängerseite kann das während der Übertragungsausbreitung hinzugefügte Rauschen dazu führen, dass die Bits wie folgt aussehen: -

Aber vorausgesetzt, es gibt immer noch eine Lücke zwischen den empfangenen Daten und dem halben Punkt zwischen den Symbolen, können Sie sie erkennen.

Wenn Sie also das Rauschen in Ihrem Kanal verstehen und Ihre Kanalbandbreite angemessen ist, können Sie mehr als ein Bit gleichzeitig senden (wie vom Shannon-Hartley-Theorum vorgeschlagen ): -

Sicher. PSK und FSK (und andere Modulationsverfahren) können mehr als zwei Möglichkeiten für die Phase oder Frequenz haben. Wenn Sie vier Möglichkeiten haben, können Sie zwei Bits gleichzeitig senden.

Fortgeschrittene Telefonmodems (bevor wir alle auf Breitband umgestiegen sind) konnten bis zu 8 bis 10 Bits gleichzeitig codieren und dabei 256 bis 1024 verschiedene Signalisierungszustände verwenden.

QAM-256-Diagramm (von hier )

Dies ist nur eine Art übergreifende Meta-Antwort, da ich das Wort "Symbol" nicht so hervorgehoben gesehen habe, wie ich es gerne hätte. In typischen Kommunikationssystemen senden Sie jeweils nur ein Symbol, aber Sie können mehr als 1 Bit pro Symbol haben.

Ein Symbol ist ein logisches Konzept, das auf eine physische Manifestation abgebildet wird. In der Antwort von Dave Chapman gibt es beispielsweise 4 Symbole, die den physikalischen Spannungspegeln von 0 V, 1,25 V, 2,5 V und 3,75 V zugeordnet sind. Im 16QAM-Beispiel aus der Antwort von Andy aka gibt es 16 Symbole, die einer Kombination aus Amplituden und Phasen zugeordnet sind.

Sie können dann Ihre Zuordnung von Symbolen zu Bits definieren. Wenn Sie eine einfache digitale Spur mit 2 Symbolen haben: 0 V und 5 V, können Sie diese Symbole auf die Bits 1 und 0 abbilden. Wenn Sie 4 Symbole haben (wie Daves Spannungsantwort), können Sie die auf Bitpaare abbilden, 00, 01, 10, 11. Wenn Sie 16 Symbole haben, wie es 16QAM tut, können Sie es 4 Bitgruppen zuordnen 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 und 1111.

Je mehr Symbole Sie also haben, desto mehr Bits können Sie gleichzeitig übertragen. Mehr Symbole bedeuten natürlich auch, dass es schwieriger ist, später zu unterscheiden, welches Symbol übertragen wurde.

Es ist auch möglich, mehr als ein Symbol auf einem Draht zu senden, wenn Ihre physischen Manifestationen dieser Symbole leicht zu trennen sind. Beispielsweise sendet Kabel Daten, deren Symbole in sehr schöne schmale Frequenzbänder passen (eines pro Kanal). Die auf jedem dieser Kanäle gesendeten Symbole können unabhängig gehandhabt werden.

Ich weiß, dass es Methoden wie PSK oder FSK gibt, bei denen die Phase oder Frequenz des Trägers geändert wird, um unterschiedliche Bits oder Signalzustände darzustellen, aber diese Phasen- oder Frequenzänderungen werden nacheinander übertragen, dh seriell und nicht gleichzeitig.

Dies ist nicht unbedingt wahr. Wenn Ihr FSK-Modulationsschema 4 oder 8 oder 16 verschiedene Frequenzen hat, die statt nur zwei übertragen werden können, können Sie 2 oder 3 oder 4 Bits pro Symbol übertragen.

Jedes Modulationsschema, das mehr als 2 verschiedene Symbolauswahlen in jedem Baud-Intervall bietet, überträgt mehr als 1 Bit pro Symbol.

Ich möchte also wissen, ob es ein vorhandenes Kommunikations- oder Modulationsverfahren oder -protokoll gibt, das mehrere Datenbits gleichzeitig und nicht nacheinander senden kann, indem eine Verschiebung in PSK oder FSK verwendet wird.

Beispielsweise sind die Pulsamplitudenmodulation (PAM, derzeit ein heißes Thema in der Glasfaser-Datenübertragung) und die Quadraturamplitudenmodulation (QAM) typischerweise mit mehr als 1 Bit pro Baud ausgelegt.

Nachdem ich diese Antwort geschrieben hatte, bemerkte ich, dass die Frage als "digitale Elektronik" gekennzeichnet ist: Meine Antwort erfordert analoge Komponenten, daher weiß ich nicht, ob sie nützlich sein wird. Ich werde es trotzdem lassen, falls es so ist.

Als Ingenieur für Steuerungssysteme möchte ich eine einfachere Lösung vorschlagen.

Wenn Sie entweder Ihren Strom oder Ihre Spannung auf analoge Weise mit hoher Genauigkeit steuern können, können Sie einen hohen und einen niedrigen Referenzwert auswählen, sagen wir der Einfachheit halber 0-16 V. Wenn Sie eine Auflösung von 1 V für Ihre Steuerung haben, können Sie von hier aus bis zu 4 Informationsbits gleichzeitig übertragen, indem Sie die Dezimaldarstellung des Bitfelds als Ihre Spannung auswählen.

Zum Beispiel:

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

Wenn Sie es dann auf eine Uhr einstellen, können Sie verstehen, dass dieser Wert bei x Hz aktualisiert wird, sodass Ihre Programme reagieren können, auch wenn sich der Wert nicht geändert hat.

Die einzige Grenze dafür ist die Genauigkeit, mit der Sie Ihre Spannungs-/Stromübertragung steuern können.

Dafür gibt es standardisierte Protokolle wie das im Ethernet verwendete PAM16 . Dies wählt 16 Werte zwischen -1 V und 1 V aus. Danke an die Kommentare für diese Informationen.

Es gibt ein ziemlich standardisiertes Verfahren namens "dibit", das zwei Bits in einem bestimmten Zeitschlitz sendet. Die Bits werden wie folgt als analoge Spannung codiert:

Spannungsdaten

0,00 V - 00

1,25 V - 01

2,50 V - 10

3,75 V - 11

Dieses System verwendet einen D/A-Wandler zum Senden und einen A/D-Wandler zum Empfangen. Ähnliche Systeme existieren für "Tribits" und Quadbits". Danach nicht mehr so ​​gut. Das Problem besteht offensichtlich darin, dass Sie anfälliger für Rauschen werden, wenn Sie zu immer kleineren Unterschieden zwischen Bitmustern gehen.

Aus diesem Grund wurde die digitale Datenübertragung überhaupt erst erfunden.

Unterm Strich können Sie dies tun, aber es gibt Kompromisse.

Eine Möglichkeit, mehrere Signale über eine einzelne Leitung oder ein einzelnes Medium zu übertragen, ist die Verwendung von Multiplexing. Die beiden Haupttypen sind FDM (Frequency Division Multiplexing) und TDM (Time Division Multiplexing).

Bei FDM moduliert grundsätzlich jedes Signal einen anderen Träger, und alle Signale werden gleichzeitig im selben Medium übertragen. Auf der Empfängerseite gibt es normalerweise eine Art Filter, der den interessierenden Frequenzbereich auswählt und das Signal demoduliert.

In TDM wird jedes Signal in verschiedenen Zeitschlitzen übertragen, stellen Sie sich eine Reihe von 8 Signalen vor, in der jedes Signal seine eigene Wendung hat, während eines kleinen Zeitschlitzes wird Signal 1 übertragen, dann Signal 2, dann Signal 3 und so weiter, der Zyklus wird wiederholen und wieder mit Signal 1 beginnen.

Schauen Sie sich auch CDMA (Code Division Multiple Access) aus dem Wiki an:

CDMA ist ein Beispiel für Vielfachzugriff, bei dem mehrere Sender Informationen gleichzeitig über einen einzigen Kommunikationskanal senden können. Dadurch können sich mehrere Nutzer ein Frequenzband teilen (siehe Bandbreite). Um dies ohne übermäßige Interferenz zwischen den Benutzern zu ermöglichen, verwendet CDMA eine Spread-Spectrum-Technologie und ein spezielles Codierungsschema (bei dem jedem Sender ein Code zugewiesen wird).

Eine Variante von FDM ist OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)