Ist es möglich, mehrere Datenbits gleichzeitig auf einer Leitung zu senden?

Gibt es ein Protokoll oder eine Modulationsmethode, bei der mehrere Datenbits gleichzeitig über eine einzige Leitung gesendet werden, oder eine zusätzliche Masseleitung (wie bei der seriellen Kommunikation)?

Ich weiß, dass es Methoden wie PSK oder FSK gibt, bei denen Phase oder Frequenz des Trägers geändert werden, um verschiedene Bits oder Signalzustände darzustellen, aber diese Änderungen in Phase oder Frequenz werden nacheinander übertragen, dh seriell und nicht sofort.

Gibt es eine Kommunikations- oder Modulationsmethode oder ein Protokoll, mit dem mehrere Datenbits gleichzeitig und nicht nacheinander gesendet werden können, wenn die Verschiebung in PSK oder FSK erfolgt?

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

Auf der Empfangsseite können die Bits aufgrund des während der Übertragungsausbreitung hinzugefügten Rauschens wie folgt aussehen:

Vorausgesetzt, es besteht noch eine Lücke zwischen den empfangenen Daten und dem halben Punkt zwischen den Symbolen, können Sie diese erkennen.

Wenn Sie also das Rauschen in Ihrem Kanal verstehen und Ihre Kanalbandbreite den Gegebenheiten entspricht, 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 Wahlmöglichkeiten für die Phase oder Frequenz haben. Wenn Sie vier Möglichkeiten haben, können Sie zwei Bits gleichzeitig senden.

Fortschrittliche Telefonmodems (bevor wir alle auf Breitband umgestellt haben) konnten bis zu 8 bis 10 Bits gleichzeitig codieren, wobei 256 bis 1024 verschiedene Signalzustände verwendet wurden.

QAM-256-Diagramm (von hier )

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

Ein Symbol ist ein logisches Konzept, das auf eine physische Manifestation abgebildet wird. Zum Beispiel gibt es in Dave Chapmans Antwort 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 Andy Akas Antwort 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: 0V und 5V, können Sie diese Symbole auf die Bits 1 und 0 abbilden. Wenn Sie 4 Symbole haben (wie Daves Spannungsantwort), können Sie die auf Paare von Bits abbilden, 00, 01, 10, 11. Wenn Sie wie 16QAM 16 Symbole haben, können Sie diese den 4-Bit-Gruppen 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100 zuordnen. 1101, 1110 und 1111.

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

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

Ich weiß, dass es Methoden wie PSK oder FSK gibt, bei denen Phase oder Frequenz des Trägers geändert werden, um verschiedene Bits oder Signalzustände darzustellen, aber diese Änderungen in Phase oder Frequenz werden nacheinander übertragen, dh seriell und nicht sofort.

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

Jedes Modulationsschema, das mehr als 2 verschiedene Symboloptionen in jedem Baudintervall bietet, überträgt mehr als 1 Bit pro Symbol.

Ich möchte wissen, ob es eine Kommunikations- oder Modulationsmethode oder ein Modulationsprotokoll gibt, mit dem mehrere Datenbits gleichzeitig und nicht nacheinander gesendet werden können, wenn in PSK oder FSK verschoben wird.

Beispielsweise sind Pulsamplitudenmodulation (PAM, derzeit ein aktuelles Thema in der Glasfaserdatenkommunikation) und 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" markiert ist: Meine Antwort erfordert analoge Komponenten, sodass ich nicht weiß, ob sie nützlich sein wird. Ich werde es auf jeden Fall verlassen, 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, beispielsweise 0-16 V, um die Darstellung zu vereinfachen. Wenn Sie von hier aus eine Auflösung von 1 V für Ihre Steuerung haben, können Sie bis zu 4 Bits gleichzeitig übertragen, indem Sie die Dezimaldarstellung des Bitfelds als Ihre Spannung auswählen.

Beispielsweise:

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

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

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

Hierzu gibt es standardisierte Protokolle wie PAM16, das im Ethernet eingesetzt wird . Dadurch werden 16 Werte zwischen -1 V und 1 V ausgewählt. Vielen Dank an die Kommentare zu dieser Information.

Es gibt eine ziemlich Standardmethode, die "Dibit" genannt wird und zwei Bits in einem gegebenen 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 gibt es für "Tribits" und "Quadbits". Danach nicht so gut. Das Problem ist offensichtlich, dass Sie anfälliger für Rauschen werden, wenn Sie zwischen Bitmustern immer kleinere Unterschiede machen.

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 Medium zu übertragen, besteht in der Verwendung von Multiplexing. Die beiden Haupttypen sind FDM (Frequency Division Multiplexing) und TDM (Time Division Multiplexing).

In FDM moduliert grundsätzlich jedes Signal einen anderen Träger, und alle Signale werden auf einmal in demselben 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 denen 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 fortgesetzt Wiederholen und erneut mit Signal 1 beginnen.

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

CDMA ist ein Beispiel für Mehrfachzugriff, bei dem mehrere Sender gleichzeitig Informationen über einen einzigen Kommunikationskanal senden können. Auf diese Weise können sich mehrere Benutzer ein Frequenzband teilen (siehe Bandbreite). Um dies ohne übermäßige Beeinträchtigung der Benutzer zu ermöglichen, verwendet CDMA die Spreizspektrumtechnologie und ein spezielles Codierungsschema (wobei jedem Sender ein Code zugewiesen wird).

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