¿Es posible enviar múltiples bits de datos en un solo cable a la vez?

16-QAM transmite 4 bits simultáneamente modulando tanto el ángulo de fase como la amplitud de la portadora: -

En el extremo receptor, el ruido agregado durante la propagación de la transmisión puede hacer que los bits se vean así: -

Pero, siempre que haya una brecha entre los datos recibidos y el punto medio entre los símbolos, puede detectarlo.

Entonces, si comprende el ruido en su canal y el ancho de banda de su canal se adapta, podrá enviar más de un bit simultáneamente (como lo sugiere el teorum de Shannon-Hartley ): -

Por supuesto. PSK y FSK (y otros métodos de modulación, para el caso) pueden tener más de dos opciones para la fase o la frecuencia. Si tiene cuatro opciones, puede enviar dos bits a la vez.

Los módems telefónicos avanzados (antes de que todos cambiáramos a la banda ancha) podían codificar de 8 a 10 bits a la vez, usando de 256 a 1024 estados de señalización diferentes.

Diagrama QAM-256 (desde aquí )

Esta es solo una especie de meta-respuesta general, porque no he visto la palabra "símbolo" resaltada tanto como me gustaría. En los sistemas de comunicaciones típicos, solo envía un símbolo a la vez, pero puede tener más de 1 bit por símbolo.

Un símbolo es un concepto lógico que se asigna a alguna manifestación física. Por ejemplo, en la respuesta de Dave Chapman hay 4 símbolos, asignados a los niveles de voltaje físico de 0 V, 1,25 V, 2,5 V y 3,75 V. En el ejemplo de 16QAM de la respuesta de Andy, también conocido como, hay 16 símbolos, asignados a una combinación de amplitudes y fases.

Luego puede definir su mapeo de símbolos en bits. Si tiene un carril digital simple con 2 símbolos: 0V y 5V, puede asignar esos símbolos a los bits 1 y 0. Si tiene 4 símbolos (como la respuesta de voltaje de Dave), puede asignarlos a pares de bits, 00, 01, 10, 11. Si tiene 16 símbolos, como 16QAM, puede asignarlos a grupos de 4 bits 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 y 1111.

Por lo tanto, cuantos más símbolos tenga, más bits podrá transmitir al mismo tiempo. Por supuesto, más símbolos también significa que es más difícil distinguir qué símbolo se transmitió más tarde.

También es posible enviar más de un símbolo por cable, si las manifestaciones físicas de esos símbolos son fáciles de separar. Por ejemplo, el cable envía datos cuyos símbolos encajan en bandas de frecuencia muy estrechas (una por canal). Los símbolos enviados en cada uno de estos canales se pueden manejar de forma independiente.

Sé que hay métodos como PSK o FSK donde la fase o la frecuencia de la portadora se modifica para representar diferentes bits o estados de la señal, pero esos cambios en la fase o la frecuencia se transmiten uno tras otro, es decir, en serie y no a la vez.

Esto no necesariamente es cierto. Si su esquema de modulación FSK tiene 4, 8 o 16 frecuencias diferentes que se pueden transmitir en lugar de solo dos, puede transmitir 2, 3 o 4 bits por símbolo.

Cualquier esquema de modulación que ofrezca más de 2 opciones de símbolos diferentes en cada intervalo de baudios está transmitiendo más de 1 bit por símbolo.

Entonces, quiero saber si existe algún método o protocolo de comunicación o modulación que pueda enviar múltiples bits de datos a la vez y no uno tras otro usando el cambio hecho en PSK o FSK.

Por ejemplo, la modulación de amplitud de pulso (PAM, actualmente un tema candente en las comunicaciones de datos de fibra óptica) y la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) generalmente se diseñan con más de 1 bit por baudio.

Después de escribir esta respuesta, noté que la pregunta está etiquetada como "electrónica digital": mi respuesta requiere componentes analógicos, por lo que no sé si será útil. Lo dejaré independientemente en caso de que lo sea.

Como ingeniero de sistemas de control, me gustaría proponer una solución más sencilla.

Si puede controlar su corriente o voltaje de manera analógica con alta precisión, puede elegir un valor de referencia alto y bajo, digamos 0-16v por simplicidad. Desde aquí, si tiene una resolución de 1v para su control, puede transmitir hasta 4 bits de información simultáneamente eligiendo la representación decimal del campo de bits como su voltaje.

Por ejemplo:

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

Luego, si lo configura en un reloj, puede entender que este valor se actualiza a x Hz para que sus programas puedan responder incluso si el valor no ha cambiado.

El único límite para esto es el nivel de precisión con el que puede controlar su transmisión de voltaje/corriente.

Hay protocolos estandarizados para esto, como PAM16, que se usa en ethernet . Esto elige 16 valores entre -1v y 1v. Gracias a los comentarios por esta información.

Existe un método bastante estándar llamado "dibit", que envía dos bits en un intervalo de tiempo determinado. Los bits están codificados como un voltaje analógico, así:

Datos de voltaje

0,00 V - 00

1,25 V - 01

2,50 V - 10

3,75 V - 11

Este sistema utiliza un convertidor D/A para enviar y un convertidor A/D para recibir. Existen sistemas similares para "tribits" y quadbits". Después de eso, no es tan bueno. El problema, obviamente, es que a medida que avanza en distinciones cada vez más pequeñas entre patrones de bits, se vuelve más vulnerable al ruido.

De hecho, esta es la razón por la que se inventó la transmisión de datos digitales en primer lugar.

En pocas palabras, puede hacer esto, pero hay compensaciones.

Una forma de transmitir varias señales a través de un solo cable o medio es mediante el uso de multiplexación, los dos tipos principales son FDM (multiplexación por división de frecuencia) y TDM (multiplexación por división de tiempo).

Básicamente, en FDM cada señal modula una portadora diferente, y todas las señales se transmiten en el mismo medio a la vez, en el lado del receptor, generalmente hay algún tipo de filtro que selecciona el rango de frecuencia de interés y demodula la señal.

En TDM cada señal se transmite en diferentes intervalos de tiempo, imagine una línea de 8 señales donde cada señal tiene su propio turno, durante un pequeño intervalo de tiempo se transmitirá la señal 1, luego la señal 2, luego la señal 3 y así sucesivamente, el ciclo será repita y comience con la señal 1 nuevamente.

También mire CDMA (Acceso múltiple por división de código), de Wiki:

CDMA es un ejemplo de acceso múltiple, donde varios transmisores pueden enviar información simultáneamente a través de un solo canal de comunicación. Esto permite que varios usuarios compartan una banda de frecuencias (ver ancho de banda). Para permitir esto sin interferencia indebida entre los usuarios, CDMA emplea tecnología de espectro ensanchado y un esquema de codificación especial (donde a cada transmisor se le asigna un código).

Una variante de FDM es OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal)