¿Es posible la transferencia de datos AM de base alta sin módem?

Acaba de describir dos tecnologías separadas y completamente válidas que se utilizan en la teoría de la comunicación hoy en día: la radio definida por software y (a falta de un buen término general que pueda recordar) la comunicación multisímbolo/nivel.

Si modulamos la amplitud de una onda (creo que proporcionando al oscilador diferentes niveles de corriente), ¿no podemos muestrear esta onda con algún tipo de convertidor analógico a digital y procesarla en la CPU?

Sí, hasta cierto punto. Acaba de describir la radio definida por software. La idea básica es lo que dijiste: prescinde de la mayoría de los equipos de radiofrecuencia y crea la onda sinusoidal modulada directamente desde la salida de un convertidor D/A y para la ruta de retorno usa un A/D igualmente rápido y mucho procesamiento DSP para ambos lados. El problema actual es que aunque hoy en día las velocidades de los procesadores se miden en gigahercios, la interfaz con el mundo analógico aún no ha alcanzado esas velocidades. Esto significa que la creación directa de formas de onda se limita a frecuencias bajas (que, para las comunicaciones, sigue siendo terriblemente alta en comparación con las frecuencias que preocupan a los diseñadores analógicos "normales"). Sin embargo, si leo mis artículos correctamente, esto aún permite la eliminación de parte del hardware de frecuencia intermedia presente en la mayoría de las radios.

Si esto es posible, ¿por qué apegarse a la base 2? Si podemos tener un valor único para cada amplitud medible, las tasas de transferencia de datos se dispararían. Imagine transferir datos con base 1024, o incluso superior. Si pudiéramos muestrear con precisión la onda (cada oscilación), no veo por qué la tasa de transferencia podría ser igual a la frecuencia de la onda multiplicada por la base dividida por 2 bits por segundo (esto probablemente no sea un cálculo correcto).

Tienes razón en que no es perfecto, pero definitivamente tienes la idea básica. Para dar un ejemplo, nos quedaremos con la modulación de amplitud. Cuando intenta transmitir 0 o 1 usando AM, se llama On-Off-Keying (el enlace lo lleva a un sitio con bonitas imágenes y una descripción). Esto funciona modulando una señal digital pura: 5v es '1', 0v es '0'. Tiene razón en que si tiene varios niveles de voltaje, puede enviar más datos a la vez; esto se llama Amplitude Shift Keying (otra buena descripción con imagen). Como puede ver, hay múltiples niveles de voltaje para varias combinaciones de bits: 2 bits dan cuatro niveles de voltaje diferentes, 3 dan 8, etc.

El problema con este y otros esquemas similares no es teórico sino práctico: en un canal de comunicación con ruido, es muy probable que tenga problemas para averiguar qué se envió exactamente. Es como con las señales analógicas: si mis únicos niveles de voltaje válidos son 0 y 5V, entonces si obtengo 4.3V, puedo estar razonablemente seguro de que debería ser 5V. Si tengo 1024 niveles de voltaje válidos, se vuelve mucho más difícil de determinar.

También tenga en cuenta que no está limitado a la modulación de amplitud: las mismas técnicas se pueden aplicar a las señales moduladas en fase (similares a FM) o puede ingresar al ámbito de la modulación por desplazamiento de frecuencia donde distintas frecuencias representan bits (es decir, si desea transmitir '3' en binario, lo que podría significar enviar una onda sinusoidal de 3 KHz y una onda sinusoidal de 6 KHz, luego separarlos en el extremo receptor donde enviar '1' podría ser simplemente la onda sinusoidal de 3 KHz).

Y estas técnicas ya se utilizan ampliamente: los teléfonos móviles GSM utilizan una forma de modulación por desplazamiento de frecuencia denominada modulación por desplazamiento mínimo gaussiano. Aunque quiero corregir una idea incorrecta que pueda tener: la modulación todavía se usa en todos estos esquemas. Lo contrario de una señal modulada es una señal de banda base (como un flujo de bits de un puerto serie). Para comunicarse a cualquier distancia por aire se necesita modulación, punto. No va a desaparecer, pero cambiará la forma en que generamos la forma de onda modulada.

Le sugiero que tome una clase de teoría de la comunicación si puede, parece que tiene la habilidad para eso.

Si envía 1 bit simultáneamente, necesita dos niveles diferentes (para la modulación de amplitud). Si desea enviar 8 bits simultáneamente, necesita 256 niveles, lo que generará muchos errores de lectura; un nivel puede cambiar debido al ruido.
Sin embargo, hay formas de enviar más de un bit simultáneamente, como QAM (Modulación de amplitud en cuadratura). Parte de la información está en la amplitud de la señal, como en ASK (Amplitude Shift Keying), y parte está en la fase de la señal, como en PSK (Phase Shift Keying).

Lo que pides se ha hecho, en una u otra medida, y por distintos medios de transmisión. Empecé a escribir algo breve sobre diferentes esquemas de modulación, pero luego encontré una página de Wikipedia que los cubre bastante bien. Simplemente desplácese hacia abajo hasta la sección marcada como "Lista de técnicas comunes de modulación digital".

Muchos sistemas modernos funcionan con modulación de amplitud en cuadratura (QAM). Ethernet utiliza modulación de amplitud de pulso (PAM), que no se encuentra en esa página. Y muchas transmisiones basadas en radio utilizan alguna forma de codificación Trellis. Entonces, mirarlos le dará una buena idea de cuáles son las cosas comunes. Mirar a los antiguos AM, PSK, etc. te dará una idea de dónde venimos.

La conclusión es esta... Casi todas las formas de comunicación informática que se extienden más de 10 pies implican algún nivel de codificación y modulación. Es básicamente de lo que estabas hablando en tu pregunta, pero llevado al extremo. Mucho de esto es muy teórico y matemático. La gente usa este tipo de material para su doctorado. tesis.

¿Probablemente te refieres a esto ?

Tener más de 2 niveles de señal es una técnica muy conocida, el inconveniente es la menor relación señal/ruido. Pero un buen esquema de corrección de errores puede usar los bits adicionales para eliminar más errores de los que se agregaron por la disminución de la relación señal-ruido, por lo que esto definitivamente puede aumentar el rendimiento.

No tengo idea de por qué dice que los módems no hacen esto, ciertamente lo hacen. V.90 tiene una ENORME constelación.

El muestreo de tiempo discreto y el procesamiento de señales digitales como el que usted describe se utilizan en módems de línea telefónica, pero en una línea telefónica se permite generar formas de onda casi arbitrarias en un ancho de banda que es bastante amplio en relación con la frecuencia central (rango típico de aproximadamente 300- 3.300 Hz). Por el contrario, las transmisiones de radio deben encajar dentro de una envolvente bastante pequeña alrededor de una frecuencia central. Si tuviera el único dispositivo de transmisión de radio en el mundo, de hecho podría generar una gran cantidad de datos en una portadora de 1 MHz al modular cada onda, pero su transmisión distorsionaría cualquier transmisión que alguien más pudiera estar intentando en muchas otras frecuencias. Si el transmisor está limitado a emitir energía en el rango de 995 000 a 1 005 000 Hz,

Apéndice La modulación de amplitud de una portadora de onda sinusoidal con otra señal de onda sinusoidal generará señales con una frecuencia igual a la suma y la diferencia de la portadora y las señales de modulación. Modular en amplitud una portadora de onda sinusoidal con una señal que es la suma de dos ondas sinusoidales es equivalente a modular en amplitud las dos ondas sinusoidales por separado en la misma portadora y combinar el resultado. El resultado de modular en amplitud una portadora de onda sinusoidal con una forma de onda compleja puede determinarse separando todos los diferentes componentes de frecuencia de esa forma de onda y calculando el efecto de modular en amplitud cada uno.

Si se modula en amplitud una variedad de frecuencias de voz en el rango de 0 a 5 KHz en una portadora de 1 MHz, el resultado será una mezcla de frecuencias en el rango de 995 000 a 1 005 000 Hz. Para sintonizar una transmisión de radio AM en el canal 1000 (es decir, 1000 kHz o 1,00 MHz), se debe intentar que el sintonizador acepte todas las frecuencias en el rango anterior y rechace las que estén fuera de él. Si uno quisiera sintonizar el canal 990, debería capturar las frecuencias 985,000-995,000. Tenga en cuenta que si la emisora ​​en el canal 1000 no filtra todas las frecuencias de audio por encima de 5 KHz antes de la transmisión, se extenderán al canal de abajo (así como al canal de arriba).