É possível enviar vários bits de dados em um único fio de uma só vez?

Existe um protocolo ou método de modulação existente no qual vários bits de dados são enviados por um único fio de uma só vez ou talvez uma linha de aterramento adicional (como comunicação serial)?

Eu sei que existem métodos como PSK ou FSK em que a fase ou a frequência da portadora é alterada para representar diferentes bits ou estados de sinal, mas essas mudanças na fase ou na frequência são transmitidas uma após a outra, ou seja, serialmente e não de uma só vez.

Existe um método ou protocolo de comunicação ou modulação existente que possa enviar vários bits de dados de uma só vez e não um após o outro usando a mudança feita no PSK ou FSK?

16-QAM transmite 4 bits simultaneamente modulando o ângulo de fase e a amplitude da portadora: -

Na extremidade receptora, o ruído adicionado durante a propagação da transmissão pode fazer com que os bits tenham a seguinte aparência:

Porém, desde que ainda exista uma lacuna entre os dados recebidos e a metade do caminho entre os símbolos, você poderá detectá-los.

Portanto, se você entender o ruído em seu canal e a largura de banda do canal for acomodadora, poderá enviar mais de um bit simultaneamente (conforme sugerido pelo teorema de Shannon-Hartley ): -

Certo. PSK e FSK (e outros métodos de modulação, por sinal) podem ter mais de duas opções para a fase ou frequência. Se você tiver quatro opções, poderá enviar dois bits ao mesmo tempo.

Modems telefônicos avançados (antes de mudarmos para a banda larga) podiam codificar de 8 a 10 bits por vez, usando 256 a 1024 estados de sinalização diferentes.

Diagrama QAM-256 ( daqui )

Esta é apenas uma espécie de meta-resposta abrangente, porque não vi a palavra "símbolo" destacada tanto quanto gostaria. Em sistemas de comunicação típicos, você envia apenas um símbolo de cada vez, mas pode haver mais de 1 bit por símbolo.

Um símbolo é um conceito lógico que é mapeado para alguma manifestação física. Por exemplo, na resposta de Dave Chapman, existem 4 símbolos, mapeados para os níveis de tensão física de 0V 1,25V 2,5V e 3,75V. No exemplo 16QAM da resposta de Andy aka, há 16 símbolos, mapeados para uma combinação de amplitudes e fases.

Você pode definir seu mapeamento de símbolos em bits. Se você tiver uma faixa digital simples com 2 símbolos: 0V e 5V, poderá mapear esses símbolos nos bits 1 e 0. Se você tiver 4 símbolos (como a resposta de tensão de Dave), poderá mapear os pares nos bits 00, 01, 10, 11. Se você tiver 16 símbolos, como o 16QAM, poderá mapeá-lo para grupos de 4 bits 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110 e 1111.

Assim, quanto mais símbolos você tiver, mais bits poderá transmitir ao mesmo tempo. Obviamente, mais símbolos também significam mais dificuldade em distinguir qual símbolo foi transmitido posteriormente.

Também é possível enviar mais de um símbolo em um fio, se as suas manifestações físicas desses símbolos forem fáceis de separar. Por exemplo, o cabo envia dados cujos símbolos se encaixam em faixas de frequência estreitas muito agradáveis ​​(uma por canal). Os símbolos enviados em cada um desses canais podem ser tratados de forma independente.

Eu sei que existem métodos como PSK ou FSK em que a fase ou a frequência da portadora é alterada para representar diferentes bits ou estados de sinal, mas essas alterações na fase ou na frequência são transmitidas uma após a outra, ou seja, serialmente e não de uma só vez.

Isto não é necessariamente verdade. Se o seu esquema de modulação FSK tiver 4, 8 ou 16 frequências diferentes que podem ser transmitidas em vez de apenas duas, você poderá transmitir 2, 3 ou 4 bits por símbolo.

Qualquer esquema de modulação que ofereça mais de 2 opções de símbolos diferentes em cada intervalo de transmissão está transmitindo mais de 1 bit por símbolo.

Então, eu quero saber se existe algum método ou protocolo de comunicação ou modulação existente que possa enviar vários bits de dados de uma só vez e não um após o outro usando a mudança feita no PSK ou FSK?

Por exemplo, a modulação por amplitude de pulso (PAM, atualmente um tópico importante em comunicações de dados por fibra óptica) e a modulação em amplitude em quadratura (QAM) são normalmente projetadas com mais de 1 bit por baud.

Depois de escrever esta resposta, notei que a pergunta está marcada como "eletrônica digital": minha resposta requer componentes analógicos, então não sei se será útil. Vou deixá-lo independentemente, caso seja.

Como engenheiro de sistemas de controle, gostaria de propor uma solução mais simples.

Se você pode controlar sua corrente ou tensão de maneira analógica com alta precisão, pode escolher um valor de referência alto e baixo, digamos 0-16v por uma questão de simplicidade. A partir daqui, se você tiver uma resolução de 1v para seu controle, poderá transmitir até 4 bits de informação simultaneamente, escolhendo a representação decimal do campo de bits como sua tensão.

Por exemplo:

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

Então, se você definir um relógio, poderá entender que esse valor é atualizado em x Hz para que seus programas possam responder mesmo que o valor não tenha sido alterado.

O único limite para isso é o nível de precisão com o qual você pode controlar sua transmissão de tensão / corrente.

Existem protocolos padronizados para isso, como o PAM16, que é usado em Ethernet . Isso seleciona 16 valores entre -1v e 1v. Graças aos comentários para esta informação.

Existe um método bastante padrão chamado "dibit", que envia dois bits em um determinado intervalo de tempo. Os bits são codificados como uma tensão analógica, assim:

Dados de tensão

0,00 V - 00

1,25 V - 01

2,50 V - 10

3,75 V - 11

Este sistema usa um conversor D / A para enviar e um conversor A / D para receber. Existem sistemas semelhantes para "tribits" e quadbits ". Depois disso, não é tão bom. O problema, obviamente, é que, ao fazer distinções cada vez menores entre os padrões de bits, você se torna mais vulnerável ao ruído.

De fato, é por isso que a transmissão de dados digitais foi inventada em primeiro lugar.

Bottom line, você pode fazer isso, mas existem trade-offs.

Uma maneira de transmitir vários sinais por um único fio ou meio é usando a multiplexação, os dois principais tipos são FDM (Frequency Division Multiplexing) e TDM (Time Division Multiplexing).

No FDM, basicamente, cada sinal modula uma operadora diferente e todos os sinais são transmitidos no mesmo meio de uma só vez, no lado do receptor, geralmente há algum tipo de filtro que seleciona a faixa de frequência de interesse e desmodula o sinal.

No TDM, cada sinal é transmitido em diferentes intervalos de tempo, imagine uma linha de 8 sinais em que cada sinal tem sua própria vez, durante um pequeno intervalo de tempo, o sinal 1 será transmitido, depois o sinal 2, depois o sinal 3 e assim por diante, o ciclo será repita e comece com o sinal 1 novamente.

Veja também CDMA (Code Division Multiple Access), do Wiki:

O CDMA é um exemplo de acesso múltiplo, no qual vários transmissores podem enviar informações simultaneamente por um único canal de comunicação. Isso permite que vários usuários compartilhem uma banda de frequências (consulte largura de banda). Para permitir isso sem interferência indevida entre os usuários, o CDMA emprega tecnologia de espectro espalhado e um esquema de codificação especial (onde cada transmissor recebe um código).

Uma variante do FDM é o OFDM (Multiplexação ortogonal por divisão de frequência)