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

Acabas de describir dos tecnologías separadas y completamente válidas que se utilizan en la teoría de la comunicación en la actualidad: radio definida por software y (a falta de un buen término general que pueda recordar) comunicación de varios símbolos / niveles.

  

Si modulamos la amplitud de una onda (creo que al proporcionarle 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. Acabas de describir la radio definida por software. La idea básica es lo que usted dijo: prescindir de la mayoría del equipo de radiofrecuencia y crear la onda sinusoidal modulada directamente desde la salida de un convertidor D / A y para la ruta de retorno usar un A / D similarmente rápido y un montón de procesamiento DSP por ambos lados El problema actual es que aunque las velocidades del procesador se miden en gigahercios en la actualidad, la interfaz con el mundo analógico aún no ha alcanzado esas velocidades. Esto significa que la creación directa de formas de onda está limitada a bajas frecuencias (que, para las comunicaciones, sigue siendo terriblemente alta en comparación con las frecuencias que los diseñadores analógicos "normales" se preocupan). Sin embargo, si leo mis artículos correctamente, esto todavía permite la eliminación de parte del hardware de frecuencia intermedia presente en la mayoría de las radios. En el futuro es posible prescindir de más hardware.

  

Si esto es posible, ¿por qué atenerse a la base 2? Si pudiéramos tener un valor único para cada amplitud medible, las tasas de transferencia de datos se dispararían. Imagine transferir datos con base 1024, o incluso más. 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 base de los tiempos de onda dividida por 2 bits por segundo (esto probablemente no sea el cálculo correcto).

Tienes razón en que no es perfecto, pero definitivamente tienes la idea básica abajo. Para dar un ejemplo nos quedaremos con la modulación de amplitud. Cuando intentas transmitir 0 o 1 usando AM, se llama On-Off-Keying (el enlace va) a un sitio con bonitas fotos y una descripción). Esto funciona modulando una señal digital pura: 5v es '1', 0v es '0'. Tienes razón en que si tienes varios niveles de voltaje, puedes enviar más datos a la vez, esto se llama Amplitud 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 igual que con las señales analógicas: si mis únicos niveles de voltaje válidos son 0 y 5V, si salgo 4.3V, puedo estar razonablemente seguro de que debería ser 5V. Si tengo 1024 niveles de voltaje válidos, entonces es 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 de Modulación de fase (similar a la de FM) o puede ingresar al ámbito de la codificación de cambio de frecuencia donde las distintas frecuencias representan bits (es decir, si desea transmitir '3' en binario que podría significar enviar una onda sinusoidal de 3 KHz y una onda sinusoidal de 6 KHz, luego separarlos en el extremo receptor donde el envío de '1' podría ser la onda sinusoidal de 3 KHz).

Y estas técnicas ya están en uso generalizado: los teléfonos celulares GSM utilizan una forma de codificación de cambio de frecuencia llamada codificación de cambio mínimo de Gauss. Aunque quiero corregir una idea incorrecta que pueda tener: la modulación todavía se usa en todos estos esquemas. Lo opuesto a una señal modulada es una señal de banda base (como una corriente de bits desde un puerto serie). Para comunicarse a cualquier distancia sobre el aire necesita modulación, punto. No va a desaparecer, pero la forma en que generamos la forma de onda modulada cambiará.

Te sugiero que tomes una clase de teoría de la comunicación si puedes, parece que tienes la habilidad para hacerlo.

Si envía 1 bit simultáneamente, necesita dos niveles diferentes (para modulación de amplitud). Si desea enviar 8 bits simultáneamente, necesita 256 niveles, lo que resultará en 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 otra parte está en la fase de la señal, como en PSK (Phase Shift Keying).

Lo que está pidiendo se ha hecho, hasta cierto punto u otro, y para diferentes medios de transmisión. Comencé a escribir una breve reseña 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 "Lista de técnicas comunes de modulación digital".

Muchos sistemas modernos funcionan con modulación de amplitud en cuadratura (QAM). Ethernet utiliza la modulación de amplitud de pulso (PAM), que no se encuentra en esa página. Y muchas transmisiones basadas en radio utilizan algún tipo de codificación Trellis. Por lo tanto, mirarlos te dará una buena idea de cuáles son las cosas comunes. Mirar el AM anterior, el PSK, etc., le dará una idea sobre de dónde venimos.

La conclusión es esta ... Casi todas las formas de comunicaciones informáticas que llegan a más de 10 pies implican algún nivel de codificación y modulación. Es básicamente de lo que hablabas en tu pregunta, pero llevado a los extremos. Mucho de esto es muy teórico y matemático intensivo. La gente usa este tipo de cosas para su Ph.D. tesis.

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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 que los que se agregaron con la disminución de la relación señal / ruido, por lo que esto definitivamente puede aumentar el rendimiento.

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

El muestreo de tiempo discreto y el procesamiento de la señal digital, tal como usted describe, se usa en los módems de línea telefónica, pero en una línea telefónica se puede emitir formas de onda casi arbitrarias en un ancho de banda que es bastante amplio en relación con la frecuencia central (rango típico alrededor de 300-3,300Hz). Por el contrario, las transmisiones de radio deben encajar dentro de un sobre bastante pequeño alrededor de una frecuencia central. Si fuera el único dispositivo de transmisión de radio del mundo, de hecho, podría generar una buena cantidad de datos en una portadora de 1 MHz modulando cada onda, pero su transmisión podría distorsionar cualquier transmisión que cualquier otra persona esté intentando en muchas otras frecuencias. Si el transmisor se limita a emitir energía en el rango de 995,000-1,005,000Hz, muestrear la señal unos millones de veces por segundo y procesar todo digitalmente podría permitir una mejor recepción que usar un sintonizador analógico, pero va a haber un límite bastante estricto sobre cómo muchos datos pueden ser transmitidos útilmente.

Addendum 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. La modulación de amplitud de una portadora de onda sinusoidal con una señal que es la suma de dos ondas sinusoidales es equivalente a la modulación de amplitud de las dos ondas sinusoidales por separado en la misma portadora y la combinación del resultado. El resultado de la modulación de amplitud de una portadora de onda sinusoidal con una forma de onda compleja puede determinarse separando las diferentes componentes de frecuencia de esa forma de onda y calculando el efecto de la modulación de amplitud de cada una.

Si una amplitud modula una variedad de frecuencias de voz en el rango de 0-5KHz en una portadora de 1MHz, el resultado será una mezcla de frecuencias en el rango de 995,000-1,005,000Hz. Para sintonizar una emisión de radio AM en el canal 1000 (es decir, 1.000 khz o 1.00MHz), se debe tratar de que el sintonizador acepte todas las frecuencias en el rango anterior y rechace cualquiera fuera de él. Si uno desea sintonizar el canal 990, debe capturar las frecuencias 985,000-995,000. Tenga en cuenta que si la emisora en el canal 1,000 no filtra todas las frecuencias de audio por encima de 5 KHz antes de la transmisión, esas se derramarán en el canal de abajo (así como en el canal de arriba).