Hai appena descritto due tecnologie separate e del tutto valide utilizzate nella teoria della comunicazione oggi: radio definita dal software e (per mancanza di un buon termine generale che possa ricordare) comunicazione multi-simbolo / livello.

Se moduliamo l'ampiezza di un'onda (penso fornendo all'oscillatore diversi livelli di corrente), non possiamo campionare quest'onda con una sorta di convertitore analogico-digitale ed elaborarla sulla CPU?

Sì, fino a un certo punto. Hai appena descritto la radio definita dal software. L'idea di base è ciò che hai detto: rinuncia alla maggior parte delle apparecchiature a radiofrequenza e crea l'onda sinusoidale modulata direttamente dall'uscita di un convertitore D / A e per il percorso di ritorno usa un A / D altrettanto veloce e un sacco di elaborazione DSP per entrambi i lati. Il problema attuale è che sebbene le velocità del processore siano misurate in gigahertz al giorno d'oggi, l'interfaccia con il mondo analogico non ha ancora raggiunto quelle velocità. Ciò significa che la creazione di forme d'onda diretta è limitata alle basse frequenze (che, per le comunicazioni, sono ancora spaventosamente alte rispetto alle frequenze di cui si preoccupano i progettisti analogici "normali"). Tuttavia, se leggo correttamente i miei articoli, ciò consente comunque la rimozione di alcuni componenti hardware a frequenza intermedia presenti nella maggior parte delle radio. In futuro potrebbe essere possibile fare a meno di più hardware.

Se questo è possibile, perché attenersi alla base 2? Se possiamo avere un valore univoco per ogni ampiezza misurabile, le velocità di trasferimento dei dati aumenterebbero alle stelle. Immagina di trasferire dati con base 1024 o anche superiore. Se potessimo campionare accuratamente l'onda (ogni oscillazione), non vedo perché la velocità di trasferimento potrebbe essere uguale alla frequenza della base dei tempi d'onda divisa per 2 bit al secondo (questo probabilmente non è un calcolo corretto).

Hai ragione che non è perfetto ma hai decisamente l'idea di base in basso. Per fare un esempio, ci atterremo alla modulazione di ampiezza. Quando provi a trasmettere 0 o 1 utilizzando AM, si chiama On-Off-Keying (il link rimanda a un sito con belle immagini e una descrizione). Funziona modulando un segnale digitale puro: 5v è "1", 0v è "0". Hai ragione sul fatto che se hai più livelli di tensione puoi inviare più dati contemporaneamente - questo è chiamato Ampiezza Shift Keying (un'altra bella descrizione con immagine). Come puoi vedere, ci sono più livelli di tensione per varie combinazioni di bit: 2 bit fornisce quattro diversi livelli di tensione, 3 dà 8, ecc.

Il problema con questo e altri schemi simili non è teorico ma pratico - in un canale di comunicazione con rumore è molto probabile che avrai difficoltà a capire cosa è stato inviato esattamente. È proprio come con i segnali analogici: se i miei unici livelli di tensione validi sono 0 e 5V, se ottengo 4,3V in uscita posso essere ragionevolmente sicuro che dovrebbe essere 5V. Se ho 1024 livelli di tensione validi, diventa molto più difficile determinarlo.

Nota inoltre che non sei limitato alla modulazione di ampiezza: le stesse tecniche possono essere applicate ai segnali a modulazione di fase (simile a FM) oppure puoi entrare nel regno del Frequency Shift Keying dove frequenze distinte rappresentano bit (cioè, se vuoi trasmettere '3' in binario ciò potrebbe significare l'invio di un'onda sinusoidale da 3KHz e un'onda sinusoidale da 6KHz, quindi separandole all'estremità ricevente dove l'invio di "1" potrebbe essere solo l'onda sinusoidale a 3 KHz).

E queste tecniche sono già ampiamente utilizzate: i telefoni cellulari GSM utilizzano una forma di Frequency Shift Keying chiamata Gaussian Minimum Shift Keying. Anche se voglio correggere un'idea sbagliata che potresti avere: la modulazione è ancora utilizzata in tutti questi schemi. L'opposto di un segnale modulato è un segnale in banda base (come un flusso di bit da una porta seriale). Per comunicare a qualsiasi distanza via etere è necessaria la modulazione, punto. Non se ne andrà, ma cambierà il modo in cui generiamo la forma d'onda modulata.

Ti suggerisco di seguire un corso di Teoria della comunicazione, se puoi - sembra che tu abbia l'abilità per farlo.

Se si invia 1 bit contemporaneamente, sono necessari due livelli diversi (per la modulazione di ampiezza). Se si desidera inviare 8 bit contemporaneamente, sono necessari 256 livelli, il che comporterà molti errori di lettura; un livello può cambiare a causa del rumore.
Tuttavia, ci sono modi per inviare più di un bit contemporaneamente, come QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Parte delle informazioni è nell'ampiezza del segnale, come in ASK (Amplitude Shift Keying), e parte è nella fase del segnale, come in PSK (Phase Shift Keying).

Quello che chiedi è stato fatto, in un modo o nell'altro, e per diversi mezzi di trasmissione. Ho iniziato a scrivere una breve cosa su diversi schemi di modulazione, ma poi mi sono imbattuto in una pagina Wikipedia che li copre abbastanza bene. Basta scorrere verso il basso fino alla sezione "Elenco delle comuni tecniche di modulazione digitale".

Molti sistemi moderni funzionano con la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM). Ethernet utilizza Pulse Amplitude Modulation (PAM), che non si trova in quella pagina. E molte trasmissioni via radio utilizzano una qualche forma di codifica Trellis. Quindi, esaminarli ti darà una buona idea di quali siano le cose comuni. Guardando il vecchio AM, PSK, ecc. Ti darà un'idea della nostra provenienza.

La conclusione è questa ... Quasi ogni forma di comunicazione tra computer che va più di 3 metri circa richiede un certo livello di codifica e modulazione. È fondamentalmente ciò di cui stavi parlando nella tua domanda, ma portato agli estremi. Molto è molto teorico e ad alta intensità di matematica. Le persone usano questo genere di cose per il loro dottorato di ricerca. tesi.

Probabilmente intendi questo?

Avere più di 2 livelli di segnale è una tecnica molto nota, lo svantaggio è il rapporto segnale-rumore più basso. Ma un buon schema di correzione degli errori può utilizzare i bit extra per rimuovere più errori di quelli aggiunti dal rapporto segnale / rumore ridotto, quindi questo sicuramente può aumentare le prestazioni.

Non hai idea del perché dici che i modem non lo fanno, sicuramente lo fanno. V.90 ha una costellazione ENORME.

Il campionamento discreto del tempo e l'elaborazione del segnale digitale come descrivi vengono utilizzati nei modem della linea telefonica, ma su una linea telefonica è consentito emettere forme d'onda quasi arbitrarie in una larghezza di banda che è piuttosto ampia rispetto alla frequenza centrale (intervallo tipico circa 300-3.300 Hz). Al contrario, le trasmissioni radio devono rientrare in un inviluppo abbastanza piccolo attorno a una frequenza centrale. Se possedessi l'unico dispositivo di trasmissione radio al mondo, potresti effettivamente produrre un bel po 'di dati su una portante da 1 MHz modulando ogni onda, ma la tua trasmissione altererebbe qualsiasi trasmissione che qualcun altro potrebbe tentare su molte altre frequenze. Se il trasmettitore si limita a emettere energia nell'intervallo 995.000-1.005.000 Hz, campionare il segnale alcuni milioni di volte al secondo ed elaborare tutto digitalmente potrebbe consentire una ricezione migliore rispetto all'utilizzo di un sintonizzatore analogico, ma ci sarà un limite piuttosto stretto su come molti dati possono essere utilmente trasmessi.

Addendum La modulazione di ampiezza di una portante sinusoidale con un altro segnale sinusoidale genererà segnali con frequenza uguale alla somma e alla differenza della portante e segnali modulanti. Modulare in ampiezza una portante sinusoidale con un segnale che è la somma di due onde sinusoidali equivale a modulare in ampiezza le due onde sinusoidali separatamente sulla stessa portante e combinare il risultato. Il risultato della modulazione di ampiezza di una portante sinusoidale con una forma d'onda complessa può essere determinato separando tutte le diverse componenti di frequenza di quella forma d'onda e calcolando l'effetto della modulazione di ampiezza ciascuna.

Se si modula in ampiezza una varietà di frequenze vocali nella gamma 0-5 KHz su una portante da 1 MHz, il risultato sarà un mix di frequenze nella gamma 995.000-1.005.000 Hz. Per sintonizzare una trasmissione radio AM sul canale 1000 (cioè 1.000 Khz o 1.00 MHz), è necessario fare in modo che il sintonizzatore accetti tutte le frequenze nell'intervallo sopra indicato e rifiuti quelle al di fuori di esso. Se si desidera sintonizzarsi sul canale 990, è necessario acquisire le frequenze 985.000-995.000. Tieni presente che se l'emittente sul canale 1.000 non filtra tutte le frequenze audio superiori a 5 KHz prima della trasmissione, queste si riverserebbero sul canale sottostante (oltre che sul canale sopra).