Модуляция с решетчатым кодом

Модуляция с решетчатым кодом ( TCM ) — это схема модуляции , которая передает информацию с высокой эффективностью по каналам с ограниченной полосой пропускания, таким как телефонные линии . Готфрид Унгербёк изобрел решетчатую модуляцию, работая в IBM в 1970-х годах, и впервые описал ее в докладе на конференции в 1976 году. Однако это оставалось практически незамеченным, пока в 1982 году он не опубликовал новое подробное описание, которое получило внезапное и широкое признание.

В конце 1980-х годов модемы, работающие через обычную старую телефонную службу ( POTS ), обычно достигали скорости 9,6 кбит/с с четырьмя битами на символ за счет использования модуляции QAM со скоростью 2400 бод (символов в секунду). Этот потолок скорости передачи данных существовал, несмотря на все усилия многих исследователей, и некоторые инженеры предсказывали, что без серьезной модернизации инфраструктуры общественного телефона максимально достижимая скорость для модема POTS может составлять 14 кбит/с для двусторонней связи (3429 бод). × 4 бита/символ, с использованием QAM). ^{[ нужна ссылка ]}

14 кбит/с — это всего лишь 40% теоретической максимальной скорости передачи данных, предсказанной теоремой Шеннона для линий POTS (приблизительно 35 кбит/с). ^[1] Теории Унгербока продемонстрировали, что в системе существует значительный неиспользованный потенциал, и благодаря применению этой концепции к новым стандартам модемов скорость быстро увеличилась до 14,4, 28,8 и, в конечном итоге, до 33,6 кбит/с.

Новый метод модуляции

Название «решетка» происходит от того факта, что диаграмма состояний метода очень напоминает решетчатую решетку . Схема по сути представляет собой сверточный код ставок ( r , r +1). Уникальный вклад Унгербока заключается в применении проверки четности для каждого символа вместо старой техники применения ее к потоку битов с последующей модуляцией битов. ^{[ нужны разъяснения ]} Он назвал «картирование ключевых идей с помощью наборов разделов» . Эта идея группирует символы в древовидную структуру, а затем разделяет их на две ветви одинакового размера. На каждой «ветви» дерева символы расположены дальше друг от друга. ^{[ нужны разъяснения ]}

Хотя это сложно визуализировать в нескольких измерениях, простой одномерный пример иллюстрирует основную процедуру. Предположим, символы расположены в позициях [1, 2, 3, 4, ...]. Поместите все нечетные символы в одну группу, а все четные символы во вторую группу. (Это не совсем точно, поскольку Унгербёк рассматривал двумерную задачу, но принцип тот же.) Возьмите каждый второй символ в каждой группе и повторите процедуру для каждой ветки дерева. Затем он описал метод присвоения закодированного потока битов символам с помощью очень систематической процедуры. Как только эта процедура была полностью описана, его следующим шагом было запрограммировать алгоритмы в компьютер и позволить ему искать лучшие коды. Результаты были ошеломляющими. Даже самый простой код (4 состояния) давал примерно одну тысячную долю ошибок эквивалентной некодированной системы. В течение двух лет Унгербёк хранил эти результаты в тайне и передавал их только близким коллегам. Наконец, в 1982 году Унгербёк опубликовал статью, описывающую принципы решетчатой модуляции.

Последовал шквал исследовательской деятельности, и к 1984 году Международный союз электросвязи опубликовал стандарт V.32. ^[2] для первого модема с решетчатой модуляцией на скорости 9,6 кбит/с (2400 бод и 4 бита на символ). В течение следующих нескольких лет дальнейший прогресс в кодировании, а также соответствующее увеличение скорости передачи символов с 2400 до 3429 бод позволили модемам достичь скорости до 34,3 килобит/с (ограниченной правилами максимальной мощности до 33,8 килобит/с). Сегодня наиболее распространенные модемы V.34 с решетчатой модуляцией используют четырехмерное разделение набора, что достигается путем обработки двух двумерных символов как одной решетки. В этом наборе используются сверточные коды с 8, 16 или 32 состояниями, чтобы втиснуть эквивалент 6–10 бит в каждый символ, отправляемый модемом (например, 2400 бод × 8 бит/символ = 19 200 бит/с).

Соответствующие документы

Г. Унгербёк, «Канальное кодирование с многоуровневыми/фазовыми сигналами», IEEE Trans. Инф. Теория , том. ИТ-28, стр. 55–67, 1982.
Г. Унгербёк, «Решетчато-кодированная модуляция с резервными наборами сигналов, часть I: введение», Журнал IEEE Communications Magazine , том. 25–2, стр. 5–11, 1987.

См. также

Модемы , за историю различных модуляций кодирования от 0,3 до 56 кбит/с.
Решетчатая диаграмма , в статье о сверточных кодах

Ссылки

^ Форни, Дж. Дэвид; и др. (сентябрь 1984 г.). «Эффективная модуляция для каналов с ограниченной полосой пропускания». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 2 (5): 632–647. дои : 10.1109/jsac.1984.1146101 . S2CID 13818684 .
^ «База данных рекомендаций МСЭ-Т» .

Внешние ссылки

Учебное пособие по ТКМ
Устная история: Готфрид Унгербёк , Wiki по истории техники и технологий (Сеть глобальной истории IEEE)

[1] Форни, Дж. Дэвид; и др. (сентябрь 1984 г.). «Эффективная модуляция для каналов с ограниченной полосой пропускания». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 2 (5): 632–647. дои : 10.1109/jsac.1984.1146101 . S2CID 13818684 .

[2] «База данных рекомендаций МСЭ-Т» .

[1]

[2]