Кіріспе
Телекоммуникациядағы модуляция схемасы. Трэллистік кодталған модуляция (ТКМ) – телефон желілері сияқты жолақты шектеулі арналар арқылы ақпаратты жоғары тиімділікпен тасымалдайтын модуляция схемасы. Готфрид Унгербоек 1970 жылдары IBM компаниясында жұмыс істеген кезде треллистік модуляцияны ойлап тапты және оны алғаш рет 1976 жылы конференция есебінде сипаттады. Дегенмен, ол 1982 жылы жаңа, егжей-тегжейлі түсіндірме жариялағанға дейін көп назардан тыс қалды, соның арқасында кеңінен танылды. 1980 жылдардың соңында қарапайым ескі телефон желісі (POTS) арқылы жұмыс істейтін модемдер әдетте 2400 бод (символ/секунд) жылдамдықпен символға 4 биттік QAM модуляциясын қолдану арқылы 9,6 кбит/с жылдамдыққа жететін. Бұл биттік жылдамдық шегі көптеген зерттеушілердің күш-жігеріне қарамастан сақталды, ал кейбір инженерлер қоғамдық телефон инфрақұрылымын үлкен жаңартусыз POTS модемінің екі жақты байланыс үшін қол жеткізе алатын ең жоғары жылдамдығы 14 кбит/с болатынын болжады (3429 бод × 4 бит/символ, QAM қолданылады). 14 кбит/с – POTS желілері үшін Шеннон теоремасымен болжанған теориялық ең жоғары биттік жылдамдықтың (шамамен 35 кбит/с) тек 40% құрайды. Унгербоектің теориялары жүйеде пайдаланылмаған үлкен әлеует бар екенін көрсетті, және осы ұғымды жаңа модем стандарттарына қолдану арқылы жылдамдық тез 14,4, 28,8 және соңында 33,6 кбит/с-қа дейін артты.
Trellis coded modulation (TCM) is a modulation scheme that transmits information with high efficiency over band limited channels such as telephone lines. Gottfried Ungerboeck invented trellis modulation while working for IBM in the 1970s, and first described it in a conference paper in 1976. It went largely unnoticed, however, until he published a new, detailed exposition in 1982 that achieved sudden and widespread recognition. In the late 1980s, modems operating over plain old telephone service (POTS) typically achieved 9.6 kbit/s by employing four bits per symbol QAM modulation at 2,400 baud (symbols/second). This bit rate ceiling existed despite the best efforts of many researchers, and some engineers predicted that without a major upgrade of the public phone infrastructure, the maximum achievable rate for a POTS modem might be 14 kbit/s for two way communication (3,429 baud × 4 bits/symbol, using QAM). 14 kbit/s is only 40% of the theoretical maximum bit rate predicted by Shannon's theorem for POTS lines (approximately 35 kbit/s). Ungerboeck's theories demonstrated that there was considerable untapped potential in the system, and by applying the concept to new modem standards, speed rapidly increased to 14.4, 28.8 and ultimately 33.6 kbit/s.
Жаңа модуляциялық әдіс
Трэллис атауы техниканың күй диаграммасы трэллис торға өте ұқсас болғандықтан туындайды. Схема негізінен (r, r+1) қатынастас конволюциялық код болып табылады. Унгербоэк жасаған ерекше үлес – паритетті тексеруді әрбір символ үшін қолдану, бұрынғы әдіс – бит ағынына қолданып, содан кейін биттерді модуляциялау болатын. Ол бұл негізгі идеяны жиынтыққа бөліп сәйкестендіру деп атады. Бұл идея символдарды ағаш тәрізді құрылымға топтастырып, кейін оларды тең өлшемді екі тармаққа бөледі. Ағаштың әрбір "тармағында" символдар бір-бірінен алшақ орналасқан. Көп өлшемді кеңістікте көру қиын болғанымен, қарапайым бір өлшемді мысал негізгі процедураны көрсетеді. Символдар [1, 2, 3, 4, ] орналасқан деп есептейік. Барлық тақ санды символдарды бір топқа, ал барлық жұп санды символдарды екінші топқа орналастырыңыз. (Бұл толыққанды дұрыс емес, себебі Унгербоэк екі өлшемді мәселені қарастырған, бірақ принцип бірдей.) Әрбір топтағы бір-бір символдарды алып, әрбір ағаш тармағы үшін процедураны қайталаңыз. Одан кейін ол кодталған бит ағынын символдарға жүйелі түрде тағайындау әдісін сипаттады. Бұл процедура толық сипатталғаннан кейін, оның келесі қадамы алгоритмдерді компьютерге енгізіп, ең жақсы кодтарды табу үшін компьютерге тапсыру болды. Нәтижелер таң қалдырды. Тіпті ең қарапайым код (4 күй) қателік деңгейін эквивалентті кодталмаған жүйенің мыңнан бір бөлігіне дейін төмендетті. Унгербоэк екі жыл бойы бұл нәтижелерді құпия сақтап, тек жақын әріптестерімен бөлісті. Соңында, 1982 жылы Унгербоэк трэллис модуляциясының принциптерін сипаттайтын мақала жариялады. Зерттеулер қарқынды жүрді және 1984 жылы Халықаралық телекоммуникация одағы 9.6 килобит/с жылдамдықта (2400 бод және символға 4 бит) жұмыс істейтін алғашқы трэллис модуляцияланған модем үшін V.32 стандартын жариялады. Келесі бірнеше жылда кодтаудың одан әрі жетілдірілуі және символ жылдамдығының 2400-ден 3429 бодқа дейін өсуі модемдерге 34.3 килобит/с жылдамдыққа жетуге мүмкіндік берді (максималды қуат шектеулеріне байланысты 33.8 килобит/с дейін). Бүгінде ең көп таралған V.34 трэллис модуляцияланған модемдер 4 өлшемді жиынтық бөлуді қолданады, ол екі 2 өлшемді символдарды бір тор ретінде қарастыру арқылы жүзеге асырылады. Бұл жиынтық модем жіберген әрбір символға 6-10 биттей сыйымды 8, 16 немесе 32 конволюциялық кодтарды пайдаланады (мысалы, 2400 бод × 8 бит/символ = 19 200 бит/с).
Тиісті құжаттар
Г. Унгербоек, "Көп деңгейлі/фазалық сигналдармен арна кодтау", IEEE Trans. Инф. Теория, том IT-28, б. 55–67, 1982. Г. Унгербоек, "Треллис кодталған модуляция, артық сигнал жиынтықтары I бөлім: кіріспе", IEEE Communications Magazine, том 25, № 2, б. 5–11, 1987.