Модуляция решетки

В связи , решетчатый модуляции (также известный как решетчатого кодирования модуляции , или просто ТКМ ) представляет собой схему модуляции , которая передает информацию с высокой эффективностью в течение ограниченного по полосе частот каналов , таких как телефонные линии . Готфрид Унгербек изобрел решетчатую модуляцию, работая в IBM в 1970-х годах, и впервые описал ее в докладе на конференции в 1976 году. Однако это осталось практически незамеченным, пока в 1982 году он не опубликовал новое подробное изложение, получившее внезапное и широкое признание.

В конце 80-х годов прошлого века модемы, работающие по обычным телефонным службам ( POTS ), обычно обеспечивали скорость 9,6  кбит / с за счет использования модуляции QAM с четырьмя битами на символ 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 серьезного обновления инфраструктуры общественной телефонии максимально достижимая скорость для модема POTS может составить 14 кбит / с для двусторонней связи (3429 бод). × 4 бита / символ, используя QAM). ^{[ необходима цитата ]}

14 кбит / с - это только 40% теоретической максимальной скорости передачи данных, предсказываемой теоремой Шеннона для линий POTS (приблизительно 35 кбит / с). ^[1] Теории Унгербока продемонстрировали, что в системе имеется значительный неиспользованный потенциал, и, применив эту концепцию к новым стандартам модемов, скорость быстро увеличилась до 14,4, 28,8 и, в конечном итоге, до 33,6 кбит / с.

Новый метод модуляции [ править ]

Эта статья может быть слишком технической, чтобы ее могло понять большинство читателей . Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы он был понятен неспециалистам , не удаляя технические детали. ( Сентябрь 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Название решетчатая решетка происходит от того факта, что диаграмма состояний метода очень похожа на решетчатую решетку . Схема представляет собой сверточный код скоростей ( r , r +1). Уникальный вклад Ungerboeck заключается в применении проверки четности для каждого символа вместо более старой техники ее применения к потоку битов с последующей модуляцией битов. ^{[ требуется пояснение ]} Он назвал отображение ключевой идеи набором разделов . Эта идея группирует символы в древовидную структуру, а затем разделяет их на две части равного размера. На каждой «ветке» дерева символы находятся дальше друг от друга. ^{[требуется разъяснение ]}

Хотя это трудно визуализировать в нескольких измерениях, простой одномерный пример иллюстрирует основную процедуру. Предположим, что символы расположены в [1, 2, 3, 4, ...]. Поместите все нечетные символы в одну группу, а все четные символы - во вторую группу. (Это не совсем точно, потому что Унгербок рассматривал двумерную задачу, но принцип тот же.) Возьмите каждый второй символ в каждой группе и повторите процедуру для каждой ветви дерева. Затем он описал метод присвоения закодированного битового потока символам в очень систематической процедуре. После того, как эта процедура была полностью описана, его следующим шагом было запрограммировать алгоритмы в компьютер и позволить компьютеру искать лучшие коды. Результаты были ошеломляющими. Даже самый простой код (4 состояния) дает коэффициент ошибок почти в одну тысячную от эквивалентной некодированной системы.В течение двух лет Унгербок хранил эти результаты в секрете и передавал их только своим близким коллегам. Наконец, в 1982 году Унгербок опубликовал статью, описывающую принципы решетчатой ​​модуляции.

Последовала бурная исследовательская деятельность, и к 1984 году Международный союз электросвязи опубликовал стандарт V.32, ^[2]для первого модема с решетчатой ​​модуляцией на 9,6 килобит / с (2400 бод и 4 бита на символ). В течение следующих нескольких лет дальнейшие успехи в кодировании, плюс соответствующее увеличение скорости передачи символов с 2400 до 3429 бод, позволили модемам достичь скорости до 34,3 килобит / с (ограничено правилами максимальной мощности до 33,8 килобит / с). Сегодня в наиболее распространенных модемах V.34 с решетчатой ​​модуляцией используется 4-мерное разбиение набора, что достигается обработкой двух двумерных символов как единой решетки. В этом наборе используются сверточные коды с 8, 16 или 32 состояниями для сжатия эквивалента от 6 до 10 бит в каждый символ, отправляемый модемом (например, 2400 бод × 8 бит / символ = 19 200 бит / с).

Воздействие [ править ]

Модуляция решеток была важной технологией в первые годы существования глобального Интернета. Популярность коммутируемого доступа в Интернет началась в начале 1992 года, а последние ограничения на коммерческий трафик были сняты в 1995 году, что сразу же разожгло пузырь доткомов 1997–2000 годов. Доступ через модем доминировал в течение десятилетнего периода примерно с 1995 по 2005 год, включая весь пузырь доткомов.

Статистически, в 2000 году было чуть менее 150 миллионов абонентов коммутируемого доступа в 34 странах ОЭСР и менее 20 миллионов абонентов широкополосного доступа . К 2004 году количество пользователей широкополосного доступа и коммутируемого доступа составляло примерно 130 миллионов человек. В 2010 году в странах ОЭСР более 90% подписок на доступ в Интернет использовали широкополосный доступ, а количество подписок на коммутируемое соединение сократилось до менее 30 миллионов.

Хотя повышение производительности модема из-за модуляции решетчатой ​​диаграммы было относительно незначительным для просмотра простых веб-страниц, почти полностью состоящих из статического текста (из которых когда-то были видны фермы ссылок ), он изменил правила игры для всего остального, в частности онлайн-распространение громоздких программных пакетов и исправлений, а также ранние эксперименты с Интернет-видео, такие как RealPlayer , где модем класса 56k мог разумно передавать почти плавное видео 320 × 200 при оптимальных условиях (эффективная степень сжатия видео также ограничена вычислительная мощь эпохи).

Расширенная модуляция также положила начало разделению на классы Интернета между городом и деревней: города, как правило, имеют более короткие петли POTS, которые лучше поддерживают более высокие скорости работы. Для многих сельских клиентов предполагаемый высокоскоростной модем на практике снизился бы до более низкой скорости работы, приближаясь к более старой технологии. В соответствии с преобладающим менталитетом золотой лихорадки дизайн веб-сайтов имел тенденцию обслуживать состоятельную городскую базу за счет все более сложного дизайна страниц (часто сосредоточенного на онлайн-рекламе.бизнес-модели и гонка за завязанными глазами), пока популярные сайты с даже самой базовой функциональностью - функциональностью, которая прекрасно обслуживалась базовым текстом - не стали расточать полосу пропускания. По этой причине после появления усовершенствованной модуляции для сельских пользователей - пользователей, чья полоса пропускания была эффективно ограничена их физическим медным контуром, а не применяемой технологией модуляции, - нередко наблюдалось фактическое снижение удобства использования Интернета.

См. Также [ править ]

• Модемы , для истории различных кодировок модуляций от 0,3 до 56 кбит / с
• Решетчатая диаграмма , в статье о сверточных кодах

В популярной культуре [ править ]

В выпуске комикса о Дилберте от 8 декабря 1991 года Скотт Адамс ссылается на простое упоминание модуляции решетчатого кода как средства для прекращения случайного разговора. ^[3]

В 2017 году трека «Мы делаем это разные на западном побережье,» из альбома готов , Джон Darnielle из The Mountain Goats поет, «решетчатая модуляция для детей,» в отношении набора в готическую субкультуру ориентированных BBSes в пре- Эпоха всемирной паутины . ^[4]

Соответствующие статьи [ править ]

• G. Ungerboeck, "Канальное кодирование с многоуровневыми / фазовыми сигналами", IEEE Trans. Инф. Теория , т. ИТ-28, 1982, с. 55–67.
• Г. Унгербок, «Модуляция с решетчатым кодированием с избыточными наборами сигналов, часть I: введение», IEEE Communications Magazine , vol. 25-2, стр. 5–11, 1987.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Руководство по TCM
• Устная история: Gottfried Ungerboeck , Engineering and Technology History Wiki (IEEE Global History Network)