Решетчатая кодовая модуляция ( TCM ) — это схема модуляции , которая передает информацию с высокой эффективностью по каналам с ограниченной полосой пропускания, таким как телефонные линии . Готтфрид Унгербёк изобрел решетчатую модуляцию, работая в IBM в 1970-х годах, и впервые описал ее в докладе на конференции в 1976 году. Однако она оставалась в значительной степени незамеченной, пока он не опубликовал новое, подробное изложение в 1982 году, которое получило внезапное и широкое признание.
В конце 1980-х годов модемы, работающие через обычную телефонную связь ( POTS ), обычно достигали скорости 9,6 кбит/с , используя модуляцию QAM с четырьмя битами на символ при 2400 бод (символов/секунду). Этот потолок скорости передачи данных существовал, несмотря на все усилия многих исследователей, и некоторые инженеры предсказывали, что без серьезной модернизации инфраструктуры телефонной связи общего пользования 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 всего лишь 40% от теоретической максимальной скорости передачи данных, предсказанной теоремой Шеннона для линий POTS (приблизительно 35 кбит/с). [1] Теории Унгербека продемонстрировали, что в системе имеется значительный неиспользованный потенциал, и применив эту концепцию к новым стандартам модемов, скорость быстро возросла до 14,4, 28,8 и, в конечном итоге, 33,6 кбит/с.
Название trellis происходит от того факта, что диаграмма состояний техники очень напоминает решетчатую решетку . Схема в основном представляет собой сверточный код скоростей ( r , r +1). Уникальный вклад Унгербёка заключается в применении проверки четности для каждого символа вместо более старой техники применения ее к потоку битов, а затем модуляции битов. [ необходимо пояснение ] Он назвал ключевую идею отображением с помощью разбиения множеств . Эта идея группирует символы в древовидную структуру, затем разделяет их на две ветви одинакового размера. На каждой «ветви» дерева символы находятся дальше друг от друга. [ необходимо пояснение ]
Хотя его 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, поскольку 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 назначения закодированного потока битов символам в очень систематической процедуре. После того, как эта процедура была полностью описана, его следующим шагом было программирование алгоритмов в компьютер и предоставление компьютеру возможности поиска наилучших кодов. Результаты были ошеломляющими. Даже самый простой код (4 состояния) давал коэффициент ошибок, равный почти одной тысячной эквивалентной незакодированной системы. В течение двух лет Унгербок держал 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 килобит/с (2400 бод и 4 бита на символ). В течение следующих нескольких лет дальнейшие достижения в кодировании, а также соответствующее увеличение скорости передачи символов с 2400 до 3429 бод, позволили модемам достичь скорости до 34,3 килобит/с (ограниченной максимальными правилами мощности до 33,8 килобит/с). Сегодня наиболее распространенные модемы V.34 с решетчатой модуляцией используют 4-мерное разделение набора, достигаемое путем обработки двух двумерных символов как одной решетки. Этот набор использует 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).