Modulación Trellis - Trellis modulation

banda de paso de modulación
Modulación analógica
Modulación digital
Modulación jerárquica
Espectro ensanchado
Ver también

En telecomunicaciones , la modulación trellis (también conocida como modulación codificada trellis , o simplemente TCM ) es un esquema de modulación que transmite información con alta eficiencia a través de canales de banda limitada, como líneas telefónicas . Gottfried Ungerboeck inventó la modulación trellis mientras trabajaba para IBM en la década de 1970, y la describió por primera vez en un documento de conferencia en 1976. Sin embargo, pasó desapercibido hasta que publicó una exposición nueva y detallada en 1982 que logró un reconocimiento repentino y generalizado.

A finales de la década de 1980, los módems que funcionaban a través del servicio telefónico antiguo ( POTS ) alcanzaban típicamente 9,6  kbit / s empleando cuatro bits por modulación QAM de símbolo a 2.400 baudios (símbolos / segundo). Este límite de velocidad de bits existía a pesar de los mejores esfuerzos de muchos investigadores, y algunos ingenieros predijeron que sin una actualización importante de la infraestructura de telefonía pública, la velocidad máxima alcanzable para un módem POTS podría ser de 14 kbit / s para comunicación bidireccional (3429 baudios × 4 bits / símbolo, utilizando QAM).

14 kbit / s es solo el 40% de la velocidad binaria máxima teórica predicha por el teorema de Shannon para líneas POTS (aproximadamente 35 kbit / s). Las teorías de Ungerboeck demostraron que había un considerable potencial sin explotar en el sistema y, al aplicar el concepto a los nuevos estándares de módem, la velocidad aumentó rápidamente a 14,4, 28,8 y, en última instancia, 33,6 kbit / s.

Un nuevo método de modulación

Diagrama de enrejado

El nombre Trellis se deriva del hecho de que un diagrama de estado de la técnica se parece mucho a una celosía Trellis . El esquema es básicamente un código convolucional de tasas ( r , r +1). La contribución única de Ungerboeck es aplicar la verificación de paridad para cada símbolo , en lugar de la técnica anterior de aplicarlo al flujo de bits y luego modular los bits. Llamó a la idea clave mapeo por particiones de conjuntos . Esta idea agrupa los símbolos en una estructura en forma de árbol y luego los separa en dos ramas de igual tamaño. En cada "rama" del árbol, los símbolos están más separados.

Aunque es difícil de visualizar en múltiples dimensiones, un ejemplo simple de una dimensión ilustra el procedimiento básico. Suponga que los símbolos están ubicados en [1, 2, 3, 4, ...]. Coloque todos los símbolos impares en un grupo y todos los símbolos pares en el segundo grupo. (Esto no es del todo exacto, porque Ungerboeck estaba analizando el problema bidimensional, pero el principio es el mismo). Tome todos los demás símbolos de cada grupo y repita el procedimiento para cada rama de árbol. A continuación, describió un método para asignar el tren de bits codificado a los símbolos en un procedimiento muy sistemático. Una vez que este procedimiento fue completamente descrito, su siguiente paso fue programar los algoritmos en una computadora y dejar que la computadora buscara los mejores códigos. Los resultados fueron asombrosos. Incluso el código más simple (4 estados) produjo tasas de error de casi una milésima parte de un sistema no codificado equivalente. Durante dos años, Ungerboeck mantuvo estos resultados en privado y solo los transmitió a colegas cercanos. Finalmente, en 1982, Ungerboeck publicó un artículo que describe los principios de la modulación enrejado.

Se produjo una oleada de actividad de investigación, y en 1984 la Unión Internacional de Telecomunicaciones había publicado un estándar, V.32, para el primer módem modulado en rejilla a 9,6 kilobit / s (2.400 baudios y 4 bits por símbolo). Durante los siguientes años, los avances adicionales en la codificación, más el correspondiente aumento de la velocidad de símbolo de 2.400 a 3.429 baudios, permitieron a los módems alcanzar velocidades de hasta 34,3 kilobits / s (limitado por las regulaciones de potencia máxima a 33,8 kilobits / s). En la actualidad, los módems V.34 modulados en trellis más comunes utilizan una partición de conjuntos de 4 dimensiones, que se logra al tratar dos símbolos bidimensionales como un solo entramado. Este conjunto utiliza códigos convolucionales de 8, 16 o 32 estados para comprimir el equivalente de 6 a 10 bits en cada símbolo que envía el módem (por ejemplo, 2.400 baudios × 8 bits / símbolo = 19.200 bit / s).

Impacto

La modulación Trellis fue una tecnología importante en los primeros años de Internet global. El acceso telefónico a Internet comenzó a explotar a principios de 1992 y las últimas restricciones al tráfico comercial se levantaron en 1995, lo que inmediatamente alimentó la burbuja de las puntocom de 1997-2000. El acceso al módem dominó durante un período de diez años desde aproximadamente 1995 hasta 2005, incluida la totalidad de la burbuja de las puntocom.

En términos estadísticos, en 2000 había poco menos de 150 millones de suscripciones de acceso telefónico en los 34 países de la OCDE y menos de 20 millones de suscripciones de banda ancha . En 2004, la banda ancha y el acceso telefónico eran aproximadamente iguales a 130 millones cada uno. En 2010, en los países de la OCDE, más del 90% de las suscripciones de acceso a Internet utilizaban banda ancha y las suscripciones de acceso telefónico habían disminuido a menos de 30 millones.

Si bien el aumento del rendimiento del módem debido a la modulación de Trellis tuvo una importancia relativamente menor para navegar por páginas web simples compuestas casi en su totalidad por texto estático (de las cuales las granjas de enlaces fueron una vez un ejemplo destacado), cambió las reglas del juego para todo lo demás, en particular, el distribución en línea de voluminosos paquetes de software y parches, y los primeros experimentos en video de Internet como RealPlayer , donde un módem de clase 56k podría entregar razonablemente un video casi fluido de 320 × 200 en condiciones óptimas (la tasa de compresión de video efectiva también está limitada por la calcular el poder de la era).

La modulación avanzada también inició el comienzo de una división de clases de Internet rural / urbana: las ciudades tienden a tener bucles POTS más cortos, que soportan mejor tasas de operación más altas. Para muchos clientes rurales, un módem supuestamente de alta velocidad en la práctica se degradaría a una tasa de funcionamiento más baja, aproximándose a la tecnología más antigua. En la mentalidad prevaleciente de la fiebre del oro, el diseño de sitios web tendía a atender a la base urbana adinerada al incorporar un diseño de página cada vez más complejo (a menudo centrado en modelos comerciales de publicidad en línea y la carrera por los ojos), hasta que los sitios populares con incluso el la funcionalidad más básica —funcionalidad que había sido perfectamente servida por el texto básico— se convirtió en un derroche de ancho de banda. Por esta razón, no era raro después de la llegada de la modulación avanzada para los usuarios rurales (usuarios cuyo ancho de banda estaba efectivamente limitado por su bucle de cobre físico en lugar de la tecnología de modulación empleada) experimentar una disminución real en la usabilidad de Internet.

Ver también

En la cultura popular

En la edición del 8 de diciembre de 1991 de la tira cómica de Dilbert , Scott Adams se refiere a la mera mención de la modulación del código trellis como un medio para detener una conversación casual.

En la canción de 2017 "We Do It Different on the West Coast", del álbum Goths , John Darnielle de The Mountain Goats canta, "Trellis modulation for the children", en referencia a la marcación de BBS orientados a la subcultura gótica en la pre Era de la World Wide Web .

Artículos relevantes

  • G. Ungerboeck, "Codificación de canales con señales multinivel / fase", IEEE Trans. Inf. Teoría , vol. IT-28, págs. 55–67, 1982.
  • G. Ungerboeck, "Modulación codificada en Trellis con conjuntos de señales redundantes, parte I: introducción", IEEE Communications Magazine , vol. 25-2, págs. 5-11, 1987.

Referencias

  1. ^ Forney, G. David; et al. (Septiembre de 1984). "Modulación eficiente para canales de banda limitada" . Revista IEEE sobre áreas seleccionadas en comunicaciones . 2 (5): 632–647. doi : 10.1109 / jsac.1984.1146101 . S2CID  13818684 .
  2. ^ "Base de datos de la Recomendación UIT-T" .
  3. ^ "Cómic de Dilbert" .
  4. ^ "Genio - Las cabras montesas," Lo hacemos diferente en la costa oeste ", consultado el 6/2017" .

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