Szybkie techniki modulacji

Nowe techniki kodowania stosowane we współczesnych modemach umożliwiają zwiększanie przepływności informacji nawet kilkanaście razy w stosunku do przyjętej szybkości modulacji: 1200, 1600 lub coraz częściej 2400 bodów. Wzrost przepływności informacji przez kanał telefoniczny o ograniczonych parametrach (3,kHz) narzuca konieczność kodowania coraz większej liczby stanów znamiennych fali nośnej, zwanych konstelacją punktów charakterystycznych.

Liczba punktów konstelacji nie może rosnąć nieograniczenie, gdyż w miarę powiększania konstelacji pogarsza się rozróżnialność stanów, co przy ograniczonym pasmie, zgodnie z prawem Shannona, wyznacza nieprzekraczalną granicę przepływności kanału. Modemy w poszerzonym standardzie V.34 (33 600 b/s) oraz modemy 56 kb/s już zbliżają się do tej granicy.

Poniżej scharakteryzowano trzy popularne, ciągle rozwijane techniki kodowania stosowane w szybkich modemach:

• Modulacja kwadraturowa QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Każda zmiana sygnału nośnej koduje czterobitową informację (quadbits) wejściową, zatem przy maks. szybkości modulacji 2400 bodów można przesłać dane z szybkością 9600 b/s. Sposób kodowania jest określony standardem V.29 i polega na równoczesnej zmianie amplitudy i fazy sygnału nośnego o częstotliwości 1700 Hz. Połączenie dwóch technik modulacji: amplitudy ASK i różnicowej modulacji fazy DPSK, daje 16 możliwych wartości binarnych sygnału wejściowego, przy jednej zmianie sygnału nośnej. Stosując różne szybkości modulacji nośnej (600, 1200, 1600, 2400 bodów) oraz wielowartościową interpretację bitów sygnału wejściowego, można zaadaptować parametry modemu i szybkości transmisji do fizycznych warunków toru telefonicznego.
• Modulacja TCM (Trellis-Coded Modulation). Stosowana w najnowszych modemach, od standardu V.32 do standardu V.34, jako kombinacja modulacji QAM z nadmiarowym kodowaniem splotowym Trellis-Coding. W kodowaniu TCM odwzorowanie sygnału jest związane ze zmianą amplitudy i fazy sygnału podobnie jak w modulacji QAM. Każda zmiana stanu sygnału nośnej koreluje z konkretnym wzorem bitów informacji wejściowej. Standard V.32 bis definiuje 128 punktów konstelacji przesyłanych z szybkością 14 200 b/s, standard V.32 terbo (19 200 b/s) definiuje 256 lub 512 punktów, a standard V.34 (28 800 b/s) ma już 768 punktów w konstelacji — przy czym nie wszystkie punkty konstelacji są wykorzystywane. Dzięki tej metodzie każdy sygnalizowany punkt konstelacji może reprezentować jeden kompletny znak 6- lub 7-bitowy. Tak więc modem nadawczy, aby przesłać jeden znak, przesyła tylko jeden sygnał zawierający w sobie informację o jednym kompletnym znaku. Modem odbiorczy, deszyfrując odpowiednie ortogonalne wiersze lub kolumny tablicy, identyfikuje znak alfabetu odpowiadający konkretnemu sygnałowi nośnej.
• Modulacja Delta. Jeden z bardziej wydajnych sposobów cyfryzacji sygnałów analogowych do postaci binarnej. Modulacja Delta CVSD (Continuously Variable Speed Delta Modulation) umożliwia kodowanie sygnału mowy w kanale o przepływności 16 kb/s (standardowa modulacja PCM daje przepływność 64 kb/s), jest powszechnie stosowana w wojskowej technice telekomunikacyjnej. W połączeniach międzysieciowych o różnych technologiach kodowania stosuje się krotnice PCM/Delta.