تعديل مشفر بالشبكة

تُعدّ تقنية التضمين المشفر الشبكي ( TCM ) نظام تضمين ينقل المعلومات بكفاءة عالية عبر قنوات محدودة النطاق مثل خطوط الهاتف . اخترع غوتفريد أونجربوك تقنية التضمين الشبكي أثناء عمله في شركة IBM في سبعينيات القرن الماضي، ووصفها لأول مرة في ورقة بحثية في مؤتمر عام 1976. إلا أنها لم تحظَ باهتمام كبير حتى نشر شرحًا جديدًا ومفصلاً لها عام 1982، والذي حقق شهرة واسعة ومفاجئة.

في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، كانت أجهزة المودم العاملة عبر خدمة الهاتف التقليدية ( POTS ) تحقق عادةً سرعة 9.6 كيلوبت/ثانية باستخدام تعديل QAM بأربع بتات لكل رمز عند معدل 2400 باود (رمز/ثانية). وقد ظل هذا الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات قائمًا رغم الجهود الحثيثة التي بذلها العديد من الباحثين، وتوقع بعض المهندسين أنه بدون تحديث جذري للبنية التحتية للهاتف العمومي، قد لا تتجاوز السرعة القصوى التي يمكن تحقيقها بواسطة مودم POTS 14 كيلوبت/ثانية للاتصال ثنائي الاتجاه (3429 باود × 4 بتات/رمز، باستخدام QAM).  

تمثل سرعة 14  كيلوبت/ثانية 40% فقط من الحد الأقصى النظري لمعدل نقل البيانات المتوقع وفقًا لنظرية شانون لخطوط الهاتف الأرضي (حوالي 35  كيلوبت/ثانية). ^{[ 1 ]} أثبتت نظريات أونجربوك وجود إمكانات كبيرة غير مستغلة في النظام، ومن خلال تطبيق هذا المفهوم على معايير المودم الجديدة، زادت السرعة بسرعة إلى 14.4، ثم 28.8، وأخيرًا 33.6  كيلوبت/ثانية.

يُشتق اسم "الشبكة" من حقيقة أن مخطط حالة هذه التقنية يُشبه إلى حد كبير شبكةً مُتشابكة . تعتمد هذه التقنية أساسًا على ترميز التفافي بمعدلات ( r , r +1). تكمن مساهمة أونجربوك الفريدة في تطبيق فحص التكافؤ على كل رمز ، بدلًا من التقنية القديمة التي كانت تُطبقه على سلسلة البتات ثم تُعدّل البتات. أطلق على الفكرة الأساسية اسم "الرسم بواسطة تقسيمات المجموعات ". تُجمّع هذه الفكرة الرموز في بنية شجرية، ثم تفصلها إلى فرعين متساويين في الحجم. في كل فرع من فروع الشجرة، تكون الرموز متباعدة.

على الرغم من صعوبة تصور ذلك في أبعاد متعددة، إلا أن مثالًا بسيطًا أحادي البعد يوضح الإجراء الأساسي. لنفترض أن الرموز موجودة في [1، 2، 3، 4، ...]. ضع جميع الرموز الفردية في مجموعة، وجميع الرموز الزوجية في المجموعة الثانية. (هذا ليس دقيقًا تمامًا، لأن أونجربوك كان يدرس المشكلة ثنائية الأبعاد، لكن المبدأ واحد). خذ رمزًا واحدًا من كل رمزين في كل مجموعة، وكرر الإجراء لكل فرع من فروع الشجرة. بعد ذلك، وصف طريقة لتعيين سلسلة البتات المشفرة على الرموز في إجراء منهجي للغاية. بمجرد وصف هذا الإجراء بالكامل، كانت خطوته التالية هي برمجة الخوارزميات في جهاز كمبيوتر، وترك الكمبيوتر يبحث عن أفضل الشفرات. كانت النتائج مذهلة. حتى أبسط شفرة (4 حالات) أنتجت معدلات خطأ تقارب جزءًا من ألف من نظام غير مشفر مكافئ. لمدة عامين، أبقى أونجربوك هذه النتائج سرية، ولم ينقلها إلا إلى زملائه المقربين. وأخيراً، في عام 1982، نشر أونجربوك ورقة بحثية تصف مبادئ تعديل التعريشة.

أعقب ذلك نشاط بحثي مكثف، وبحلول عام 1984، نشر الاتحاد الدولي للاتصالات معيارًا، V.32، ^{[ 2 ]} لأول مودم مُعدَّل بتقنية الشبكة بسرعة 9.6  كيلوبت/ثانية (2400 باود و4 بتات لكل رمز). وعلى مدى السنوات التالية، سمحت التطورات الإضافية في التشفير، بالإضافة إلى زيادة معدل الرموز من 2400 إلى 3429 باود، للمودمات بتحقيق سرعات تصل إلى 34.3  كيلوبت/ثانية (محدودة بلوائح الطاقة القصوى إلى 33.8  كيلوبت/ثانية). واليوم، تستخدم معظم مودمات V.34 المُعدَّلة بتقنية الشبكة تقسيمًا رباعي الأبعاد، يتم تحقيقه من خلال التعامل مع رمزين ثنائيي الأبعاد كشبكة واحدة. تستخدم هذه المجموعة 8 أو 16 أو 32 رمزًا تلافيفيًا لضغط ما يعادل 6 إلى 10 بتات في كل رمز يرسله المودم (على سبيل المثال، 2400 باود × 8  بتات/رمز = 19200  بت/ثانية).

تُعدّ تقنية TCM إحدى تقنيات التضمين المشفر، وهي جزء من عائلة أوسع. في التشفير متعدد المستويات ، الذي قدمه هيديكي إيماي وشوجي هيراكاوا عام 1977، تحمي عدة رموز تصحيح أخطاء المكونات مستويات مختلفة من إشارة التضمين متعددة المستويات. ^{[ 3 ]}

• G. Ungerboeck, "Channel coding with multilevel/phase signals," IEEE Trans. Inf. Theory , vol. IT-28, pp.  55–67, 1982.
• G. Ungerboeck, "تعديل التريليس المشفر مع مجموعات الإشارات الزائدة الجزء الأول: مقدمة،" مجلة IEEE للاتصالات ، المجلد 25-2، الصفحات  5-11، 1987.

• المودمات ، لتاريخ مختلف تقنيات التشفير والتعديل من 0.3 إلى 56  كيلوبت/ثانية
• مخطط الشبكة ، في المقال المتعلق بالرموز الالتفافية

• برنامج تعليمي للطب الصيني التقليدي
• التاريخ الشفوي: غوتفريد أونجربوك ، موسوعة تاريخ الهندسة والتكنولوجيا ( شبكة التاريخ العالمية التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات)