Darbe konumu modülasyonu - Pulse-position modulation

Darbe-pozisyon modülasyonu ( PPM ) sinyali bir tür modülasyon olan M mesaj biti birinde tek bir darbe verici tarafından kodlanır mümkün gerekli zaman kaymaları. Bu, iletilen bit hızı saniyede bit olacak şekilde her T saniyede bir tekrarlanır . Öncelikle , çok yollu paraziti çok az olan veya hiç olmayan optik iletişim sistemleri için kullanışlıdır .

Tarih

Darbe pozisyon modülasyonunun eski bir kullanımı, sinyalleri zamanlamak için su saati prensibini kullanan, MÖ 350 civarında Aeneas Stymphalus tarafından icat edilen Yunan hidrolik semafor sistemiydi . Bu sistemde, suyun tahliyesi zamanlama cihazı olarak işlev görür ve darbeleri bildirmek için torçlar kullanılır. Sistem, tahliyesi açılıp kapatılabilen aynı su dolu kaplar ve askeri mesajları temsil eden önceden belirlenmiş çeşitli kodlarla işaretlenmiş bir çubuğa sahip bir şamandıra kullanıyordu. Operatörler, konteynerleri uzaktan birbirlerinden görülebilmesi için tepelere yerleştirirdi. Bir mesaj göndermek için, operatörler suyun boşaltılmasının başlangıcını ve bitişini işaret etmek için meşaleler kullanır ve şamandıraya iliştirilmiş çubuk üzerindeki işaret mesajı gösterir.

Modern zamanlarda, darbe pozisyon modülasyonunun kökenleri telgraf zaman bölmeli çoğullamadan gelmektedir , bu tarih 1853'e kadar uzanmaktadır ve darbe kod modülasyonu ve darbe genişliği modülasyonu ile birlikte gelişmiştir . 1960'ların başında, NASA'dan Don Mathers ve Doug Spreng, radyo kontrol (R / C) sistemlerinde kullanılan darbe konumu modülasyonunu icat etti . PPM şu anda fiber optik iletişimde , derin uzay iletişiminde kullanılıyor ve R / C sistemlerinde kullanılmaya devam ediyor.

Senkronizasyon

Bu tekniğin uygulanmasındaki en önemli zorluklardan biri, alıcının yerel saati her bir sembolün başlangıcı ile hizalamak için uygun şekilde senkronize edilmesinin gerekmesidir. Bu nedenle, genellikle farklı darbe pozisyonu modülasyonu olarak farklı şekilde uygulanır , burada her darbe pozisyonu bir öncekine göre kodlanır, öyle ki alıcının sadece ardışık darbelerin varış zamanındaki farkı ölçmesi gerekir . Hataların yayılmasını bitişik sembollerle sınırlandırmak mümkündür, böylece bir darbenin diferansiyel gecikmesinin ölçülmesindeki bir hata, tüm ardışık ölçümleri etkilemek yerine sadece iki sembolü etkileyecektir.

Çok yollu girişime duyarlılık

Alıcı senkronizasyonu ile ilgili sorunların yanı sıra, PPM'nin temel dezavantajı, alıcının sinyalinin iletilen her darbenin bir veya daha fazla yankısını içerdiği, frekans seçici zayıflamaya sahip kanallarda ortaya çıkan çok yollu girişime doğal olarak duyarlı olmasıdır. Bilgi varış zamanında (farklı olarak veya ortak bir saate göre) kodlandığından , bir veya daha fazla ekonun varlığı, iletilene karşılık gelen doğru darbe pozisyonunu doğru bir şekilde belirlemeyi imkansız değilse de son derece zor hale getirebilir. nabız. Darbe Konum Modülasyon sistemlerinde çok yol, yankıların varlığında menzil konumlarını elde etmek için tamamen senkronizasyona ve alınan darbenin varış zamanına dayanan Radar sistemlerinde kullanılan aynı teknikler kullanılarak kolayca hafifletilebilir.

Tutarsız algılama

PPM'nin temel avantajlarından biri , alıcının taşıyıcının fazını izlemek için faz kilitli bir döngü (PLL) kullanmasına gerek kalmayacak şekilde tutarlı olmayan bir şekilde uygulanabilen bir M -ary modülasyon tekniği olmasıdır . Bu, onu uyumlu faz modülasyonunun ve saptamanın zor ve son derece pahalı olduğu optik iletişim sistemleri için uygun bir aday yapar. Diğer tek yaygın M -ary uyumlu olmayan modülasyon tekniği, M -ary frekans kaydırmalı anahtarlamadır (M-FSK), bu, PPM'ye çift ​​frekans alanıdır.

PPM ve M-FSK

Aynı bant genişliğine, ortalama güce ve saniyede M / T bit iletim hızına sahip PPM ve M-FSK sistemleri, ek bir beyaz Gauss gürültüsü (AWGN) kanalında aynı performansa sahiptir . Bununla birlikte, frekans seçici ve frekansı düz zayıflayan kanallar karşılaştırıldığında performansları büyük ölçüde farklılık gösterir . Frekans seçici sönümleme, PPM verilerini kodlamak için kullanılan M zaman kaymalarından herhangi biri için oldukça bozucu ekolar üretirken, M-FSK için verileri kodlamak için kullanılan M olası frekans kaymalarının yalnızca bazılarını seçici olarak bozar. Öte yandan, M-FSK için frekans-sabit solma, M-FSK için PPM'den daha yıkıcıdır, çünkü olası frekans kaymalarının tüm M'si solma ile bozulurken, PPM darbesinin kısa süresi, M zamanının yalnızca birkaçının olduğu anlamına gelir. Vitesler, solma nedeniyle ağır şekilde bozulur.

Optik iletişim sistemleri, zayıf çok yollu distorsiyonlara sahip olma eğilimindedir ve PPM, bu tür birçok uygulamada uygun bir modülasyon şemasıdır.

RF iletişimi için uygulamalar

Düşük güç ve uzun dalga boylarına (yani, düşük frekans) sahip dar bantlı RF (radyo frekansı) kanalları, esas olarak düz solmadan etkilenir ve PPM, bu senaryolarda kullanılmak üzere M-FSK'dan daha uygundur. İlk olarak 1960'ların başında en üst düzey HF (27 MHz kadar düşük) frekanslarıyla alt uç VHF bant frekanslarına (konuma bağlı olarak RC kullanımı için 30 MHz ila 75 MHz ) kullanılan bu kanal özelliklerine sahip yaygın bir uygulama , radyo kontrolü ve model uçak aslen "dijital orantılı" radyo kontrol olarak bilinen, tekneler ve arabalar. Bu sistemlerde, verici üzerindeki bir analog kontrolün açısal konumunu veya bir ikili anahtarın olası durumlarını temsil eden her darbenin konumu ile PPM kullanılır. Çerçeve başına darbe sayısı, mevcut kontrol edilebilir kanalların sayısını verir. Bu tür bir uygulama için PPM kullanmanın avantajı, sinyali çözmek için gereken elektroniklerin son derece basit olmasıdır, bu da küçük, hafif alıcı / kod çözücü birimlerine yol açar (model uçak, mümkün olduğunca hafif parçalar gerektirir). Model radyo kontrolü için yapılan servolar , darbeyi motor konumuna dönüştürmek için gerekli elektroniklerin bir kısmını içerir - alıcının ilk olarak alınan radyo sinyalinden bilgiyi ara frekans bölümü aracılığıyla çıkarması , ardından ayrı kanalları seri akıştan ayrıştırması gerekir . ve kontrol darbelerini her bir servoya besleyin.

Radyo kontrolü için PPM kodlaması

Tam bir PPM çerçevesi yaklaşık 22,5 ms'dir (üretici arasında değişebilir) ve sinyal düşük durumu her zaman 0,3 ms'dir. Bir başlangıç ​​çerçevesi ile başlar (2 ms'den fazla yüksek durum). Her bir kanal (8'e kadar) yüksek durumun zamanına göre kodlanır (PPM yüksek durum + 0.3 × (PPM düşük durum) = servo PWM darbe genişliği).

Daha karmaşık radyo kontrol sistemleri artık genellikle daha karmaşık olan ancak daha fazla esneklik ve güvenilirlik sunan darbe kodu modülasyonuna dayanmaktadır . 21. yüzyılın başlarında 2,4 GHz bant FHSS radyo kontrol sistemlerinin ortaya çıkışı bunu daha da değiştirdi.

Pulse-pozisyon modülasyonu da iletişim için kullanılan ISO / IEC 15693 temassız akıllı kart yanı sıra, HF uygulanması Elektronik Ürün Kodu (EPC) için Sınıf 1 protokolüne RFID etiketleri.

Ayrıca bakınız

Referanslar