Pulsposisjonsmodulering
| Modulasjonsteknikker | ||
|---|---|---|
| analog modulasjon | ||
| digital modulasjon | ||
|
| ||
| spredt spekter | ||
|
| ||
| Se også | ||
|
| ||
| ||
Pulse Position Modulation , eller på engelsk, Pulse Position Modulation (PPM), der amplituden og bredden er faste og posisjonen er variabel, er en type modulasjon der et ord på M biter er kodet ved overføring av en enkelt puls som kan finnes i hvilken som helst av =N mulige posisjoner, hvor N tilsvarer typen PPM-modulasjon (N-PPM). Hvis dette gjentas hvert X sekund (symboltid), er overføringshastigheten M/X biter per sekund. Denne typen modulasjon brukes først og fremst i optiske kommunikasjonssystemer, der det har en tendens til å være liten eller ingen flerveis interferens.
Historie
En eldgammel bruk av pulsposisjonsmodulasjon var det greske hydrauliske semaforsystemet oppfunnet av Aeneas Stenfalo rundt 350 f.Kr. som brukte vannklokkeprinsippet for tidssignaler. I dette systemet fungerer vannavløpet som tidsinnretning, og fakler brukes til å signalisere pulsene. Systemet brukte identiske beholdere fylt med vann hvis avløp kunne slås av og på, og en flottør med en stang merket med forskjellige forhåndsbestemte koder som representerer militære meldinger. Operatørene plasserte containerne på bakker slik at de kunne se hverandre på avstand. For å sende en melding, ville operatørene bruke fakler for å signalisere begynnelsen og slutten av vannetrenningen, og merket på stangen festet til flottøren ville indikere meldingen.
I moderne tid har pulsposisjonsmodulasjon sin opprinnelse i telegraftidsdelingsmultipleksing, som dateres tilbake til 1853, og utviklet seg sammen med pulskodemodulasjon og pulsbreddemodulasjon. På begynnelsen av 1960-tallet oppfant NASAs Don Mathers og Doug Spreng pulsposisjonsmodulasjon brukt i radiostyrte (R/C) systemer. PPM brukes for tiden i fiberoptisk kommunikasjon, dypromskommunikasjon, og fortsetter å bli brukt i R/C-systemer.
Synkronisering
En av hovedvanskene med å implementere denne teknikken er at mottakeren må være riktig synkronisert for å justere den lokale klokken med starten av hvert symbol. Av denne grunn er det vanligvis implementert på en differensiell måte, for eksempel Differential Pulse Position Modulation , hvor posisjonen til hver puls velges basert på den forrige pulsen, og på denne måten trenger mottakeren bare å måle tidsforskjellen mellom ankomst av påfølgende pulser. Med denne typen modulasjon kan en feil i den lokale klokken bare forplante seg til måling av to tilstøtende pulser, i stedet for til hele overføringen.
Følsomhet for flerveisinterferens
Uavhengig av mottakerens timingproblemer, er den største ulempen med MPP at den iboende er svært følsom for flerveisinterferens som oppstår i kanaler med frekvensselektiv fading, hvor signalet ved mottakeren inneholder ekkoer av de utsendte pulsene. Siden informasjonen er kodet ved ankomsttidspunktet, enten differensielt eller i forhold til en felles klokke, gjør tilstedeværelsen av disse ekkoene det ekstremt vanskelig, om ikke umulig, å nøyaktig bestemme den korrekte posisjonen til den utsendte pulsen.
Ikke-koherent deteksjon
På den annen side er en av hovedfordelene med denne typen modulasjon at det er en M-modulasjon som kan implementeres på en ikke-koherent måte, slik at mottakeren ikke trenger å bruke en fasesporingssløyfe . Dette gjør det til en egnet kandidat for optiske kommunikasjonssystemer, hvor koherent modulering og deteksjon er vanskelig og kostbart. Den eneste andre vanlige ikke-koherente M-ær-modulasjonen er frekvensskiftnøkkelteknikken , som er den analoge teknikken, men i frekvensdomenet.
PPM vs. M.FSK
PPM- og M-FSK-systemer med samme båndbredde, gjennomsnittlige kraft og M/T-bit per sekund-hastighet har identisk ytelse på en Additive White Gaussian Noise (AWGN)-kanal. Imidlertid er ytelsen deres svært forskjellig når frekvensselektive og frekvensflate fadingkanaler sammenlignes. Mens frekvensselektiv fading produserer ekko som er svært forstyrrende for noen av de M tidsskiftene som brukes til å kode PPM-data, forstyrrer den selektivt bare noen av de mulige M-frekvensskiftene som brukes til å kode data for M-FSK. På den annen side er frekvensflatfading mer skadelig for M-FSK enn for PPM, siden alle M av de mulige frekvensendringene påvirkes av fadingen, mens den korte varigheten av PPM-pulsen gjør at bare noen få av M -tidsforskyvninger er sterkt påvirket av falming.
Optiske kommunikasjonssystemer har en tendens til å ha svake flerveisforvrengninger, og PPM er et levedyktig modulasjonsskjema i mange av disse applikasjonene.
Applikasjoner for RF-kommunikasjon
Smalbånds RF (radiofrekvens) kanaler med lav effekt og lange bølgelengder (dvs. lav frekvens) påvirkes først og fremst av flat fading, og PPM er mer egnet enn M-FSK for å brukes i disse scenariene. En vanlig applikasjon med disse kanalkarakteristikkene, først brukt på begynnelsen av 1960-tallet med high-end HF-frekvenser (så lave som 27 MHz) i low-end VHF-båndfrekvensene (30 MHz til 75 MHz for bruk RC avhengig av plassering), er radiokontroll av modellfly, skip og biler, opprinnelig kjent som "digital proporsjonal" radiokontroll. PPM brukes i disse systemene, hvor posisjonen til hver puls representerer vinkelposisjonen til en analog kontroll i senderen, eller mulige tilstander til en binær bryter. Antall pulser per ramme gir antall kontrollerbare kanaler tilgjengelig. Fordelen med å bruke PPM for denne typen applikasjoner er at elektronikken som kreves for å dekode signalet er ekstremt enkel, noe som fører til små og lette mottaker-/dekoderenheter (modellfly krever deler som er så lette som mulig). Servoer laget for radiokontrollmodellen inkluderer noe av elektronikken som kreves for å konvertere pulsen til motorposisjon: mottakeren må først trekke ut informasjonen fra det mottatte radiosignalet gjennom sin mellomfrekvensseksjon, og deretter demultiplekse de separate kanalene til seriestrømmen og mate kontrollpulsene til hver servo.
PPM-koding for radiokontroll
En full PPM-ramme er omtrent 22,5 ms (kan variere mellom produsenter), og lavt signal er alltid 0,3 ms. Den starter med en startramme (høy tilstand i mer enn 2 ms). Hver kanal (opptil 8) er tidskodet for høy tilstand (PPM høy tilstand + 0,3 × (PPM lav tilstand) = PWM servopulsbredde).
Mer sofistikerte radiokontrollsystemer er nå ofte basert på pulskodemodulasjon, som er mer kompleks, men gir større fleksibilitet og pålitelighet. Fremkomsten av 2,4 GHz-båndet FHSS radiokontrollsystemer på begynnelsen av det 21. århundre endret dette ytterligere.
Pulsposisjonsmodulasjon brukes også for kommunikasjon med ISO/IEC 15693 kontaktløse smartkort, samt i HF-implementeringen av Electronic Product Code (EPC) Klasse 1-protokollen for RFID-brikker.