Войти
Позиционно-импульсная модуляция (PPM ) - это форма модуляции сигнала , в котором M битов сообщения кодируются путем передачи одного импульса в одном из 
Древним применением импульсно-позиционной модуляции была греческая гидравлическая семафорная система, изобретенная Эней Стимфал около 350 г. до н.э. который использовал принцип водяных часов для сигналов времени. В этой системе слив воды действует как устройство отсчета времени, а для подачи сигналов используются горелки. В системе использовались идентичные заполненные водой контейнеры, слив которых можно было включать и выключать, и поплавок со стержнем, помеченным различными заранее заданными кодами, которые представляли военные сообщения. Операторы размещали контейнеры на холмах, чтобы их было видно на расстоянии. Чтобы отправить сообщение, операторы использовали бы фонарики, чтобы сигнализировать о начале и окончании слива воды, а отметка на стержне, прикрепленном к поплавку, указала бы сообщение.
В наше время импульсно-позиционная модуляция берет свое начало в телеграфе мультиплексировании с временным разделением, которое восходит к 1853 году и развилось вместе с импульсным кодом. модуляция и широтно-импульсная модуляция. В начале 1960-х годов Дон Мазерс и Дуг Спренг из НАСА изобрели импульсно-позиционную модуляцию, используемую в системах радиоуправления (R / C). PPM в настоящее время используется в волоконно-оптической связи, связи в дальнем космосе и продолжает использоваться в системах дистанционного управления.
Одна из ключевых трудностей реализации этого метода заключается в том, что приемник должен быть правильно синхронизирован, чтобы синхронизировать локальные часы с началом каждого символа. Поэтому его часто реализуют по-разному, как дифференциальную импульсно-позиционную модуляцию, при которой положение каждого импульса кодируется относительно предыдущего, так что приемник должен измерять только разницу во времени прихода последовательных импульсов. Можно ограничить распространение ошибок на соседние символы, так что ошибка при измерении дифференциальной задержки одного импульса повлияет только на два символа, вместо того, чтобы влиять на все последовательные измерения.
Помимо проблем, связанных с синхронизацией приемника, ключевым недостатком PPM является то, что он по своей природе чувствителен к многолучевым помехам, возникающим в каналах с частотно-избирательным замиранием, в результате чего сигнал приемника содержит одно или несколько эхо каждого переданного импульса. Поскольку информация закодирована в время прибытия (либо дифференциально, либо относительно общих часов), наличие одного или нескольких эхо-сигналов может сделать чрезвычайно трудным, а то и невозможным точное определение правильного положение импульса, соответствующее переданному импульсу. Многолучевость в системах с импульсной позиционной модуляцией можно легко уменьшить, используя те же методы, которые используются в радиолокационных системах, которые полностью полагаются на синхронизацию и время прихода принятого импульса для определения своего местоположения по дальности в присутствии эхо-сигналов.
Одним из основных преимуществ PPM является то, что это метод M-арной модуляции, который может быть реализован некогерентно, так что приемнику не нужно использовать контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для отслеживания фазы несущей. Это делает его подходящим кандидатом для систем оптической связи, где когерентная фазовая модуляция и обнаружение сложны и чрезвычайно дороги. Единственным другим распространенным методом M-арной некогерентной модуляции является M-арная частотная манипуляция (M-FSK), которая является двойной частотной области для PPM.
PPM и M-FSK системы с одинаковой полосой пропускания, средней мощностью и скоростью передачи M / T бит в секунду имеют одинаковую производительность в аддитивном белом гауссиане шумовой (AWGN) канал. Однако их характеристики сильно различаются при сравнении каналов с частотно-избирательным замиранием и с равномерным частотным замиранием. В то время как частотно-избирательное замирание создает эхо-сигналы, которые сильно мешают любому из M временных сдвигов, используемых для кодирования данных PPM, оно выборочно прерывает только некоторые из M возможных частотных сдвигов, используемых для кодирования данных для M-FSK. С другой стороны, плавное замирание частоты более разрушительно для M-FSK, чем PPM, поскольку все M возможных частотных сдвигов ухудшаются из-за замирания, в то время как короткая длительность импульса PPM означает, что только некоторые из M временных интервалов -смена передач сильно затруднена замиранием.
Системы оптической связи обычно имеют слабые искажения из-за многолучевого распространения, и PPM является жизнеспособной схемой модуляции во многих таких приложениях.
Узкополосные радиочастотные каналы с малым энергопотреблением и длинными волнами (т. Е. Низкими частотами) в основном подвержены плоскому замиранию и PPM лучше подходит, чем M-FSK, для использования в этих сценариях. Одно из распространенных приложений с этими характеристиками канала, впервые использованное в начале 1960-х годов с верхними частотами HF (всего 27 МГц) в нижние частоты VHF диапазона (30 МГц до 75 МГц для использования RC в зависимости от местоположения) - это радиоуправление для модели самолетов, лодок и автомобилей, первоначально известное как «цифровое пропорциональное» радиоуправление. В этих системах используется PPM, где положение каждого импульса представляет угловое положение аналогового регулятора на передатчике или возможные состояния двоичного переключателя. Число импульсов на кадр дает количество доступных управляемых каналов. Преимущество использования PPM для этого типа приложений заключается в том, что электроника, необходимая для декодирования сигнала, чрезвычайно проста, что приводит к небольшим и легким модулям приемника / декодера. (Для создания моделей самолетов требуются максимально легкие детали). Сервоприводы, предназначенные для радиоуправления моделями, включают в себя часть электроники, необходимую для преобразования импульса в положение двигателя - приемник должен сначала извлечь информацию из принятого радиосигнала через его промежуточную частоту, затем демультиплексирует отдельные каналы из последовательного потока и подает управляющие импульсы на каждый сервопривод.
Полный кадр PPM составляет около 22,5 мс (может варьироваться в зависимости от производителя), а состояние низкого уровня сигнала всегда составляет 0,3 мс. Он начинается с начального кадра (высокое состояние более 2 мс). Каждый канал (до 8) кодируется временем высокого состояния (высокое состояние PPM + 0,3 × (низкое состояние PPM) = ширина импульса серво ШИМ ).
Более сложные системы радиоуправления теперь часто основаны на импульсно-кодовой модуляции, которая более сложна, но обеспечивает большую гибкость и надежность. Появление в начале 21 века систем радиоуправления в диапазоне 2,4 ГГц FHSS изменило ситуацию еще больше.
Позиционно-импульсная модуляция также используется для связи с бесконтактной смарт-картой ISO / IEC 15693 , а также HF реализацией протокол электронного кода продукта (EPC) класса 1 для тегов RFID.
