 | Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . ( Ноябрь 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Позиционно-импульсная модуляция ( PPM ) - это форма модуляции сигнала, в которой M битов сообщения кодируются путем передачи одного импульса в один из возможных требуемых временных сдвигов. [1] [2] Это повторяется каждые T секунд, так что скорость передачи битов в секунду. Это в первую очередь полезно для оптических систем связи , которые обычно имеют небольшие помехи из-за многолучевого распространения или вообще не имеют их .
История [ править ]
Древним применением импульсно-позиционной модуляции была греческая гидравлическая семафорная система, изобретенная Энеем Стимфалом около 350 г. до н.э., которая использовала принцип водяных часов для сигналов времени. [3]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, а также поплавок со стержнем, маркированным 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 телеграфном мультиплексировании с временным разделением , которое восходит к 1853 году и развивалась вместе с импульсно-кодовой модуляцией и широтно-импульсной модуляцией . [4] 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 , в связи в дальний космос и продолжает использоваться в системах дистанционного управления.
Синхронизация [ править ]
Одна из ключевых трудностей реализации этого метода заключается в том, что приемник должен быть правильно синхронизирован, чтобы синхронизировать локальные часы с началом каждого символа. Следовательно, он часто реализуется по-разному, как дифференциальная импульсно-позиционная модуляция , 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, а не на все последовательные измерения.
Чувствительность к многолучевым помехам [ править ]
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 один или несколько эхо-сигналов каждого передаваемого импульса. Поскольку информация кодируется по времени прибытия(дифференциально или относительно обычных часов) наличие одного или нескольких эхо-сигналов может сделать чрезвычайно трудным, а то и невозможным, точное определение правильного положения импульса, соответствующего 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 прибытия принятого импульса для определения своего местоположения по дальности в присутствии эхо-сигналов.
Некогерентное обнаружение [ править ]
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 (PLL) для отслеживания фазы несущей. Это делает его подходящим кандидатом для систем оптической связи, где когерентная фазовая модуляция и обнаружение сложны и чрезвычайно дороги. Только другой общих М - позиционный некогерентный способом модуляции является М - позиционная частотная манипуляция (М-FSK), который является частотной областью , сопряженной к PPM.
PPM против M-FSK [ править ]
Системы PPM и M-FSK с одинаковой полосой пропускания, средней мощностью и скоростью передачи M / T бит в секунду имеют одинаковую производительность в канале аддитивного белого гауссова шума (AWGN). Однако их характеристики сильно различаются при сравнении каналов с частотно-избирательным замиранием и каналами с плоской частотой . 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 нарушает 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 -смены сильно ухудшаются из-за замирания.
Системы оптической связи обычно имеют слабые искажения из-за многолучевого распространения, и PPM является жизнеспособной схемой модуляции во многих таких приложениях.
Приложения для радиосвязи [ править ]
Узкополосные радиочастотные каналы с малой мощностью и длинными волнами (т. Е. С низкой частотой) подвержены в первую очередь плоскому замиранию , и PPM лучше подходит для использования в этих сценариях, чем M-FSK. Одним из распространенных приложений с этими характеристиками канала, впервые использованного в начале 1960-х годов с верхними частотами ВЧ (всего 27 МГц) в нижние частоты диапазона УКВ (от 30 МГц до 75 МГц для использования RC в зависимости от местоположения), является радиоуправления из авиамоделей, лодки и автомобили, первоначально известные как «цифровое пропорциональное» радиоуправление. В этих системах используется PPM, причем положение каждого импульса представляет угловое положение аналогового регулятора на передатчике или возможные состояния двоичного переключателя. Количество 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 блокам приемника / декодера. (Для создания моделей самолетов требуются максимально легкие детали). СервоприводыСделанные для радиоуправления модели включают в себя часть электроники, необходимую для преобразования импульса в положение двигателя - приемник должен сначала извлечь информацию из принятого радиосигнала через его промежуточную частотную часть, а затем демультиплексировать отдельные каналы из последовательного потока, и подать управляющие импульсы на каждый сервопривод.
Кодирование PPM для радиоуправления [ править ]
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 является более сложной, но обеспечивает большую гибкость и надежность. Появление в начале 21 века систем радиоуправления FHSS в диапазоне 2,4 ГГц изменило ситуацию еще больше.
Позиционно-импульсная модуляция также используется для связи с бесконтактной смарт-картой ISO / IEC 15693 , а также для высокочастотной реализации протокола электронного кода продукта (EPC) класса 1 для RFID- меток.
См. Также [ править ]
- Амплитудно-импульсная модуляция
- Импульсно-кодовая модуляция
- Плотно-импульсная модуляция
- Широтно-импульсная модуляция
- Сверхширокополосный
Ссылки [ править ]
- ↑ KT Wong (март 2007 г.). "Узкополосный полуслепой приемник с пространственными граблями и подавление помех в совмещенном канале" (PDF) . Европейские транзакции в области телекоммуникаций . Гонконгский политехнический университет. 18 (2): 193–197. DOI : 10.1002 / ett.1147 . Архивировано из оригинального (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 26 сентября 2013 .
- ^ Yuichiro Фудзивара (2013). «Самосинхронизирующаяся импульсная модуляция положения с допуском ошибок». IEEE Transactions по теории информации . 59 : 5352–5362. arXiv : 1301.3369 . DOI : 10.1109 / TIT.2013.2262094 .
- ^ Майкл Лаханас. «Древнегреческие методы общения» . Архивировано из оригинала на 2014-11-02.
- ^ Росс Йегер и Кайл Пейс. "Копия презентации темы коммуникаций: Импульсно-кодовая модуляция" . Prezi .
