Hispanopedia WikiLa modulación por posición de pulso ( PPM ) es una forma de modulación de señal en la que se codifican M bits de mensaje mediante la transmisión de un único pulso en uno de los posibles desplazamientos temporales requeridos. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Esto se repite cada T segundos, de modo que la tasa de bits transmitida es de bits por segundo. Es especialmente útil para sistemas de comunicaciones ópticas , que suelen tener poca o ninguna interferencia por trayectos múltiples .
Historia
Un ejemplo antiguo de la modulación por posición de pulso fue el sistema griego de semáforos hidráulicos inventado por Eneas Estinfalo alrededor del 350 a. C., que utilizaba el principio del reloj de agua para sincronizar las señales. [ 4 ] En este sistema, el vaciado del agua actuaba como mecanismo de sincronización, y se utilizaban antorchas para indicar los pulsos. El sistema empleaba recipientes idénticos llenos de agua cuyo desagüe podía abrirse y cerrarse, y un flotador con una varilla marcada con diversos códigos predeterminados que representaban mensajes militares. Los operadores colocaban los recipientes en colinas para que pudieran verse entre sí a distancia. Para enviar un mensaje, los operadores utilizaban antorchas para señalar el inicio y el final del vaciado del agua, y la marca en la varilla unida al flotador indicaba el mensaje.
En la época moderna, la modulación por posición de pulso tiene sus orígenes en la multiplexación por división de tiempo telegráfica , que data de 1853, y evolucionó junto con la modulación por código de pulso y la modulación por ancho de pulso . [ 5 ] A principios de la década de 1960, Don Mathers y Doug Spreng de la NASA inventaron la modulación por posición de pulso utilizada en sistemas de radiocontrol (R/C). Actualmente, la PPM se utiliza en comunicaciones por fibra óptica , comunicaciones en el espacio profundo y continúa utilizándose en sistemas de R/C.
Sincronización
Una de las principales dificultades para implementar esta técnica es que el receptor debe estar correctamente sincronizado para alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo. Por lo tanto, a menudo se implementa de forma diferencial mediante modulación diferencial por posición de pulso ( DPPM), donde la posición de cada pulso se codifica con respecto al anterior, de modo que el receptor solo debe medir la diferencia en el tiempo de llegada de pulsos sucesivos. Es posible limitar la propagación de errores a símbolos adyacentes, de manera que un error en la medición del retardo diferencial de un pulso afecte solo a dos símbolos, en lugar de afectar a todas las mediciones sucesivas.
Sensibilidad a la interferencia multitrayecto
Además de los problemas relacionados con la sincronización del receptor, la principal desventaja de la modulación por posición de pulso (PPM) radica en su sensibilidad inherente a la interferencia por trayectos múltiples que se produce en canales con desvanecimiento selectivo en frecuencia, donde la señal del receptor contiene uno o más ecos de cada pulso transmitido. Dado que la información se codifica en el tiempo de llegada (ya sea diferencial o con respecto a un reloj común), la presencia de uno o más ecos puede dificultar enormemente, si no imposibilitar, la determinación precisa de la posición correcta del pulso transmitido. La interferencia por trayectos múltiples en los sistemas de modulación por posición de pulso se puede mitigar fácilmente utilizando las mismas técnicas que se emplean en los sistemas de radar, los cuales dependen totalmente de la sincronización y el tiempo de llegada del pulso recibido para obtener su posición de alcance en presencia de ecos.
Detección no coherente
Una de las principales ventajas de la modulación por fase pulsada (PPM) es que se trata de una técnica de modulación M -aria que puede implementarse de forma no coherente, de modo que el receptor no necesita utilizar un bucle de enganche de fase (PLL) para seguir la fase de la portadora. Esto la convierte en una opción idónea para sistemas de comunicaciones ópticas, donde la modulación y detección de fase coherentes son difíciles y extremadamente costosas. La única otra técnica de modulación M -aria no coherente común es la modulación por desplazamiento de frecuencia M -aria (M-FSK), que es la dual en el dominio de la frecuencia de la PPM.
PPM frente a M-FSK
Los sistemas PPM y M-FSK con el mismo ancho de banda, potencia promedio y tasa de transmisión de M/T bits por segundo tienen un rendimiento idéntico en un canal de ruido gaussiano blanco aditivo (AWGN). Sin embargo, su rendimiento difiere enormemente al comparar canales de desvanecimiento selectivo en frecuencia y de frecuencia plana . Mientras que el desvanecimiento selectivo en frecuencia produce ecos que son altamente disruptivos para cualquiera de los M desplazamientos de tiempo utilizados para codificar datos PPM, solo interrumpe selectivamente algunos de los M posibles desplazamientos de frecuencia utilizados para codificar datos en M-FSK. Por otro lado, el desvanecimiento de frecuencia plana es más disruptivo para M-FSK que para PPM, ya que todos los M posibles desplazamientos de frecuencia se ven afectados por el desvanecimiento, mientras que la corta duración del pulso PPM significa que solo unos pocos de los M desplazamientos de tiempo se ven gravemente afectados por el desvanecimiento.
Los sistemas de comunicaciones ópticas suelen presentar distorsiones por trayectos múltiples débiles, y la modulación PPM es un esquema de modulación viable en muchas de estas aplicaciones.
Aplicaciones para comunicaciones de radiofrecuencia
Los canales de radiofrecuencia (RF) de banda estrecha con baja potencia y longitudes de onda largas (es decir, baja frecuencia) se ven afectados principalmente por el desvanecimiento plano , y la modulación de fase proporcional (PPM) es más adecuada que la modulación de fase modal (M-FSK) para su uso en estos escenarios. Una aplicación común con estas características de canal, utilizada por primera vez a principios de la década de 1960 con frecuencias HF de extremo superior (tan bajas como 27 MHz) hasta las frecuencias de banda VHF de extremo inferior (de 30 MHz a 75 MHz para uso en radiocontrol, según la ubicación), es el radiocontrol de aeromodelos , barcos y coches, originalmente conocido como radiocontrol "digital proporcional". La PPM se emplea en estos sistemas, donde la posición de cada pulso representa la posición angular de un control analógico en el transmisor o los posibles estados de un interruptor binario. El número de pulsos por trama indica el número de canales controlables disponibles. La ventaja de usar PPM para este tipo de aplicación es que la electrónica necesaria para decodificar la señal es extremadamente simple, lo que da lugar a unidades receptoras/decodificadoras pequeñas y ligeras (los aeromodelos requieren componentes lo más ligeros posible). Los servomotores fabricados para el radiocontrol de modelos incluyen algunos de los componentes electrónicos necesarios para convertir el pulso en la posición del motor: el receptor debe primero extraer la información de la señal de radio recibida a través de su sección de frecuencia intermedia , luego desmultiplexar los canales separados del flujo serial y alimentar los pulsos de control a cada servomotor.
Codificación PPM para control por radio
Un cuadro PPM completo dura aproximadamente 22,5 ms (puede variar según la implementación), y el estado bajo de la señal siempre dura 0,3 ms. Comienza con un cuadro de inicio (estado alto durante más de 2 ms). Cada canal (hasta 8) se codifica mediante la suma del tiempo del estado alto y el del estado bajo. (Estado alto de PPM + 0,3 = ancho del pulso PWM del servo ).
Los sistemas de radiocontrol más sofisticados ahora suelen basarse en la modulación por impulsos codificados (PCM) , que es más compleja pero ofrece mayor flexibilidad y fiabilidad. La llegada de los sistemas de radiocontrol FHSS de banda de 2,4 GHz a principios del siglo XXI cambió aún más esta situación.
La modulación por posición de pulso también se utiliza para la comunicación con la tarjeta inteligente sin contacto ISO/IEC 15693 , así como en la implementación de alta frecuencia del protocolo de Código Electrónico de Producto (EPC) Clase 1 para etiquetas RFID .
Véase también
- Modulación de amplitud de pulso
- Modulación por impulsos codificados
- Modulación de densidad de pulsos
- Modulación por ancho de pulso
- Banda ultraancha
Referencias
- ^ KT Wong (marzo de 2007). "Receptor de banda estrecha PPM semiciego de rake espacial y supresión de interferencia cocanal" (PDF) . European Transactions on Telecommunications . 18 (2). Universidad Politécnica de Hong Kong: 193–197 . doi : 10.1002/ett.1147 . Archivado del original (PDF) el 23 de septiembre de 2015. Recuperado el 26 de septiembre de 2013 .
- ^ Yuichiro Fujiwara (2013). "Modulación de posición de pulso auto-sincronizada con tolerancia a errores". IEEE Transactions on Information Theory . 59 : 5352–5362 . arXiv : 1301.3369 . doi : 10.1109/TIT.2013.2262094 .
- ^ Haykin, Simon; Moher, Michael (2010). Sistemas de comunicación . John Wiley & Sons, Inc. págs. 248–256 . ISBN 9788126521517.
- ^ Michael Lahanas. "Métodos de comunicación de la antigua Grecia" . Archivado del original el 2 de noviembre de 2014.
- ^ Ross Yeager y Kyle Pace. "Copia de la presentación sobre el tema de comunicaciones: Modulación por código de pulsos" . Prezi .
- Modos de modulación de radio cuantificados