Definice: Modulační technika, která umožňuje změna polohy pulzů podle amplitudy vzorkovaného modulačního signálu je známá jako Pulse Position Modulation (PPM). Je to další typ PTM, kde se amplituda a šířka pulzů udržuje konstantní a mění se pouze poloha pulzů.
Jednoduše řečeno, pulzní posun je přímo úměrný vzorkované hodnotě signálu zprávy.
Pro pochopení generování signálu PPM je nutné porozumět modulaci šířky pulzu (PWM nebo PDM). PWM je prvním typem PTM a je diskutován v předchozím obsahu.
Základy pulzní polohové modulace
Informace jsou přenášeny s měnící se polohou pulzů v pulzní polohové modulaci.
Základní myšlenkou generování PPM křivky je, že zde, jak se amplituda signálu zprávy zvyšuje, puls se posouvá podle reference.
Jak jsme již diskutovali u PWM, že v důsledku proměnlivé šířky pulsů se podle toho mění i vysílací výkon. To však není případ PPM, protože zde zůstává šířka pulzů konstantní a mění se pouze jejich poloha. Vysílací výkon tedy nevykazuje změny.
Nyní vyvstává otázka, jak se mění poloha pulzů?
Jak jsme již diskutovali, signál PPM je generován ve vztahu k signálu PWM. Tedy, zadní hrana PWM signálu působí jako počáteční bod pulzů PPM signálu.
Blokové schéma pro generování signálu PPM
Jak jsme již diskutovali, signál PPM lze snadno generovat použitím signálu PWM. Zde jsme tedy předpokládali, že na výstupu komparátoru je již generován PWM signál a nyní musíme generovat PPM signál.
Níže uvedený obrázek ukazuje blokové schéma pro generování signálu PPM:
Zde jsme vytvořili podrobné blokové schéma, kde se nejprve vytvoří signál PAM, který se dále zpracovává v komparátoru, aby se vygeneroval signál PWM.
Výstup komparátoru je přiváděn do monostabilního multivibrátoru. Spouští se zápornou hranou. Se sestupnou hranou signálu PWM se tedy výstup monostabilního systému zvyšuje.
To je důvod, proč puls signálu PPM začíná sestupnou hranou signálu PWM.
V případě PPM je třeba poznamenat, že doba, po kterou bude výstup vysoký, závisí na RC komponentách multivibrátoru. To je důvod, proč je v případě signálu PPM získán pulz s konstantní šířkou.
S modulačním signálem se zadní hrana PWM signálu posune, takže s tímto posunem PPM pulzy vykazují posuny ve své poloze.
Obrázek níže ukazuje znázornění průběhu signálu PPM:
Zde první obrázek ukazuje modulační signál a druhý ukazuje nosný signál. Další ukazuje signál PWM, který je považován za referenční pro generování signálu PPM znázorněného na posledním obrázku.
Jak můžeme vidět na výše uvedeném obrázku, bod ukončení pulzu PWM a začátek pulzu PPM se shoduje, což je jasně vidět z tečkované čáry.
Detekce (demodulace) signálu PPM
Níže uvedený obrázek ukazuje blokové schéma pro detekci signálu PPM na přijímači:
Jak můžeme vidět na výše uvedeném obrázku, demodulační obvod se skládá z pulzního generátoru, Klopný obvod SR, generátor referenčních impulsů a demodulátor PWM.
PPM signál vysílaný z modulačního obvodu je během přenosu zkreslen šumem. Tento zkreslený signál PPM dosáhne obvodu demodulátoru. Pulzní generátor použitý v obvodu generuje pulzní tvar vlny. Tento tvar vlny má pevnou dobu trvání a je přiváděn na resetovací kolík (R) klopného obvodu SR.
Generátor referenčních pulsů generuje referenční puls s pevnou periodou, když je na něj aplikován vysílaný signál PPM. Tento referenční impuls se používá k nastavení klopného obvodu.
Tyto nastavovací a resetovací signály generují signál PWM na výstupu klopného obvodu. Tento PWM signál je pak dále zpracováván za účelem poskytnutí původního signálu zprávy.
Výhody pulzní polohové modulace
- Podobně jako PWM, PPM také vykazuje lepší odolnost proti šumu ve srovnání s PAM. Je tomu tak proto, že informační obsah je přítomen spíše v poloze pulsů než v amplitudě.
- Protože amplituda a šířka pulzů zůstávají konstantní. Vysílací výkon tak zůstává konstantní a nevykazuje změny.
- Obnovení signálu PPM ze zkresleného PPM je poměrně snadné.
- Rušení způsobené šumem je minimální než PAM a PWM.
Nevýhody pulzní polohové modulace
- Aby byla zajištěna správná detekce signálu na přijímači, musí být vysílač a přijímač synchronizovány.
- Požadavek na šířku pásma je velký.
Aplikace pulzní polohové modulace
Tato technika se používá v optickém komunikačním systému, v rádiovém řízení a ve vojenských aplikacích.
Související pojmy:
- Modulace
- Fázová modulace (PM)
- Pulzní kódová modulace (PCM)
- Pulzní amplitudová modulace (PAM)
- Pulzní šířková modulace (PWM)
V PWM se šířka modulovaných pulzů mění úměrně s amplitudou modulačního signálu. Průběhy PWM jsou znázorněny na obr. 1 níže.
Obr.1 : PWM signál
Jak můžeme pozorovat, amplituda a frekvence PWM vlny zůstávají konstantní. Mění se pouze šířka.
Proto jsou informace obsaženy ve variaci šířky. To je podobné jako u FM.
Protože je šum normálně aditivní, mění amplitudu signálu PWM.
Na přijímači je možné tyto nežádoucí změny amplitudy velmi snadno odstranit pomocí omezovacích obvodů.
Protože informace je obsažena ve změně šířky, není ovlivněna změnami amplitudy způsobenými šumem. Systém PWM je tedy imunnější vůči šumu než signál PAM.
Generování PWM signálu
Blokové schéma generátoru PWM signálu je znázorněno na obr.2 níže. Tento obvod lze také použít pro generování signálu PPM.
Obr.1: Generátor PWM a PPM
- Pilový generátor generuje pilový signál o frekvenci fsa tento pilovitý signál je v tomto případě použit jako vzorkovací signál.
- Aplikuje se na invertující svorku komparátoru.
- Modulační signál x (t) je přiveden na neinvertující svorku stejného komparátoru.
- Výstup komparátoru zůstane vysoký tak dlouho, dokud je okamžitá amplituda x (t) vyšší než amplituda signálu rampy.
- To způsobí, že na výstupu komparátoru vznikne PWM signál, jak je znázorněno na obr.2.
Zde je možné poznamenat, že náběžné hrany tvaru vlny PWM se shodují se sestupnými hranami signálu rampy. Náběžné hrany signálu PWM jsou tedy vždy generovány v pevně stanovených časových okamžicích.
Výskyt jeho odtokových hran však bude závislý na okamžité amplitudě x(t). Proto se o tomto PWM signálu říká, že je PWM s modulací koncové hrany.
Detekce PWM signálu
Obvod pro detekci PWM signálu je znázorněn na obr. 3 níže.
Obr.3: Detekční obvod PWM
Provoz obvodu lze vysvětlit následovně:
- Signál PWM přijatý na vstupu detekčního obvodu je kontaminován šumem. Tento signál je přiveden do obvodu pulzního generátoru, který regeneruje signál PWM.
- Tím je část šumu odstraněna a pulsy jsou umocněny.
- Regenerované impulsy jsou aplikovány na generátor referenčních impulsů. Vytváří sled pulzů s konstantní amplitudou a konstantní šířkou.
- Tyto pulsy jsou synchronizovány s náběžnými hranami regenerovaných PWM pulsů, ale zpožděny o pevný interval.
- Regenerované pulzy PWM jsou také aplikovány na rampový generátor. Na jeho výstupu získáme konstantní rampu sklonu po dobu trvání pulsu. Výška rampy je tedy úměrná šířce pulzů PWM.
- Na konci pulsu si vzorkovací a přidržovací zesilovač zachovává konečné napětí rampy, dokud není na konci pulsu resetováno.
- Impulzy konstantní amplitudy na výstupu generátoru referenčních impulsů jsou pak přidány k signálu rampy.
- Výstup sčítačky je pak oříznut na prahové úrovni pro generování signálu PAM na výstupu ořezávače.
- Dolní propust se používá k obnovení původního modulačního signálu zpět ze signálu PAM. Průběhy pro tento obvod jsou znázorněny na obr.4.
Obr.4: Průběhy pro obvod detekce PWM
Výhody PWM
- Menší vliv šumu, tj. velmi dobrá odolnost proti hluku.
- Synchronizace mezi vysílačem a přijímačem není nezbytná (což je u PPM zásadní).
- Je možné rekonstruovat PWM signál ze šumu, kontaminovaného PWM, jak je diskutováno v detekčním obvodu. Je tedy možné oddělit výstupní signál od šumu (což v PAM není možné).
Nevýhody PWM
- Díky proměnlivé šířce pulzu mají pulzy proměnlivý výkon. Přenos tedy musí být dostatečně výkonný, aby zvládl maximální šířku, pulz, ačkoli průměrný přenášený výkon může být až 50 % tohoto maximálního výkonu.
- Aby se zabránilo jakémukoli zkreslení tvaru vlny, je šířka pásma požadovaná pro PWM komunikaci velká ve srovnání s šířkou pásma PAM.
Sasmita
Ahoj! Jsem Sasmita. Na ElectronicsPost.com se věnuji své lásce k výuce. Jsem M.Tech v oboru Electronics & Telecommunication Engineering. A pokud se o mně opravdu chcete dozvědět více, navštivte mou stránku «O mně». Přečtěte si více
