Impulsi asukoha modulatsioon

**Impulsi asukoha modulatsioon** (inglise keeles *pulse-position modulation*, lühend **PPM**) on signaalitöötluses kasutatav signaali moduleerimise vorm, mille korral *M* signaalibitti kodeeritakse saatmiseks ühte impulssi, mille asukoha nihe on üks *2<sup>M</sup>* võimalikust. Saatmist korratakse iga *T* sekundi tagant nii, et saavutatav bitikiirus on *M/T* bitti sekundis. Sellist modulatsiooni viisi rakendatakse peamiselt optilise side süsteemides, kuna neis peaaegu täielikult puudub mitme raja interferents. Lisaks on PPM levinud raadiosides ning mujal elektroonikas.

## Ajalugu
PPM-i meenutavat kontseptsiooni kasutasid juba antiikkreeklased oma hüdraulilises telegraafis, mille leiutas Aeneas Stymphalus umbes aastal 350 eKr. Süsteem koosnes kahe otsenähtavusega mäe tippu paigutatud veega täidetud anumast, mida sai kraaniga sulgeda, ning tõrvikutest. Veeanuma peale olid eelnevalt määratud kõrgustele kirjutatud eelnevalt kokkulepitud sõnumid. Info edastamiseks tõstis saatja pool läidetud tõrviku. Seda nähes tõstis vastuvõttev pool oma tõrviku. Olles sedasi end sünkrooninud, avati korraga anumate veekraanid. Kui saatev pool tõrviku seejärel langetas, suleti veekraanid ja vastuvõttev pool sai veetaseme järgi anumalt välja lugeda, millist sõnumit parajasti edastati.

Tänapäevase PPM-i alged on aga elektriliste telegraafisüsteemide aegmultipleksimises, mille juured ulatuvad aastasse 1853 ja mis arenes kõrvuti impulsskood- ja impulsilaiusmodulatsiooniga. Raadiosides kasutamiseks töötasid PPM-i välja NASA insenerid Don Mathers ja Doug Spreng 1960. aastate algul. Tänapäeval on PPM kasutusel kiudoptilistes rakendustes, süvakosmoses suhtlemiseks ning endiselt kaugjuhitavates mudelites.

## Probleemkohad
### Sünkroonimine
Üks PPM-i kasutamisel esinevaid murekohti on vajadus vastuvõtuseadme kell sünkroonida täpselt saadetava sümboli algusega, et saada usaldusväärsed lugemid. Selle lahendamiseks on PPM sageli seostatud diferentsiaalse modulatsioonina, kus iga impulss on kodeeritud sõltuvalt eelmisest. Sel juhul peab vastuvõttev pool mõõtma ainult kahe järjestikuse impulsi saabumise ajavahet, mitte absoluutset ajavahet saatmise algushetkest. Vigade levimine piirdub siis kahe järjestikuse sümboliga, nii et mõõteviga ei mõjuta kõiki järgnevaid sümboleid.

### Tundlikkus mitme raja interferentsi suhtes
Suurimaks PPM-i murekohaks peetakse tundlikkust mitme raja interferentsi suhtes, mis tekib erisuguse sumbumisega edastuskanalites. Seetõttu sisaldab vastuvõetud signaal ühte või mitut kaja iga saadetud impulsi kohta. Kuna informatsioon kodeeritakse saabumise järjekorras kas diferentsiaalselt, või suhteliselt mingist ühisest taktsignaalist, siis kajakomponentide esinemine muudab impulsi õige asukoha määramise peaaegu võimatuks. Mitme raja interferentsi mõju saab vähendada, kasutades samu tehnoloogiaid nagu radarisüsteemides.

## Mittekoherentne tuvastamine
PPM-i üheks suurimaks eeliseks on asjaolu, et see on M-bitine modulatsioon, mida saab rakendada mittekoherentselt, nii et vastuvõtja ei pea saatja signaali faasi jälgimiseks kasutama faasilukku (PLL). See teeb PPM-i sobilikuks optiliste süsteemide jaoks, kus faasimodulatsioon ja -tuvastamine on keerulised ja kallid. Ainus teine M-bitine mittekoherentne modulatsioon on M-bitine sagedusnihet kasutav M-FSK.

## Kasutus raadiosides
PPM on raadiosides peamiselt kasutusel mudelautode, -laevade, -lennukite jms puldiga kaugjuhtimisel. PPM on neis süsteemides kasutusel kujul, kus iga impulsi asukoht vastab mingi kangi kindlale asendile puldil või lüliti olekule sellel. Impulsside arv igas saadetavas kaadris määrab ära kasutamiseks olevate kanalite arvu. PPM-i suurimaks eeliseks raadiosides on asjaolu, et selle dekodeerimiseks vajaminev elektroonikalülitus on ülilihtne, ja nii on võimalik valmistada odavaid seadmeid. Lisaks ei kaalu need eriti palju, mis on eriti oluline mudellennunduses. Mudelite raadiojuhitavad servomootorid on varustatud vastuvõtjaga, mis muundab PPM-signaali PWM-signaaliks, eraldab impulsijadast demultipleksimise teel vajalikud juhtimissignaalid ja edastab need mootorite sisendisse. 

### PPM-i kodeerimine raadiosides kasutamiseks
PPM-signaali täiskaadri pikkus on üldjuhul 22,5 ms (võib sõltuvalt tootjast varieeruda). Impulss-signaali madala oleku pikkus on 0,3 ms. Täiskaader algab alati startkaadriga, milleks on kõrge olek üle 2 ms. Iga kanal (kuni 8) kodeeritakse signaali kõrge olekuga valemi järgi  *PPM kõrge olek + 0.3 * PPM madal olek = Servo PPM impulsi laius*.
Edasiarendatud raadiojuhtimisega sidesüsteemid kasutavad tänapäeval impulsskoodmodulatsiooni, mis on keerulisem, kuid pakub suuremat usaldusväärsust ja paindlikkust. 2.4 GHz sagedusel töötava FHSS-  raadiosidesüsteemide tulek 21 sajandi algul muutis seda veelgi.

Lisaks mudelite juhtimisele on PPM kasutusel ka ISO/IEC 15693 standardit järgivates kontaktivabades kaartides ja kõrgsageduslikes RFID-kaartides.

## Vaata ka
* Modulatsioon (ülekandetehnika)

## Viited