Wie funktioniert die Modulation des Transponders?

Über PCM

Ich verstehe nicht, welche Vorteile die Verwendung von PCM [in einem Transponder] hat

Pulscodemodulation (PCM) ist eine Methode, die in Codecs verwendet wird, während Modulation eine Methode ist, die in Modems verwendet wird . PCM mit Modulation im Namen ist eine falsche Bezeichnung, PCM hat in keiner Weise mit Modulation zu tun.

PCM wird in der Audioverarbeitung verwendet, um ein analoges Signal zu nehmen und es durch Abtasten , Quantisieren und Kompandieren in einen digitalen Strom zu codieren . Es wird zum Beispiel für die Audiospeicherung auf einer Compact Disc und in einer Waveform -Datei (.wav) verwendet. Es kann zur Übertragung verwendet werden, aber CPM ist nur der Teil der Kette, der die zu sendenden digitalen Daten vorbereitet.

Einige Formen von PCM sind auf Audiokomprimierung ausgerichtet (z. B. DPCM oder ADPCM ), dieser Aspekt könnte in Bezug auf die größeren Datenblöcke im Modus S von Interesse sein, aber diese Komprimierung ist verlustbehaftet, was bedeutet, dass einige Daten nicht übertragen werden, was in der Tat keine Option ist für SSR.

Um jeden Zweifel daran auszuräumen, dass PCM (und die damit verbundene Codierung von Deltamodulation, Delta-Sigma und Differenz-PCM) keine Modulationstechnik ist, von Introduction to Analog and Digital Communications :

Ein Punkt, der noch einmal betont werden muss: In Wirklichkeit sind PCM, DM und DPCM Source-Encoding-Strategien, deren Zweck es ist, analoge Signale in digitale Form umzuwandeln. Für die eigentliche Übertragung der codierten Daten über einen Kommunikationskanal wird typischerweise die diskrete Form der Pulsamplitudenmodulation (PAM) verwendet.

Afaik, es gibt keine PCM-Anwendung in einem Transponder oder im sekundären Überwachungsradar, auf das der Transponder antwortet. Es wäre interessant, das Dokument zu sehen, in dem PCM im Zusammenhang mit SSR oder Modulation erwähnt wird.

Über Transpondermodulation

Wie funktioniert die Modulation des Transponders?

Normalerweise fragt eine SSR-Bodenstation (Sekundärüberwachungsradar) oder ein Antikollisionssystem Flugzeugtransponder ab, indem es Abfrageimpulse auf 1030 MHz sendet. Die Transponder antworten auf 1090 MHz. Es gibt mehrere Modi, die verwendet werden, um unterschiedliche Informationen von einem kompatiblen Transponder zu erhalten. Modi der Zivilluftfahrt sind:

• Modus A, um den 12-Bit-Identifikations-/Squawk-Code zu erhalten.
• Modus C, um die 12-Bit-Identifikation und die Höhe zu erhalten.
• Modus S, um eine 24-Bit-ICAO-Identifikation und verschiedene Daten zu erhalten. In diesem Modus sendet der Transponder auch regelmäßig spontan Daten für ACAS- und/oder ADS-B- Nutzungen.

Die Modi A/C können anhand der Zeit identifiziert werden, die zwischen den Impulsen P1 und P3 (mehr hier ) verstrichen ist, und Modus S durch das Vorhandensein des Datenblocks von Impuls P6. Transponder antworten nur, wenn sie mit dem Abfragemodus kompatibel sind.

Art der Modulation

Der grundlegende Modulationstyp, der für alles außer dem Datenblock der Modus-S-Abfrage (Puls P6) verwendet wird, ist die Ein-Aus-Tastung (OOK) , eine Art der Amplitudenumtastung (ASK), für die die Amplitude zwei Werte annehmen kann. Die Informationsbits werden einzeln übertragen, der Träger wird gesendet oder unterbrochen, je nach Bitwert:

OOK ist eine einfache Modulationsklasse, die verwendet wird, um Informationen mit niedriger Geschwindigkeit zu übertragen.

Modus S

Mode S (Select) ermöglicht es dem Interrogator, die ID des abgefragten Transponders anzugeben, um zu verhindern, dass alle anderen Transponder antworten. Dieses Protokoll erfordert wesentlich mehr Informationen sowohl für die Abfrage als auch für die Antwort. Diese Informationen werden nicht als einfache Impulse mit OOK übertragen, es muss eine Form der Synchronisation hinzugefügt werden, insbesondere wenn lange Ketten von Nullen oder Einsen übertragen werden.

Anstatt 0 durch das Fehlen eines Trägers und 1 durch das Vorhandensein eines Trägers (OOK) darzustellen, werden Bits im P6-Datenblock durch das Vorhandensein eines Trägers dargestellt, bei dem einige Eigenschaften geändert werden:

• Für die Abfrage enthält der Impuls P6 Informationen für das Synchronisationsphase-Umkehr(SPR)-Signal, den Abfragebefehl, die Zieltransponder-ID und 24 Bits der zyklischen Redundanzprüfung (CRC).
  P6-Bits werden unter Verwendung einer Variante der differenziellen Phasenumtastung gesendet , der differenziellen binären Phasenumtastung (DBPSK) mit einer Phasenverschiebung von 0° für 0 und 180° für 1, dh sie bestehen darin, den Träger zu invertieren, wenn der Bitwert 1 ist: ^{DBPSK verwendet für in Abfragedaten} Die Bitrate beträgt 4 Mbps. Außerdem wird die Differenz der Amplitude des Impulses P5 (in alle Richtungen gesendet) und des Impulses SPR (nur vorwärts gesendet) erfasst, um Transponder stummzuschalten, die sich nicht vor der Abfragegerätantenne befinden.
  
  
  
  
  

• Antwortdatenblöcke werden mit Pulse Position Modulation (PPM) codiert, die darin besteht, einen Trägerimpuls mit einer vom Wert abhängigen Zeitverschiebung zu senden. Dies stellt eine Rückkehr zu Null sicher, was eine Form der Synchronisation ist. Bei binären Werten wird der Impuls entweder in der ersten Hälfte des Zeitschlitzes für das Bit (für Bit 1) oder in der zweiten Hälfte (für Bit 0) gesendet.
  
  PPM mit nur zwei Werten ist daher äquivalent dazu, zuerst Daten unter Verwendung von Manchester-Code zu codieren und dann den Träger unter Verwendung von OOK zu modulieren, das bereits für den Modus A/C verwendet wird. Diese Wahl wurde getroffen, um die Bordelektronik zu vereinfachen, als Modus S von der FAA eingeführt wurde. ^{PPM für Antwortdaten verwendet}
  
  
  
  
  Die Bitrate beträgt 1 Mbit/s. Der Inhalt des Datenblocks hängt von der Art der Abfrage oder der Art der verwendeten automatischen Rundsendung ab. Beispiel für automatisch gesendeten ADS-B-Squitter: ^Quelle
  
  
  

Mehr zu ATC-Abfrage- und Antwortformaten hier .

Es werden zwei Arten von Transpondern verwendet. Das Air Traffic Control Radio Beacon System (ATCRBS – ausgesprochen at-crabs) ist das ältere System, das Modus A für den ATC-Code und Modus C für die Höhenmeldung verwendet. Der neuere Mode Select (Mode S) wurde eingeführt, um TCAS zu unterstützen. Es unterstützt alle drei Modi A, C und S.

Modus A und C sind Pulsamplitudenmodulation (PAM). Beide Modi liefern ein 12-Bit-Antwortwort. Alle Impulse werden zwischen 2 Rahmenimpulsen übertragen, die 20,3 Mikrosekunden voneinander entfernt sind und nominell 0,45 Mikrosekunden lang sind. Jedes "Bit" hat einen Ort zu einem festen Zeitpunkt nach dem ersten Rahmenimpuls. Das Vorhandensein eines Impulses ist eine "1" und das Fehlen eines Impulses ist eine "0". Es gibt tatsächlich Platz für ein 13. Bit, aber es wird derzeit nicht verwendet.

Modus A codiert den zugewiesenen ATC-Code – 4 Zahlen von 0 bis 7. Der Bereich von 0 bis 7 stimmt mit oktaler Codierung mit 3 binären Bits überein. Somit stellen 3 Bits jede der 4 Zahlen dar – insgesamt 12 Bits.

Modus C verwendet die 12 Bits, um die Höhe in Hunderten von Fuß unter Verwendung der Gillham-Codierung (Gray-Code) zu codieren.

Mode-S-Antworten haben viel mehr Daten. Sie haben eine Präambel von 4 Impulsen. Nach der Präambel gibt es entweder 56 oder 112 Datenbits, die mit Pulspositionsmodulation (PPM) codiert sind. Bei dieser Codierung wird jeder 0,45-Use-Impuls in die erste oder zweite Hälfte eines 1-Use-Slots platziert. Befindet sich der Impuls in der ersten Hälfte des Schlitzes, ist er eine "1". Wenn es in der zweiten Hälfte ist, ist es eine "0".

Mode-S-Antworten sind ziemlich zahlreich und enthalten mehrere Formate und Datenfelder.

Der Transponder sendet digitale Daten (baro, id, sq, etc.) und sie werden in die Antwort des Transponders kodiert. Die Modulation des digitalen Signals auf HF im Modus S in einen 56-Bit- oder 112-Bit-Block unter Verwendung von Pulspositionsmodulation (PPM). Außerdem werden die Daten mit einem CRC aggregiert, um die Datenintegrität der Felder sicherzustellen.

Die Strategien für Mode A- und C-Transponder unterscheiden sich deutlich von Mode S. Mode S ist ein System vom Datenverbindungstyp und wurde entwickelt, um speziell ein Flugzeug zu adressieren. Modus A und C nicht. Die Gemeinsamkeit schließt jedoch die Verwendung von 1030- und 1090-MHz-Bändern ein.

PCM wird verwendet, um Daten effizient zu codieren, wobei digitale "Bits" minimiert werden, und Pulspositionsmodulation (PPM) wird verwendet, um die digitalen Daten in ein HF-Signal zu modulieren, um die digitalen Daten zu einem Empfänger zu transportieren. Strategien, die kein PCM verwenden, können mehr Daten benötigen, um die gleichen effektiven Datenraten zu erreichen.

Die digitalen Daten auf diesem Signal sind eine Kombination der Datenfelder für diese Transponderstrategie, die gepackt und mit CRC für Fehlererkennung und -toleranz versehen ist. Die digitalen Daten werden zur Übertragung über eine 1090-MHz-Antwort PPM-moduliert.