¿Cómo funciona la modulación del transpondedor?

Acerca de PCM

No entiendo cuales son las ventajas de usar PCM [en un transpondedor]

La modulación de código de pulso (PCM) es un método utilizado en códecs , mientras que la modulación es un método utilizado en módems . PCM con modulación en el nombre es un nombre inapropiado, PCM no se relaciona con la modulación de ninguna manera.

PCM se utiliza en el procesamiento de audio para tomar una señal analógica y codificarla en un flujo digital mediante muestreo , cuantificación y compresión . Se utiliza, por ejemplo, para el almacenamiento de audio en un disco compacto y en un archivo de forma de onda (.wav). Puede usarse para transmisión, pero CPM es solo la parte de la cadena que prepara los datos digitales para enviar.

Algunas formas de PCM están orientadas a la compresión de audio (por ejemplo, DPCM o ADPCM ), este aspecto podría tener algún interés con respecto a los bloques de datos de modo S más grandes, pero esta compresión tiene pérdida, lo que significa que algunos datos no se transmitirán, lo que de hecho no es una opción. para RSS.

Para despejar cualquier duda acerca de que PCM (y la modulación delta de codificación asociada, delta-sigma y PCM diferencial) no es una técnica de modulación, de Introducción a las comunicaciones analógicas y digitales :

Un punto que debe enfatizarse por última vez: en realidad, PCM, DM y DPCM son estrategias de codificación de fuente, cuyo propósito es convertir señales analógicas en forma digital. Para la transmisión real de los datos codificados a través de un canal de comunicación, se usa típicamente la forma discreta de modulación de amplitud de pulso (PAM).

Afaik, no hay ninguna aplicación PCM en un transpondedor o en el radar de vigilancia secundario al que responde el transpondedor. Sería interesante ver el documento donde se menciona PCM en el contexto de SSR o modulación.

Acerca de la modulación del transpondedor

¿Cómo funciona la modulación del transpondedor?

Por lo general, una estación terrestre SSR (radar de vigilancia secundario) o un sistema anticolisión interroga a los transpondedores de la aeronave enviando pulsos de interrogación en 1030 MHz. Los transpondedores responden en 1090 MHz. Hay varios modos que se utilizan para obtener información diferente de un transpondedor compatible. Los modos de aviación civil son:

• Modo A para obtener el código de identificación/graznido de 12 bits.
• Modo C para obtener la identificación de 12 bits y la altitud.
• Modo S para obtener identificación OACI de 24 bits y varios datos. En este modo, el transpondedor también transmite regularmente datos de forma espontánea para usos ACAS y/o ADS-B .

Los modos A/C se pueden identificar por el tiempo transcurrido entre los pulsos P1 y P3 (más aquí ) y el modo S por la presencia del bloque de datos del pulso P6. Los transpondedores responden solo si son compatibles con el modo de interrogación.

Tipo de modulación

El tipo básico de modulación que se utiliza para todo excepto el bloque de datos de la interrogación del modo S (pulso P6) es la modulación de encendido y apagado (OOK) , un tipo de modulación por cambio de amplitud (ASK) para la cual la amplitud puede tener dos valores. Los bits de información se transmiten uno por uno, la portadora se envía o se interrumpe, según el valor del bit:

OOK es una clase simple de modulaciones, que se utiliza para transmitir información a baja velocidad.

Modo S

El Modo S (Seleccionar) permite al interrogador especificar la ID del transpondedor interrogado, para evitar que todos los demás transpondedores respondan. Este protocolo requiere mucha más información tanto para la interrogación como para la respuesta. Esta información no se transmite como simples pulsos usando OOK, se debe agregar alguna forma de sincronización, especialmente cuando se transmiten largas cadenas de 0 o 1.

En lugar de representar 0 por la ausencia de portadora y 1 por la presencia de portadora (OOK), los bits en el bloque de datos P6 están representados por la presencia de portadora en la que se cambia alguna característica:

• Para la interrogación, el pulso P6 contiene información para la señal de inversión de fase de sincronización (SPR), el comando de interrogación, la ID del transpondedor de destino y 24 bits de la verificación de redundancia cíclica (CRC).
  Los bits P6 se ​​envían utilizando una variante de modulación por desplazamiento de fase diferencial , la modulación por desplazamiento de fase binaria diferencial (DBPSK) con un desplazamiento de fase de 0° para 0 y 180° para 1, es decir, que consiste en invertir la portadora cuando el valor del bit es 1: ^{DBPSK utilizado para datos de interrogación} La tasa de bits es de 4 Mbps. Además, la diferencia de amplitud del pulso P5 (enviado en todas las direcciones) y el pulso SPR (enviado solo hacia adelante) se detecta para silenciar los transpondedores que no están frente a la antena del interrogador.
  
  
  
  
  

• Los bloques de datos de respuesta se codifican mediante modulación de posición de pulso (PPM) , que consiste en enviar un pulso de portadora con un cambio de tiempo que depende del valor. Esto asegura un retorno a cero que es una forma de sincronización. Para valores binarios, el pulso se envía en la primera mitad del intervalo de tiempo del bit (para el bit 1) o en la segunda mitad (para el bit 0).
  
  Por lo tanto, PPM con solo dos valores es equivalente a codificar primero los datos usando el código Manchester y luego modular la portadora usando OOK ya usado para el modo A/C. Esta elección se hizo para simplificar la electrónica aerotransportada cuando la FAA adoptó el modo S. ^{PPM utilizado para datos de respuesta}
  
  
  
  
  La tasa de bits es de 1 Mbps. El contenido del bloque de datos depende del tipo de interrogación o del tipo de transmisión automática utilizada. Ejemplo de señales espontáneas ADS-B enviadas automáticamente: ^Fuente
  
  
  

Más información sobre los formatos de interrogación y respuesta ATC aquí .

Hay dos tipos de transpondedores en uso. Air Traffic Control Radio Beacon System (ATCRBS - pronunciado at-crabs) es el sistema más antiguo que utiliza el Modo A para el código ATC y el Modo C para informar sobre la altitud. Se introdujo la selección de modo más nueva (Modo S) para admitir TCAS. Es compatible con los tres modos A, C y S.

Los modos A y C son modulación de amplitud de pulso (PAM). Ambos modos proporcionan una palabra de respuesta de 12 bits. Todos los pulsos se transmiten entre 2 pulsos de trama que están separados por 20,3 microsegundos y tienen una duración nominal de 0,45 microsegundos. Cada "bit" tiene una ubicación en un punto de tiempo fijo después del primer pulso de trama. La presencia de pulso es un "1" y la falta de pulso es un "0". De hecho, hay espacio para un bit 13, pero actualmente no se usa.

El modo A codifica el código ATC asignado: 4 números del 0 al 7. El rango del 0 al 7 se alinea con la codificación octal de 3 bits binarios. Por lo tanto, 3 bits representan cada uno de los 4 números: 12 bits en total.

El modo C usa los 12 bits para codificar la altitud en cientos de pies usando la codificación Gillham (código Gray).

Las respuestas en modo S tienen muchos más datos. Tienen un preámbulo de 4 pulsos. Después del preámbulo hay 56 o 112 bits de datos codificados con modulación de posición de pulso (PPM). En esta codificación, cada pulso de 0,45 usec se coloca en la primera o segunda mitad de una ranura de 1 usec. Si el pulso está en la primera mitad de la ranura, es un "1". Si es en la segunda mitad, es un "0".

Las respuestas en Modo S son bastante numerosas y contienen múltiples formatos y campos de datos.

El transpondedor envía datos digitales (baro, id, sq, etc.) y se codifican en la respuesta del transpondedor. La modulación de la señal digital a RF en Modo S en un bloque de 56 o 112 bits utilizando modulación de posición de pulso (PPM). Además, los datos se agregan con un CRC para garantizar la integridad de los datos de los campos.

Las estrategias para los transpondedores de Modo A y C son notablemente diferentes de las del Modo S. El Modo S es un sistema de tipo enlace de datos y está diseñado para dirigirse específicamente a una aeronave. Los modos A y C no lo son. Sin embargo, lo común incluye el uso de bandas de 1030 y 1090 MHz.

PCM se usa para codificar datos de manera eficiente minimizando los "bits" digitales y la modulación de posición de pulso (PPM) se usa para modular los datos digitales en una señal de RF para transportar los datos digitales a un receptor. Las estrategias que no utilizan PCM pueden requerir más datos para lograr las mismas tasas de datos efectivas.

Los datos digitales en esa señal son una combinación de los campos de datos para esa estrategia de transpondedor, que se empaqueta y se agrega CRC para detección y tolerancia de errores. Los datos digitales se modulan en PPM para su transmisión a través de una respuesta de 1090 MHz.