Informiert=Geld gespart             Nutzbare Reichweite von PPM versus (S)PCM
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© Rudolf Fiala,   Rev. 12. 09. 2003 '

 
Definition: Senderausstrahlungen haben mit PPM- oder PCM-Modulation natürlich die identische Reichweite, wenn man sie mit einem Scanner oder sonstigem Empfänger abhört.
Die unterschiedliche maximale Nutz-Entfernung ist somit einen Eigenschaft einer unterschiedlichen Empfangssignal-Auswertung.

Im Verwender-Slang hat sich der Begriff "Impuls", der richtigerweise für den Informationstransport vom Empfänger zum Servo zu verwenden ist, fälschlicherweise in die Abläufe vor der Servo-Impulserstellung im Empfänger etabliert, wohl ein Überbleibsel aus der AM-Technik.

Bei der Frequenzmodulation (FM) gibt es keine "Impulse" in der abgestrahlten Hochfrequenz, sondern eine Verschiebung zwischen 2 definierten Frequenzen bei gleichbleibender Amplitude, wobei die Nutzinformation in der Dauer dieser Frequenzverschiebung eingeprägt ist.
(Diese Frequenzverschiebung wird in der Senderelektronik allerdings selbst wieder durch entsprechend lange Schaltimpuls (PPM) oder binäre (PCM, SPCM) Impulsketten erreicht, die Gleichsetzung des exakten Begriffs "Frequenzverschiebung" ("Hub" dtsch, nicht zu verwechseln mit PC-english "hub") mit dem Begriff "Impuls" scheint somit tolerabel zu sein.)

Woraus schlüssig hervorgeht, dass die Sendersignal-Feldstärke in beliebigen Entfernungen bei PPM und PCM gleich sein muss.  


So gibt mir das folgende Zitat in einem Forum die Möglichkeit zur eigenen Hinterfragung und Erarbeitung, warum (S)PCM tatsächlich eine größere NUTZ-Reichweite hat.

Zitat (mit Dank an den Verfasser):
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".... die Reichweite mit PCM ist deswegen weiter, weil beginnende Übertragungsprobleme (Reichweitenfehler) digital ausgebügelt werden."
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ABER:

"Bügeln" gar nicht notwendig!

Bei PPM ist die Information direkt in der Impulslänge (Frequenzverschiebungsdauer) kodiert und - da die meisten Servos irgendwo bei 1-1,5V schalten - hat auch der aus der Frequenzverschiebung abgeleitete Servoimpuls samt seiner veränderten Flankenform bei Einflüssen an der Reichweitengrenze oder sonstigen Störungen als Folge eine unerwünschte Veränderungen der Servostellung! Für das Servo wird der "echte" Servoimpuls von Impulsflanke zu Impulsflanke generiert, etwa dort wo in der Skizze der dünne Teil der Nadelimpulse ist. Dort sollten möglichst einwandfreie Flanken vorhanden sein.
Wie die Impulse an der oberen Linie ausschauen, ist ziemlich belanglos.


Impulskette      
   Impulskette am Empfänger-Serviceanschluss


Das kann sogar so weit gehen, dass 1 Impuls durch Störung irgendwelcher Art in 2 Impulse zerlegt wird (zusätzliche Zacke nach unten am Oszi) wobei das ursprüngliche Servo jetzt eine völlig falsche Impulslänge bekommt, der durch den Impulseinbruch weitergeschaltete Zähler-IC die 2.abgespaltene, fliegerisch unbrauchbare Impulshälfte kunstgerecht bereits dem nächsten Servo zuordnet und alle andere noch folgenden Servos die Senderstellungen um ein Servo verschoben erhalten.

gestörte Kette 
Und diese Servos haben ja normalerweise seitens des Senders auch unterschiedliche zB Neutralstellungen, Trimmungen und Geberstellungen.
Siehe zB. K5 blau und K5 schwarz oder den dann auf 2 Servos "gespaltenen" K2-Impuls, der ursprünglich nur für EIN Servo war.

Folge:"Alles durcheinander, Herr Graf, bitte sehr"  Bis zur nächsten, hoffentlich wieder einwandfreien Impulskette für alle Kanäle. (Der Grund für MPX-IPD und andere Kürzel als Plausibilitätskontrolle, die aber keinesfalls als Ersatz für die PCM-Prüfsummentechnik und deren Leistungsfähigkeit angesehen werden darf! Details dazu, auch die Nachteile hier)

Anmerkung: Es wäre technisch möglich, die Empfindlichkeit von PPM-Empfängern zu vergrößern. Es ist aber technisch sinnlos, da sie dann:

1) auch empfindlicher wären für die immer größer werdende elektronische Umweltverschmutzung ("electrosmog") und für eigenproduzierte HF-Störsignale an Bord  (Elektroflug, Turbinen-ECUs, elektr.Treibstoffpumpen, statische Hochspannungs-Ladungsprobleme bei Turbinenmodellen, während eines Fluges langsam kaputt werdenden Servos etc.);

2) bei den zunehmenden Flugplatzdichten von einem Nachbarflugplatz-Piloten leichter störbar wären;

3) detto von jenen Bastlern, die in und außerhalb von Ortschaften "mal schnell was ausprobieren" und das mit voller Senderantennenlänge, damit ihre Servos nicht zittern;

4) noch leichter ein Opfer von Böswilligen werden könnten;

5) detto von Fernsteuerungsverwendern, die bei NICHT-Flugmodellen das 35 MHz-Band widerrechtlich für Boden- oder Wasserfahrzeuge verwenden.

Diese Punkte sind u.a. der Grund für die bewusst verringerte Empfindlichkeit von Park- und Hallenflugempfängern!

Von diesen die Reichweite von Freilandempfängern zu verlangen oder in Vergleichstests zu monieren, ist kontraproduktiv.
Wegen Punkte 1-4 soll ein PPM-Empfänger gerade so empfindlich sein, dass er auch unter ungünstigen Bedingungen  (Antennenrichtungen und Funksmog beliebiger Art) mit Reserve seine fliegerisch und optisch sinnvolle Reichweite gerade noch garantieren kann, weil mehr zu empfangen eben schon wieder schädlich sein kann.

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Bei (S)PCM ist die Impulsform eines einzelnen Bits ziemlich egal, sie MUSS nur in ein bestimmtes Zeitfenster passen!

Ob sie aus einem sauberen Rechteck im Sender-Nahfeld, einer breiteren Nadel, oder aus irgendwas mit 3 beliebig hohen Zacken und 2 beliebig tiefen - möglichst nicht ganz auf Nullniveau allerdings!- Tälern, mit geraden, stufenförmigen, zittrigen oder verschliffenen Flanken besteht, ist UNWESENTLICH.

Solange der Impulsdetektor das als etwas Impuls-Ähnliches ausreichender Größe und Dauer für sein vorgegebenes kurzes Zeitfenster für den Binärwert "NULL", oder für sein um einiges größeres Zeitfenster für den Wert "EINS" erkennt, ist das für ihn ein auswertbarer Impuls.


Auch sogar wenn vom Empfangsteil in der erlaubten Zeit eines der jeweiligen einzelnen Bits zB. 2 kürzere Impulse daherkommen, es muss nur EINER davon lang genug für den mindest-RAHMENwert für "NULL" oder detto "EINS" sein. Die KÖNNEN ja nur EIN übermittlungsgeschädigter gespaltener Impuls sein, da der Sender ja AUSSCHLIEßLICH genauestens 2 Arten Bit-Impulse, kurze für "NULL" und um einiges längere für "EINS" versendet.

Dazwischen gibt es noch eine "neutralisierte" Zeitzone, wenn tatsächlich (geschädigte) Impulse dieser Länge (=Frequenzverschiebung dieser Dauer) festgestellt werden, werden sie einfach nicht angenommen. Gleichartig wie bei für "NULL" zu kurzen oder für "EINS" schon zu langen.

Selbige geschädigte Impulse können ja normalerweise nur aus der Frequenzmodulation und ihrer Dekodierung entstehen und durch irgendwelche störenden Mischprozesse eben verformt bis nahezu unkenntlich werden. Wenn das "Gewurl" oberhalb des ZERO-IC-Spannungspotenzials (oder unterhalb des HIGH-Potenzials je nach Elektronik) in eines der erlaubten Zeit-Fenster passt, ist das noch immer der verwertbare Impuls eines einzelnen Bits. Je nachdem eben NULL oder EINS.


Analogon:

PPM: leicht störbare Sprache, die in einiger Entfernung im allgemeinen Störpegel und/oder Hintergrundgeräuschen leicht untergeht.
PCM: Morseimpulse, immer verwertbar, solange sie nur noch irgendwie trotz Störpegel hörbar sind oder mittels eines Filters hervorhebbar sind.

Und dazu kommt jetzt noch die exakte Plausibilitätsprüfung per Prüfsummen gegen die Fehler in der Binärwertkette-Übertragung, wie vermutlich allgemein bekannt.

Somit: "Gebügelt" oder ähnlich  wird da nichts!  Da werden Impuls-Zeiten ausgesiebt. Und was nicht hineinpasst  verschwindet im Nirvana. Völlig unbeachtet, quasi existenzlos, da nicht in das Realitätsfeld des Empfängers passend.
 
Frei nach einem Beitrag von Herrn Kai Wimmer in einem Modellbauforum, der das natürlich noch viel besser erklären könnte als ich Fernsteueramateur:

Bei PCM werden nur 0en und 1sen übertragen.
Wenn z.B. 500µS = 0 und 1200µS = 1 ist, dann legt man üblicherweise einen Bereich fest, in dem eine 0 auch als eine solche erkannt wird, z.B. 400-600µS
Das Gleiche gilt für die 1.

Bildhaft kann man sich das folgend vorstellen:

Trefferfeld

Ein Dank dem Verfasser für diese Information. Meine analoge, beispielhafte Ergänzung für die "EINS":  1100-1300µS

Nachtrag 12.9.2003:

Dieses Beispiel war bei 8Bit-MPX-PCM mit ca. 50msec Frametime Größenordnungs-richtig, ist aber für die moderne SPCM-Technologie verifizierungsbedürftig:

Der Beispielwert für nur EIN "langes" Bit von 1200µSec (=1,2Millisec) liegt ja bereits in der Größenordnung der PPM-Impulse von 0,9 msec bis 2,1msec.!
SPCM besteht aber aus netto 10Bit pro Servo PLUS diverse Systembits wie mehrere Prüfsummen pro Frametime, mehrmals pro Sekunde die Kanal 9/10 Daten, Synchronstart  und vielleicht noch irgend etwas anderes.
Es sind daher pro Senderframe mit der Zykluszeit von ca.23msec etwa 100oder mehr Bit zu übertragen. Somit darf ein "langes" Bit für "1" überhaupt durchschnittlich nur ca. 230µsec dauern, damit auch der Zustand "1111111111" pro Servo übertragen werden kann!
Daraus folgt konsistent: Das o.a. Beispiel ist für die moderne SPCM-Technik cirka um den Faktor 5-10 zu hoch. Die Zeitfenster-MITTEN werden wohl bei ca. 50-100µsec und 150-230µsec liegen.

Ein SPCM-besitzender Leser mit entsprechendem Messequipment (One shot Speicheroszi) und Experimentierfreude wird gebeten,  mir per Email seine Messergebnisse und wenn möglich .gif-URL des Schriebes zukommen zu lassen, um sie hier zu veröffentlichen.  Selbstverständlich mit Einverständnis samt Namensnennung und Original Gif-URL.
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Fazit:
Ein (S) PCM-Empfänger hat nur die totalen ausfilternden Scheuklappen wie jedes Binär-System. Alles oder Nichts!


Aber diese "Scheuklappen" verhindern,  dass sich ein (S)PCM-Empfänger von jedem "Gequassel" in seiner Umgebung stören läßt, solange er nur irgend etwas Verwertbares hört. In  Entfernungen, wo ein PPM-Empfänger zwar auch noch etwas hört, aber nur mehr  "Bahnhof zum Fröhlichen Servozittern mit Verlust der Gesunden Mitte" versteht.

Rudolf Fiala

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