PPM або PCM?

Апаратура радіокерування буває PPM (з аналоговим принципом кодування) і PCM (з цифровим). РPM — дешевше, PCM — дорожче.

Принцип PPM-кодування

В PPM-кодері кожен канал задається імпульсом, тривалістю від 700 до 2200 мкс. Межі можуть трохи змінюватись в залежності від конкретної моделі апаратури. Середньому положенні рульової машинки відповідає імпульс тривалістю близько 1500 мкс. Всі канальні імпульси об'єднуються в послідовність і передаються кожні 18-20 мс. Пауза між передачею служить для синхронізації.

Принцип PCM-кодування

Тут все трохи складніше, ніж з PPM. Єдиний стандарт на кодування відсутній. Кожна фірма вигадує свій механізм кодування даних.

В PCM-апаратурі інформація про кожний канал передається у вигляді числа. Точність, з якою задається значення сигналу, становить від 8 до 10 розрядів. Тобто, в залежності від реалізації PCM, можна буде поставити 256, 512 або 1024 різних положень для ручки передавача (ну, або для рульової машинки).

Дані з усіх каналів об'єднуються в послідовність, до них додається сінхропакет, контрольна сума, і все це подається на модулятор. У приймальнику, після детектора, сигнал надходить на мікроконтролер, який по сінхропакету визначає початок фрейму даних, декодує їх, перевіряє контрольну суму і в залежності від результату вирішує, що робити далі (видати на кермові машинки, проігнорувати, перейти в режим failsafe і т. д.).

Всі алгоритми PCM, існуючі на сьогоднішній день, використовують для захисту інформації тільки контрольну суму. Ніякої надмірності немає і в помині. Це означає, що в разі спотворення можна буде визначити, що дані пошкоджені, але відновити нічого не вийде.

Другим нюансом PCM є те, що дані передаються трохи довше, ніж в PPM. Це легко підрахувати. Треба транслювати 8-10 каналів, по 8-10 біт на канал. Плюс контрольні суми, службова інформація і синхропослідовність. Разом виходить 100-160 біт. З огляду на те, що спектр випромінювання передавача обмежений, тривалість одного біта не може бути менше 0.3 мс. Таким чином, на передачу повного фрейму даних (інформації про всі канали на заданий момент часу) має піти 30-50 мілісекунд, проти 20 у PPM.

Деякі виробники апаратури використовують різні хитрощі, щоб збільшити швидкість передачі.

Приклад — PCM 1 024

Розглянемо алгоритм PCM 1024, який використовується в передавачах Futaba. Він досить цікавий і забезпечує відносно невелику тривалість фрейму даних.

Кожен фрейм складається з синхроимпульсу, даних про значення каналів, службових даних та контрольної суми. Службові дані несуть в собі інформацію про роботу в режимі failsafe. При заваді, коли контрольна сума не збігається, дані з усього фрейму будуть загублені. Загальний цикл передачі даних займає 28.5 мс.

Щоб зменшити розмір фрейма, для кожного сигналу по черзі передається то абсолютне значення (всі 10 біт), то різницю (у вигляді змін, займає менше місця). Зверніть увагу, що в парних фреймах абсолютні значення передаються для каналів 1, 3, 5, 7, 9, а в непарних фреймах — для каналів 2, 4, 6, 8. При такій схемі передачі випадання одного фрейма не може сильно впливати на точність даних, а швидкість відновлення найбільш динамічних каналів залишається дуже високою. Всього 14.25 мс, що навіть трохи менше ніж в PPM.

Загальна ситуація зі стандартами PCM і PPM

Z-PCM (512) від JR/Graupner. 8 аналогових каналів, кожен канал може передавати 512 положень (розрядність — 9 біт). Дані передаються в 2 прийоми, по 4 канали в кожному пакеті, захищеному контрольною сумою. Тривалість передачі 1 пакету — 22 мс. Кожен пакет складається з даних про канал 1 або 5, 2 або 6, 3 або 7, 4 або 8. Якщо якийсь канал залишається незмінним, то передавач автоматично замінює його другим каналом з пари. Таким чином, інформація про найбільш динамічні канали передається частіше. При одиничній помилці пропадають дані про 4 канали.

S-PCM (1024) від JR/Graupner. Подальший розвиток Z-PCM. Точність — 10 біт. Розмір 1 блоку даних було зменшено і тривалість тепер становить 10.5 мс. Повний цикл передачі даних про всі канали складається з 4 блоків даних і триває 44 мс. При одиничній помилці пропадають дані про 2 канали.

Simprop PCM (System 90). Використовується прямий підхід. Весь фрейм триває 55 мс, складається з 6 блоків для аналогових каналів (по 8 біт на канал) і 6 блоків для дискретних каналів (по 3 біти на канал). Кожен блок захищений своїм бітом парності. Не найнадійніший варіант, але цілком прийнятний (з урахуванням того, що ймовірність подвійних помилок набагато менше, ніж ймовірність одинарних).

Robbe Futaba PCM 1024. Одне з найцікавіших рішень, що має найбільшу швидкість передачі інформації в порівнянні конкуруючими алгоритмами. Деталі реалізації були описані в попередньому розділі.

Multiplex IPD (Intelligent Pulse Decoding). Спочатку фірма Multiplex мала свій PCM-стандарт, але згодом від нього відмовилася і стала просувати поліпшену версію PPM, яку назвали IPD. Суть полягає в використанні мікроконтролера для обробки прийнятого сигналу. Мікроконтролер аналізує дані, що надходять, і намагається звести вплив помилок до мінімуму, там де це можливо. Заодно реалізується функція failsafe.

А чи потрібен режим failsafe?

Failsafe — це такий режим, коли при відсутності сигналу з передавача, кермові машинки встановлюються в заздалегідь задане положення. Сам по собі такий режим може бути реалізований по-різному. Найчастіше така функція вбудована в приймачі, що містять всередині мікроконтролер (PCM- і IPD-приймачі). Але ця функція може бути вбудована і в цифрові кермові машинки.

Не можна сказати однозначно, що цей режим корисний, або, навпаки, шкідливий. В одному випадку failsafe зможе при заваді врятувати вашу модель, а в іншому — з легкістю її знищить. І заздалегідь тут складно що-небудь передбачити.

Дійсно, однозначно вдале застосування, яке приходить в голову — це моделі гелікоптерів. Адже часто їх запускають поблизу від людей, а ротор вертольота становить величезну небезпеку для життя. Цілком може статися, що при сильній заваді гелікоптер полетить у бік натовпу. І вже, звичайно, питання збереження самої моделі при цьому відступлять на другий план. Failsafe дозволить скинути газ вертольота до мінімуму і зменшить ймовірність людських жертв. Гелікоптер, швидше за все, просто не долетить до людей.

Стосовно до літаків, можна зробити загальний висновок, що в багатьох випадках газ було б непогано скинути до мінімуму. Зазвичай, є велика різниця між ситуацією, коли модель врізається в землю на холостому ході і коли врізається на повному газі. Природно, мова вже йде не про порятунок моделі, а про мінімізацію можливих збитків.

Переваги та недоліки різних підходів

Переваги PPM:

• Можливість спільної роботи приймачів і передавачів різних виробників.
• Простота реалізації і дешевизна.
• Перешкоди в ефірі можна виявити на ранній стадії виникнення (кермові машинки починають сіпатися).

Недоліки PPM:

• З огляду на простоту протоколу, виявляти помилки передачі досить проблематично.

Переваги PCM:

• Точне позиціонування рульових машинок, яке залежить від дальності і інших чинників.
• Збереження положень сервомашинок в разі коротких перешкод. Це призводить до збільшення відстані, на якій кермові машинки все ще керуються. Але треба пам'ятати, що ціною є уповільнена реакція (через випадання перекручених фреймів даних), а також можливість переходу приймача в режим failsafe.
• Можливість встановити кермові машинки в задане положення при повному зникненні сигналу або при сильних перешкодах (режим failsafe).

Недоліки PCM:

• PCM-приймачі дорожчі, в порівнянні з аналогічними PPM-приймачами.
• З огляду на більш широкий спектр PCM-сигналу, вибірковість по сусідньому каналу трохи поступається вибірковості аналогічних PPM-приймачів. Категорично не рекомендується літати над передавачем, що працює на сусідньому каналі.
  Втім, до PPM-приймачів це теж відноситься, хоча і в дещо меншому ступеню. Природно, в обох випадках мова йде про порівнянних приймачах (наприклад, схожих і якісних приймачах подвійного перетворення).
• Різні виробники по-різному реалізують протоколи PCM. Внаслідок цього приймачі і передавачі різних виробників практично ніколи не можуть працювати разом в режимі PCM.
• Перевірка якості прийому сильно затруднено, оскільки приймач маскує перешкоди (сервомашинки не сіпаються, а фіксуються на місці). Про наявність перешкод можна дізнатися занадто пізно (коли вони настільки великі, що приймач вже переходить в режим failsafe).

Які можна зробити висновки?

• Від великих неприємностей з керуванням PCM все одно не рятує.
• PCM допомагає ліквідувати незначні рідкісні перешкоди. Ці перешкоди не мають серйозного впливу на безпеку польотів, але відсутність незначних і рідкісних посмикувань сервомашинок дозволяє управляти моделлю більш комфортно.
• Якщо рівень перешкод не дозволяє літати на PPM, то використовувати PCM теж немає сенсу. Модель все одно може втратити керування в будь-який момент, причому, внаслідок фільтрації перешкод в PCM, втрата управління буде дуже раптовою.
• Окремо варто згадати ситуації, коли джерело перешкод передбачуване (на кшталт іскрового запалювання). В офіційних паперах одного з розробників електронного запалювання CH Ignitions фірма не рекомендує використовувати режим РСМ, оскільки він маскує перешкоди від запалювання і не дозволяє вчасно виявити неполадки. У цьому випадку на малих відстанях перешкоди парируються пропусками зіпсованих пакетів, а на збільшеній дистанції буде втрата апарату.
  Складно сказати щодо регулярних польотів, але перевіряти і обкатувати модель з іскровим запалюванням дійсно краще в режимі PPM.

Запам'ятайте, що немає сенсу вибирати апаратуру за принципом PPM/PCM. Набагато більше значення має якість виконання решти радіотракта (ВЧ-модуля передавача і приймача). Просто якщо приймач PCM, то він як правило завжди подвійного перетворення (за винятком моделей фірми Graupner) і з хорошими характеристиками.

Загалом, якщо у вас гарна апаратура з PCM — користуйтеся нею в цьому режимі. Якщо просто FM, але приймач подвійного перетворення — теж користуйтеся і не турбуйтеся.