Fagstoff

Planlegging av en PCM datablokk

Publisert: 09.09.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Pulse Kode Modulering, eller PCM koding av data vil si at målingene gjøres om til digitale dataord som organiseres i en datablokk før det sendes mot bakken. Ulike instrumenter krever forskjellig nøyaktighet (bitoppløsning) og oppdateringsfrekvens. Disse momentene i tillegg til hvor mange parametre som skal overføres bestemmer oppbyggingen av en slik datablokk, eller PCM-format.

Når en skal planlegge et PCM-format til en rakett må en altså kartlegge
  • Hvilke instrumenter som er om bord; Hvor mange parametre skal overføres
  • Hvilken nøyaktighet kreves for hver parameter; Hvor mange bits trengs for å representere hver av parametrene
  • Hvor ofte må hver av parametrene måles; Hvor stor samplingsrate har instrumentet
Når en kjenner alle disse momentene kan en regne seg frem til hvor stor båndbredde/overføringshastighet som kreves for å tilfredsstille disse kravene.

Kommutering

For å kunne dele opp overføringskapasiteten til raketten slik at viktige data, som krever høy oppløsning og samplingsrate, kan gis flere tidsluker enn mindre viktige data må en dele opp datablokken som en tabell. Radene i tabellen kalles rammer og kolonnene kalles ord. I figuren under er det 16 ord i hver ramme og 8 rammer i hvert format. De to første ordene i hver ramme er synkroniseringsord. Disse markerer starten på hver ramme slik at mottakersystemet skal kunne finne frem til målingene som ligger inni formatet. I tillegg må ett av ordene inneholde en teller som nummererer hver ramme inni formatet.

Sentrale størrelser i oppbyggingen av en PCM dataramme 
  • Antall ord pr. ramme
  • Antall rammer pr. format.
  • Antall bits pr. ord (normalt 4 -32)
  • Antall synkroniseringsord (normalt 1 -2).
  • Plassering av synkroniseringsord(som regel ord 0 og 1)
  • Plassering av rammeteller
  • Bitrate (bits/sek)

You are missing some Flash content that should appear here! Perhaps your browser cannot display it, or maybe it did not initialise correctly. Download player
Oppbygging av PCM-datablokk
Opphavsmann: Narom

 

Definisjon

Kommutering: Forholdstall X:1 eller 1:X som viser antall ganger en datakanal opptrer per ramme. Har en kanal kommutering X:1 betyr det at kanalen opptrer X ganger per ramme. Dersom en kanal har kommutering 1:X betyr det at den opptrer i hver X’te ramme.

I vårt eksempel innebærer det at
  • dataord 4 har kommutering 2:1
  • dataord 3 har kommutering 1:8
  • dataord 7 har kommutering 1:1

Hovedkommutering:
Kanalen har kommutering 1:1, d.v.s. at den opptrer en gang pr. ramme. Dataord 7 er eksempel på en hovedkommutert kanal.

Superkommutering: Kanalen er X:1 kommutert hvor X er større enn 1, det vil si at kanalen opptrer mer enn en gang per ramme. Dataord 4 er eksempel på en superkommutert kanal.

Subkommutering: Kanalen har kommutering 1:X hvor X er større enn 1, det vil si at kanalen opptrer sjeldnere enn 1 gang per ramme. Dataord 3 er eksempel på en subkommutert kanal.

Spesielle tilfeller: I visse tilfeller kan kanaler opptre med uperiodisk mellomrom i formatet. Det vil si at kanalen kan opptre på for eksempel ord 1, 10, 28 , altså uten fast periode mellom punktprøvingene. Kanalene er likevel avlest med fast periodetid, men blir lagret uperiodisk i filen. Dette vil det være gode muligheter for å gjøre i et distribuert enkodersystem med asynkront grensesnitt mellom eksperiment og enkoderside.

Noen signaler avleses med mer enn 8 bits oppløsning. I et 8 bits ord-format-system vil en slik kanal oppta to datakanaler. Det er vanlig å plassere de mest signifikante bittene først og de minst signifikante bittene i neste ord. Kanalen er da ikke superkommutert selv om den opptar flere ord per ramme.


Planlegging av et PCM-format for en reell sonderakett

For bedre kunne forstå planlegging av et PCM-format skal vi ta for oss et reelt eksempel på en instrumentlast. Utgangspunktet er ønsket fra eksperimentatorene for kommuteringsrate og nøyaktighet. Hovedeksperimentene er vist i tabellform under.

Av dette estimatet framgår at vi vil trenge ~256 kbit/sek for å kunne møte eksperimentatorenes ønsker om samplingrater og nøyaktighet. I tillegg til dette kommer nødvendige tekniske parametre. En standard bitrate på eksisterende enkoder er 312,5 kbit/sek. De eksakte kommuteringsratene blir da som vist under.

Av praktiske grunner er det vanlig å dele opp en dataramme i bytes. Vårt forslag er derfor en ramme som består av 32 slike tidsluker på 8 bit. Et forslag til ramme er vist i tabellen under. Legg merke til at vi bruker både super-, hoved- og subkommutering.

Eksperimentet "Nøytral tetthet" forekommer 4 ganger i en dataramme (tidsluke 3, 4, 16, 17, 19, 20, supercom 4:1). Eksperimentet "Ionetetthet 1)" og "Ionetetthet 2)" forekommer 2 ganger per ramme (tidsluke 5, 6, 21, 22 og 7, 8, 23, 24, superkommutert 2:1). Også her er det behov for en nøyaktighet som krever 2 bytes. Andre data, slik som magnetometere (magnetiske orienteringssensorer) er her vurdert til å greie seg med en nøyaktighet som gitt av 8 bits. X og Z-aksen kommuteres 1:1, mens y-aksen kommuteres 2:1. Alle tekniske data, slik som strømmer, spenninger, temperaturer og liknende er subkommutert (1:32, dvs 38,1 Hz). Et helt format (datablokk) inneholder altså 32 sub-rammer. Blokkfrekvensen er 38,1 datablokker/sek.

Estimatet for eksperimenter og tekniske data er derfor
  • Eksperiment ønsker: ~ 240 kbit/sek
  • Tekniske støttedata: ~ 78 kbit/sek
  • Totale krav: ~ 318 kbit/sek

Den reelle bitraten i eksempelet ovenfor ble 312,5 kbit/sek med en eksisterende enkoder hvor bitraten er gitt av et fast neddelingsforhold fra systemets klokkeoscillator på 10 MHz. Bitraten fremkommer slik:
Oscillatorens frekvens / 32 ned deler = 10e+6 / 32 = 312,5 kHz.
Kravet til kanalkapasitet i overføringslenken er dermed gitt.

 

Relatert innhold

Generelt