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パルス位置変調（PPM ）は、 Mビットのメッセージデータを、1 つのパルスを送信することによって符号化する信号変調の一種です。必要な時間シフトの可能性。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]これはT秒 ごとに繰り返され、送信ビットレートはビット/秒。これは主に光通信システムで有用であり、光通信システムはマルチパス干渉がほとんど、あるいは全くない傾向がある。
パルス位置変調の古代の使用例としては、紀元前350年頃にアイネイアス・スティンファロスによって発明されたギリシャの水力信号システムがあり、これは水時計の原理を利用して信号のタイミングを計っていました。[ 4 ]このシステムでは、水の排水がタイミング装置として機能し、たいまつがパルスの信号として使用されました。このシステムでは、排水口をオン/オフできる同一の水入り容器と、軍事メッセージを表すさまざまな予め定められたコードがマークされた棒が付いたフロートが使用されました。オペレーターは、遠くから互いに見えるように容器を丘の上に置きました。メッセージを送信するには、オペレーターはたいまつを使用して水の排水の開始と終了を合図し、フロートに取り付けられた棒のマークがメッセージを示しました。
現代では、パルス位置変調は、1853年に遡る電信時分割多重化に起源を持ち、パルス符号変調やパルス幅変調と並行して発展しました。[ 5 ] 1960年代初頭、NASAのドン・マザーズとダグ・スプレングは、無線操縦（R/C）システムで使用されるパルス位置変調を発明しました。PPMは現在、光ファイバー通信、深宇宙通信で使用されており、R/Cシステムでも引き続き使用されています。
この技術を実装する際の重要な課題の一つは、受信機が各シンボルの開始時刻にローカルクロックを適切に同期させる必要があることです。そのため、差動パルス位置変調（DPPM）として差動的に実装されることが多く、各パルスの位置は前のパルスの位置を基準として符号化されるため、受信機は連続するパルスの到着時間の差のみを測定すればよいことになります。誤差の伝播を隣接するシンボルに限定することも可能で、あるパルスの差動遅延の測定誤差が、後続のすべての測定に影響を与えるのではなく、2つのシンボルのみに影響を与えるようにすることができます。
受信機の同期に関する問題とは別に、PPMの主な欠点は、周波数選択性フェージングのあるチャネルで発生するマルチパス干渉に本質的に敏感であることです。この場合、受信機の信号には、送信された各パルスのエコーが 1 つ以上含まれます。情報は到着時間(差動または共通クロックに対する相対時間) に符号化されているため、1 つ以上のエコーが存在すると、送信されたパルスに対応する正しいパルス位置を正確に決定することが、不可能ではないにしても、非常に困難になります。パルス位置変調システムにおけるマルチパスは、エコーが存在する場合でも受信パルスの同期と到着時間に完全に依存して距離位置を取得するレーダーシステムで使用されるのと同じ技術を使用することで、容易に軽減できます。
PPMの主な利点の1つは、非コヒーレントに実装可能なM値変調方式であることです。そのため、受信機は搬送波の位相を追跡するために位相同期ループ（PLL）を使用する必要がありません。このため、コヒーレント位相変調と検出が困難で非常に高価な光通信システムに適した方式と言えます。他に一般的なM値非コヒーレント変調方式は、M値周波数偏移変調（M-FSK）のみであり、これはPPMの周波数領域における双対方式です。
帯域幅、平均電力、伝送速度が M/T ビット/秒で同じ PPM および M-FSK システムは、加法性白色ガウス雑音(AWGN) チャネルでは同一の性能を示します。しかし、周波数選択性フェージングチャネルと周波数フラットフェージングチャネルを比較すると、その性能は大きく異なります。周波数選択性フェージングは、PPM データの符号化に使用される M 個の時間シフトのいずれに対しても非常に大きな障害となるエコーを生成しますが、M-FSK データの符号化に使用される M 個の周波数シフトのうち、一部のみを選択的に障害します。一方、周波数フラットフェージングは、M-FSK に対して PPM よりも大きな障害となります。これは、M 個の周波数シフトすべてがフェージングによって劣化するのに対し、PPM パルスの持続時間が短いため、M 個の時間シフトのうちフェージングによって大きく劣化するのはごく一部であるためです。
光通信システムはマルチパス歪みが弱い傾向があり、PPMはそのような多くの用途において有効な変調方式である。
低電力で長波長（つまり低周波数）の狭帯域RF（無線周波数）チャネルは主にフラットフェージングの影響を受け、このようなシナリオではM-FSKよりもPPMの方が適しています。このようなチャネル特性を持つ一般的なアプリケーションの1つは、1960年代初頭にHF帯の上限周波数（27MHzまで）からVHF帯の 下限周波数（場所によってRC用途で30MHzから75MHz ）までで初めて使用された、模型飛行機、ボート、自動車の無線制御で、当初は「デジタル比例」無線制御として知られていました。これらのシステムではPPMが採用されており、各パルスの位置は送信機のアナログ制御の角度位置、またはバイナリスイッチの可能な状態を表します。フレームあたりのパルス数は、制御可能なチャネルの数を示します。この種のアプリケーションでPPMを使用する利点は、信号を復号するために必要な電子回路が非常にシンプルであるため、小型軽量の受信機/デコーダユニットが実現できることです（模型飛行機はできるだけ軽量な部品を必要とします）。模型無線操縦用のサーボには、パルスをモーター位置に変換するために必要な電子回路の一部が組み込まれています。受信機は、まず受信した無線信号の中間周波数部分から情報を抽出し、次にシリアルストリームから個々のチャネルを分離し、制御パルスを各サーボに供給する必要があります。
PPMフレーム全体は約22.5ms （実装によって変動する可能性がある）で、信号のロー状態は常に0.3msです 。フレームはスタートフレーム（2ms以上ハイ状態 ）から始まります。各チャンネル（最大8チャンネル）は、ハイ状態とロー状態の時間を加算してエンコードされます（PPMハイ状態 + 0.3 = サーボPWMパルス幅）。
より高度な無線制御システムは、現在ではパルス符号変調（PCM） をベースとしていることが多く、PCMはより複雑ではあるものの、柔軟性と信頼性に優れている。21世紀初頭に2.4GHz帯FHSS無線制御システムが登場したことで、この状況はさらに変化した。
パルス位置変調は、ISO/IEC 15693非接触型スマートカードとの通信や、RFIDタグ用の電子製品コード（EPC）クラス1プロトコルのHF実装にも使用されています。
