Modulación de Pulsos: Tipos, Aplicaciones y Ventajas en la Transmisión Digital

Modulación de Pulsos: Fundamentos y Aplicaciones en Telecomunicaciones

Muestreo

El proceso de muestreo es fundamental en todos los sistemas de modulación de pulsos y, generalmente, se describe en el dominio del tiempo. Una señal analógica continua en el tiempo se convierte en una secuencia de muestras discretas a intervalos regulares. Esto sienta las bases para la conversión de señales analógicas a un formato digital.

Modulación por Ancho de Pulsos (PWM)

La modulación por ancho de pulsos (PWM) es una técnica que modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica. Se utiliza comúnmente para controlar la cantidad de energía entregada a una carga, como un motor o un LED. Su construcción típica involucra un comparador con dos entradas:

• Una entrada conectada a un oscilador de onda en diente de sierra.
• La otra entrada recibe la señal moduladora.

La salida del comparador genera una señal PWM. Una desventaja importante de los circuitos PWM es la posible generación de interferencias por radiofrecuencia (RFI). Otra aplicación relevante es el envío de información de forma analógica.

Modulación por Amplitud de Pulsos (PAM)

La modulación por amplitud de pulsos (PAM) es una técnica donde la frecuencia y el desfase de la señal portadora permanecen constantes, mientras que la amplitud varía de acuerdo con la señal moduladora. Las amplitudes pueden ser valores reales o complejos. En PAM, la señal no se limita a dos niveles; puede tener cualquier valor real. Este tipo de modulación es una consecuencia directa del muestreo de una señal analógica.

La modulación se denomina N-PAM, donde 'N' representa el número de símbolos o amplitudes posibles (ej: 2-PAM, 4-PAM, 256-PAM). PAM toma información analógica, la muestrea y genera pulsos basados en los resultados. Aunque eficaz en otras áreas de la ingeniería, PAM es menos eficiente en la comunicación de datos porque, a pesar de traducir la forma de onda a pulsos, la amplitud de estos pulsos sigue siendo una señal analógica, no digital.

Modulación por Posición de Pulsos (PPM)

La Modulación por Posición de Pulsos (PPM) mantiene constantes la amplitud y el ancho de los pulsos, mientras que la posición varía. Una palabra de M bits se codifica transmitiendo un único pulso en una de N posiciones posibles, donde N define el tipo de modulación PPM. Una dificultad clave en la implementación de PPM es la necesidad de una sincronización precisa del receptor para alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo.

Además de la sincronización, la principal desventaja de PPM es su susceptibilidad a la interferencia por múltiples caminos (multipath) en canales con desvanecimientos selectivos en frecuencia. Esto se manifiesta en el receptor como ecos de los pulsos transmitidos, degradando la señal.

Proceso de Cuantificación y Codificación

La señal muestreada (PAM) se aplica a una serie de comparadores a través de una cadena de divisores de voltaje. El número de comparadores es igual al número de niveles de cuantificación. Este proceso convierte la amplitud continua de la señal PAM en un conjunto discreto de niveles.

Ruido de Cuantificación

La cuantificación introduce un error, conocido como ruido de cuantificación. Este error se define como la diferencia entre el valor de la señal original (antes de la cuantificación) y el valor de la señal cuantificada. Por ejemplo, si los niveles de cuantificación son valores enteros (0, 1, 2,... voltios) y la señal de entrada es 1.2V, la señal cuantificada de salida será 1V, resultando en un error de cuantificación de 0.2V.

Ventajas de la Modulación por Codificación de Pulsos (PCM)

La modulación por codificación de pulsos (PCM), ya sea en su forma básica o en alguna de sus variantes, está presente en la mayoría de las aplicaciones de transmisión o procesamiento de información analógica en formato digital. Su principal ventaja radica en el uso de la codificación de pulsos para la representación digital de señales analógicas, lo que la distingue de otros métodos de modulación analógica. PCM ofrece una mayor inmunidad al ruido y una mejor calidad de señal en comparación con otras técnicas de modulación.