Fundamentos y Aplicaciones de la Modulación por Pulso (PWM, PPM, PAM, PCM)

Modulación de Pulso: Conceptos y Métodos Principales

Los cuatro métodos principales de modulación de pulso son:

• Modulación por Ancho de Pulso (PWM, Pulse Width Modulation). A veces se la denomina Modulación por Duración de Pulso (PDM, Pulse Duration Modulation).
• Modulación por Posición de Pulso (PPM, Pulse Position Modulation).
• Modulación por Amplitud de Pulso (PAM, Pulse Amplitude Modulation).
• Modulación por Código de Pulso (PCM, Pulse Code Modulation).

Modulación por Ancho de Pulso (PWM)

La modulación por ancho de pulso (PWM) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (como una sinusoidal o una cuadrada), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de generar interferencias por radiofrecuencia (RF).

Modulación por Posición de Pulso (PPM)

La Modulación por Posición de Pulso es un tipo de modulación en la cual una palabra de $R$ bits es codificada mediante la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las posiciones posibles. Si este proceso se repite cada $X$ segundos, la tasa de transmisión resultante es de $R/X$ bits por segundo.

Modulación por Amplitud de Pulso (PAM)

La Modulación por Amplitud de Pulso (PAM) es una de las modulaciones por pulso más sencillas. Consiste en cambiar la amplitud de una señal de frecuencia fija en función del símbolo a transmitir. Esto puede conseguirse con un amplificador de ganancia variable o seleccionando la señal de un banco de osciladores. Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas.

Modulación por Código de Pulso (PCM)

La Modulación por Código de Pulso (PCM) es la técnica de codificación digital que se utiliza para la transmisión digital. El término "modulación por código de pulso" es, sin embargo, algo equívoco, porque en realidad no se trata de una forma de modulación en el sentido estricto, sino más bien de una forma de codificación de fuente.

Muestreo en PCM

La función de un circuito de muestreo en un transmisor PCM es tomar una muestra periódica de la señal analógica de entrada (que varía de forma continua) y convertir esas muestras en una serie de pulsos que se puedan transformar con mayor facilidad en un código PCM binario.

El método más común para muestrear señales de voz en sistemas PCM es el muestreo de parte plana (o muestreo y retención). El circuito de muestreo y retención muestrea periódicamente la señal analógica de entrada y convierte esas muestras en una serie de niveles de PAM de amplitud constante.

Frecuencia de Muestreo y Teorema de Nyquist

El teorema de muestreo de Nyquist establece la frecuencia mínima de muestreo ($f_s$) que se debe usar en un sistema PCM determinado. Para que una señal se reproduzca con exactitud en el receptor, se debe muestrear por lo menos dos veces cada ciclo de la señal analógica de entrada. En consecuencia, la frecuencia mínima de muestreo es igual al doble de la frecuencia máxima de la entrada de audio ($f_s \ge 2 f_{max}$).

Codificación Diferencial: Modulación Delta (DM)

Una alternativa importante a la PCM son los métodos de codificación diferencial. El principio básico de estos métodos es muestrear, cuantificar y codificar los cambios en la señal, en lugar de la señal en sí misma (como se hace en PCM).

Esto se justifica porque los cambios entre dos muestras sucesivas suelen ser pequeños, dado que la mayor parte de la energía del espectro de la conversación humana cae a frecuencias mucho menores que la frecuencia de muestreo.

Modulación Delta Adaptativa (ADPCM)

La Modulación Delta Adaptativa es un sistema de modulación delta en el que el tamaño de escalón del Convertidor Digital a Analógico (DAC) se varía de forma automática, dependiendo de las características de amplitud de la señal analógica de entrada.