Modulación de amplitud de pulso

La modulación por amplitud de pulso ( PAM ) es una forma de modulación de señal en la que la información del mensaje se codifica en la amplitud de un tren de pulsos que interrumpe la frecuencia portadora. La demodulación se realiza detectando el nivel de amplitud de la portadora en cada período.

Existen dos tipos de modulación de amplitud de pulso:

• En la modulación PAM de polaridad única , se añade una polarización de CC fija adecuada a la señal para garantizar que todos los pulsos sean positivos.
• En la modulación PAM de doble polaridad , los pulsos son tanto positivos como negativos.

La modulación por amplitud de pulso se utiliza ampliamente en la modulación de la transmisión de señales de datos digitales, y las aplicaciones que no son de banda base han sido reemplazadas en gran medida por la modulación por código de pulsos y, más recientemente, por la modulación por posición de pulso .

En teoría, el número de amplitudes de pulso posibles en la modulación PAM analógica es infinito. La modulación PAM digital reduce el número de amplitudes de pulso a un número natural no menor que 3 (PAM-2 sería una simple señal binaria y generalmente no se considera PAM). Las opciones comunes para el número de amplitudes son: 3, 4, 5, 8 y 16.

Algunas versiones del estándar de comunicación Ethernet son un ejemplo del uso de PAM.

• Los estándares Ethernet 100BASE-T4 y BroadR-Reach utilizan modulación PAM de tres niveles (PAM-3).
• 1000BASE-T Gigabit Ethernet utiliza modulación PAM-5 de cinco niveles. ^{[ 1 ] [ a ]}
• 10GBASE-T Ethernet de 10 Gigabit utiliza una versión precodificada Tomlinson-Harashima (THP) de modulación por amplitud de pulso con 16 niveles discretos (PAM-16). La precodificación THP proporciona resistencia al ruido. Dos símbolos consecutivos codificados en PAM-16 se interpretan según un patrón de tablero de ajedrez bidimensional conocido como DSQ128, donde se seleccionan 128 de las 256 combinaciones posibles para maximizar su "distancia" (nuevamente para la resistencia al ruido). Esto proporciona la misma relación señal/ruido (SNR) que PAM-8, a la vez que aumenta la velocidad de datos en 7/6 . ^{[ 2 ]}
• Las redes Ethernet de 25 Gigabit y algunas variantes de cobre de las redes Ethernet de 100 Gigabit y 200 Gigabit utilizan modulación PAM-4.
• Ethernet de 100 Gigabit con una sola longitud de onda en fibra óptica monomodo utiliza modulación PAM-4 ^{[ 3 ]} .

USB4 versión 2.0 utiliza señalización PAM-3 para USB4 de 80 Gbps (USB4 Gen 4×2) y USB4 de 120 Gbps (USB4 Gen 4 asimétrico), transmitiendo 3 bits por cada 2 ciclos de reloj. ^{[ 4 ]} Thunderbolt 5 utiliza el mismo PHY. ^{[ 5 ]}

GDDR6X , desarrollada por Micron ^{[ 6 ]} y Nvidia y utilizada por primera vez en las tarjetas gráficas Nvidia RTX 3080 y 3090 , utiliza señalización PAM-4 para transmitir 2 bits por ciclo de reloj sin tener que recurrir a frecuencias más altas ni a dos canales o carriles con transmisores y receptores asociados, lo que puede aumentar el consumo de energía o espacio y el coste. Las frecuencias más altas requieren un mayor ancho de banda, lo que supone un problema significativo más allá de los 28 GHz al intentar transmitir a través de cobre. La implementación de PAM-4 es más costosa que la codificación NRZ (sin retorno a cero, PAM-2) anterior, en parte porque requiere más espacio en los circuitos integrados y es más susceptible a problemas de relación señal/ruido (SNR). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

GDDR7 utiliza señalización PAM-3 para alcanzar velocidades de 36 Gbps/pin. La mayor tasa de transmisión de datos por ciclo, en comparación con la señalización NRZ/PAM-2 utilizada por GDDR6 y generaciones anteriores, mejora la eficiencia energética y la integridad de la señal. ^{[ 9 ]} En comparación con PAM-4 (GDDR6X), es menos exigente en cuanto a los equipos de fabricación. ^{[ 10 ]}

PCI Express 6.0 introdujo el uso de PAM-4. ^{[ 11 ]}

Los estándares del Comité de Sistemas Avanzados de Televisión de América del Norte (NTSC) para la televisión digital utilizan una forma de PAM para transmitir los datos que componen la señal de televisión. Este sistema, conocido como 8VSB , se basa en un PAM de ocho niveles. ^{[ 12 ]} Utiliza procesamiento adicional para suprimir una banda lateral y así hacer un uso más eficiente del ancho de banda limitado . Utilizando una única asignación de canal de 6 MHz, como se define en el estándar analógico NTSC anterior , 8VSB es capaz de transmitir 32 Mbit/s. Después de considerar los códigos de corrección de errores y otros gastos generales, la tasa de datos en la señal es de 19,39 Mbit/s.

El concepto también se utiliza para el estudio de la fotosíntesis mediante un instrumento especializado que implica una medición espectrofluorométrica de la cinética del aumento y la disminución de la fluorescencia en la antena captadora de luz de las membranas tilacoides , lo que permite analizar diversos aspectos del estado de los fotosistemas bajo diferentes condiciones ambientales. ^{[ 13 ]} A diferencia de las mediciones tradicionales de fluorescencia de clorofila adaptadas a la oscuridad , los dispositivos de fluorescencia de amplitud de pulso permiten realizar mediciones en condiciones de luz ambiental, lo que ha hecho que las mediciones sean significativamente más versátiles. ^{[ 14 ]}

La modulación por amplitud de pulso también se ha desarrollado para el control de diodos emisores de luz (LED), especialmente para aplicaciones de iluminación. ^{[ 15 ]} Los controladores de LED basados ​​en la técnica PAM ofrecen una eficiencia energética mejorada en comparación con los sistemas basados ​​en otras técnicas comunes de modulación de controladores, como la modulación por ancho de pulso (PWM), ya que la corriente directa que pasa a través de un LED es relativa a la intensidad de la luz emitida y la eficiencia del LED aumenta a medida que se reduce la corriente directa.

Los controladores LED de modulación por amplitud de pulsos (PAM) permiten sincronizar pulsos en múltiples canales LED para lograr una perfecta coincidencia de color. Gracias a la naturaleza intrínseca de la PAM, junto con la rápida velocidad de conmutación de los LED, es posible utilizar la iluminación LED como medio de transmisión inalámbrica de datos a alta velocidad.

• 8VSB
• Modulación por desplazamiento de amplitud
• Acceso múltiple con detección de portadora
• Modulación de densidad de pulsos
• Red formadora de pulsos
• Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)