Modulazione ad impulsi codificati (PCM: Pulse Code Modulation). L'impiego di questa tecnica per la trasmissione di un segnale analogico Va(t) prevede che il segnate venga campionato, quantizzato e convertito in forma digitale seriale ad n bit secondo un certo codice. Quest'ultimo può essere il codice binario puro, oppure un codice binario bipolare. Supponendo di utilizzare un codice binario puro a 4 bit per codificare i campioni Va(t) di fig. 16. il segnale codificato D(t) presenterà l'andamento illustrato in fig. 16: in corrispondenza al valore campionato di 5 V si avrà il codice 0101, per il valore 9V si avrà 1001, per il valore 7V si avrà 0111. Il segnale D(t), tipico dei sistemi digitali, è caratterizzato dal fatto che ai valori binari 1 e 0 corrispondono, rispettivamente. i livelli di tensione alto e basso (zero). Pertanto, una successione di bit ad 1 determina un livello alto che persiste per un certo intervallo di tempo; ciò rende il segnale di fig. 16 (del tipo cosiddetto NRZ: non return to zero) non adatto alla trasmissione. Infatti, poiché il dispositivo di ricezione é generalmente accoppiato in alternata, il livello in continua suddetto non verrebbe rivelato e quindi la successione di 1 non sarebbe riconosciuta. Più adatto ad essere trasmesso è il segnale VPCM di fig. 16 che, pur presentando la stessa sequenza di bit, è codificato nella forma RTZ (return to zero); in corrispondenza ad un livello 1 si ha un impulso di durata inferiore a T mentre al livello 0 non è associato alcun impulso. In questo modo, una sequenza di 1 genera comunque un segnale di frequenza non nulla e pari a l/T.
Si noti che la generazione del segnale VPCM di fig. 16 può essere vista anche come il risultato della modulazione della portante impulsiva vC(t) di frequenza l/T mediante il segnale digitale D (t). Gli impulsi della portante vengono trasmessi solo se coincidono con il livello 1 della modulante. In fig.16 lo stesso segnale PCM è rappresentato con un codice di tipo bipolare, che fa corrispondere un impulso positivo al livello logico 1 e un impulso negativo al livello 0. In definitiva comunque, ciascun gruppo di impulsi del segnale PCM corrisponde al codice binario di un campione del segnale Va (t) da trasmettere. Il processo di quantizzazione introduce nel segnale PCM un certo rumore, detto appunto rumore di quantizzazione, particolarmente dannoso specie quando il livello del segnale da trasmettere è basso; esso può essere ridotto aumentando i livelli di quantizzazione e quindi il numero di impulsi necessari per rappresentare ciascun campione del segnale analogico. Se però il tempo D t assegnato a ciascun gruppo di impulsi deve rimanere costante si dovranno avere impulsi di frequenza maggiore e in definitiva la banda di frequenze occupata per la trasmissione risulterà più ampia.
Fig. 16 Modulazione PCM: segnale analogico campionato in tre istanti successivi, segnale digitale corrispondente (NRZ), portante impulsiva, segnale PCM unipolare (RTZ), segnale PCM bipolare
Per migliorare il rapporto segnale rumore di quantizzazione, rendendolo al tempo stesso costante per l'intera dinamica del segnale da trasmettere, di solito si ricorre ad una quantizzazione non lineare in modo che l'ampiezza dei passi di quantizzazione aumenti proporzionalmente all'ampiezza del segnale stesso. Questo obiettivo viene raggiunto sostanzialmente applicando al segnale da trasmettere una compressione logaritmica realizzata con tecnica analogica (sul segnale campionato) oppure, assai più comunemente, con tecniche numeriche (in fase di codifica o con elaborazione numerica del segnale già codificato). Ovviamente il dispositivo ricevitore dovrà provvedere ad una corrispondente espansione logaritmica per restituire il segnale originario.
I vantaggi che favoriscono l'impiego sempre più diffuso della tecnica PCM nei moderni sistemi di comunicazione sono numerosi: l'elevata insensibilità della trasmissione alle interferenze e al rumore; la possibilità di elaborare i segnali trasmessi in forma digitale; la facilità con cui i segnali possono essere riformati o rigenerati lungo il canale di trasmissione; la possibilità di utilizzare un unico canale trasmissivo per trasferire campioni di segnali diversi (tecnica TDM-PCM).
