La modulación polar es análoga a la modulación en cuadratura de la misma manera que las coordenadas polares son análogas a las coordenadas cartesianas . La modulación en cuadratura hace uso de las coordenadas cartesianas, x e y . Al considerar la modulación en cuadratura, el eje x se denomina eje I (en fase) y el eje y se denomina eje Q (cuadratura). La modulación polar hace uso de las coordenadas polares, r (amplitud) y Θ (fase).
El enfoque del modulador en cuadratura para la transmisión de radio digital requiere un amplificador de potencia de RF lineal , lo que crea un conflicto de diseño entre mejorar la eficiencia energética o mantener la linealidad del amplificador. Poner en riesgo la linealidad provoca una degradación de la calidad de la señal, generalmente por degradación del canal adyacente, que puede ser un factor fundamental en la limitación del rendimiento y la capacidad de la red. También son comunes otros problemas con los amplificadores de potencia de RF lineales, incluidas las restricciones paramétricas del dispositivo, la inestabilidad de la temperatura, la precisión del control de potencia, el ruido de banda ancha y los rendimientos de producción. Por otro lado, poner en riesgo la eficiencia energética aumenta el consumo de energía (lo que reduce la vida útil de la batería en los dispositivos portátiles) y genera más calor.
El problema de la linealidad en un amplificador de potencia se puede mitigar teóricamente exigiendo que la señal de entrada del amplificador de potencia sea de " envolvente constante ", es decir, que no contenga variaciones de amplitud. En un sistema de modulación polar, la señal de entrada del amplificador de potencia puede variar solo en fase. La modulación de amplitud se logra entonces controlando directamente la ganancia del amplificador de potencia mediante el cambio o modulación de su voltaje de suministro. Por lo tanto, un sistema de modulación polar permite el uso de arquitecturas de amplificadores de potencia altamente no lineales, como la Clase E y la Clase F.
Para crear la señal polar, la transferencia de fase del amplificador debe conocerse en un rango de amplitud de al menos 17 dB. A medida que la fase pasa de una a otra, habrá una perturbación de amplitud que se puede calcular durante la transición como:
donde n es el número de muestras de I y Q y debe ser lo suficientemente grande como para permitir un seguimiento preciso de la señal. Cien muestras por símbolo sería aproximadamente el número más bajo con el que se puede trabajar.
Ahora que se conoce el cambio de amplitud de la señal, el error de fase introducido por el amplificador en cada cambio de amplitud se puede utilizar para predistorsionar la señal. Simplemente se resta el error de fase en cada amplitud de las señales moduladoras I y Q.
La modulación polar fue desarrollada originalmente por Thomas Edison en su telégrafo cuádruplex de 1874 , que permitía enviar cuatro señales a lo largo de un par de líneas, dos en cada dirección. El envío de una señal en cada dirección ya se había logrado antes, y Edison descubrió que al combinar la modulación de amplitud y fase (es decir, mediante modulación polar), podía duplicar esto a cuatro señales; de ahí el nombre de cuádruplex.
