Artículo en español para Generación Ñu - 03
Miguel Franco - Ingeniero de Telecomunicación por la Universidad de Vigo. Electrónica, embebidos, radio y control son mis aficiones.
Anxo Tato - Ingeniero de Telecomunicación, investigador y proyecto de doctor trabajando actualmente en comunicaciones adaptativas por satélite.
Radio Definida por Software. La radio configurable y
accesible ha venido para quedarse
Contenido
Portada...1
Artículo en español para Generación Ñu - 03...2
El porqué de la existencia de la Radio Definida por Software...4
Estructura básica de una SDR...5
Aplicaciones de la Radio Definida por Software...6
Ejemplos de software libre para SDR...6
Ejemplos de dispositivos SDR de bajo coste...7
Ejemplos de dispositivos SDR más caros (y aún los hay más)...8
Contenidos completos del número 03 de Generación Ñu...9
Artigo en galego para Xeración Ñu - 03...10
O porqué da existencia da Radio Definida por Software...12
Estrutura básica dunha SDR...13
Aplicacións da Radio Definida por Software...14
Exemplos de dispositivos SDR de baixo custo...15
Exemplos de dispositivos SDR máis custosos (e aínda os hai máis)...16
Contidos completos do número 03 de Xeneración Ñu...17
Autoría imágenes de la portada y contraportada...17
La Radio Definida por Software o SDR (Software Defined Radio) es un sistema de comunicación inalámbrico en el cual determinadas partes están implementadas, bien directamente por software, bien con dispositivos configurables por software. De esta forma, utilizando un ordenador o placas embebidas, es posible adaptar el comportamiento del dispositivo radio a las necesidades específicas de una aplicación, sin necesidad de adquirir un dispositivo radio adicional cuando se necesiten cambiar algunos de sus parámetros. Consecuentemente, los dispositivos de radio definida por software son, por lo general, dispositivos reutilizables.
El porqué de la existencia de la Radio Definida por Software
Tradicionalmente, desde la invención de la radio atribuida a Guglielmo Marconi en la década de 1890, los equipos de radio están confeccionados con dispositivos electrónicos y/o válvulas, formando diversas etapas con funcionalidad clara, como detección de señal de radiofrecuencia (RF), amplificación, etc., unidas entre sí.
La principal limitación de estos dispositivos es su optimización para operar en una determinada banda espectral y para un propósito concreto, al estar implementados solo con componentes activos y pasivos tradicionales. La adaptación de estos dispositivos otras bandas (otros grupos de frecuencias) conllevaría el rediseño, como mínimo, de su etapa de radiofrecuencia.
Figura 1. Receptor tradicional de radio. Consta de dos circuitos: un receptor de AM comercial (530 kHz – 1,6 MHz) y un receptor de FM comercial (88 MHz – 108 MHz). Las bandas frecuenciales son fijas y su propósito está determinado. No resulta trivial adaptarlo a otras bandas. Como solución intermedia, ciertos fabricantes de equipos diseñaron transceptores modulares que seleccionaban la etapa RF correspondiente a la frecuencia de operación deseada. El coste de estos equipos es demasiado elevado para un usuario estándar.
El avance en el desarrollo de los microcontroladores, microprocesadores y dispositivos FPGA (Field Programmable Gate Array) desde 1990 ha resultado ser el punto de inflexión necesario para la fabricación de dispositivos SDR a precios competitivos. En paralelo, los convertidores analógico-digitales (CAD/ADC) y analógico-digitales-analógicos (CDA/DAC) podían trabajar a frecuencias cada vez
mayores, y los fabricantes de componentes radio consiguieron sacar al mercado módulos y circuitos integrados con parámetros de funcionamiento configurables (frecuencia, amplitud, amplificación, etc.) que podían suplir las funcionalidades de los dispositivos de radio analógica tradicional.
Poder fabricar todos los dispositivos anteriores ha propiciado la aparición de plataformas transmisoras y receptoras polivalentes, cuyo funcionamiento pode variar mediante configuración software. De esa forma, es posible montar un transmisor o receptor radio genérico con dispositivos electrónicos, ofreciendo mayor flexibilidad al usuario final. El coste de estas plataformas es mayor que el de un equipo radio convencional (aunque las hay para todos los presupuestos), pero inferior al precio equivalente de varios equipos tradicionales para operar en múltiples bandas.
Estructura básica de una SDR
El siguiente diagrama simplificado se ajusta a cualquier transceptor SDR.
Figura 2. Diagrama simplificado de un transceptor SDR.
Transmisión (rama inferior).- Los datos para transmitir (digital), procedentes normalmente de un PC o sistema embebido, se procesan para adaptarlos a la transmisión y se pasan a una frecuencia intermedia, más baja que la frecuencia de transmisión final. A continuación, se pasan a dominio analógico (la transmisión es analógica), utilizando un convertidor digital-analógico (CDA). Luego, se filtran paso bajo para ajustarlas al ancho de banda de transmisión en la frecuencia deseada. Posteriormente, mediante un mezclador, controlado por un oscilador (PLL) configurable, se pasan a la frecuencia final, ajustando su amplitud con un amplificador de potencia (AP) para su transmisión por aire en condiciones adecuadas.
Recepción (rama superior).- Las tareas son similares, pero en sentido inverso. Primero, la señal recibida se amplifica con un amplificador de bajo ruido (LNA), debido a que su potencia suele ser muy baja. Posteriormente, se pasa a una frecuencia intermedia, mediante un mezclador, controlado por el correspondiente PLL configurable, para luego filtrarse paso bajo. Seguidamente, se convierte a dominio digital mediante un convertidor analógico-digital (CAD), y finalmente se procesa en dominio digital para extraer los datos, que se recogen mediante un PC o sistema embebido.
Aplicaciones de la Radio Definida por Software
La SDR, inicialmente ligada a aplicaciones militares, se utiliza cada vez más para sistemas de comunicaciones de usuario y radioaficionado, sustituyendo equipos más antiguos, voluminosos, restrictivos y caros. Ejemplos de aplicaciones típicas son:
• Uso militar. Comunicaciones radio militares, geolocalización, etc.
• Radioaficionados. Dispositivos económicos multibanda multiaplicación (fonía, telegrafía, etc.).
• Desarrollo de redes. Comunicaciones, acceso a Internet en zonas de baja cobertura, redes de sensores, monitorización de equipos, cultivos, etc.; información meteorológica.
• Transporte. Localización de aviones, barcos, coches, autobuses... Gestión de tráfico, aviso por vía congestionada, reducción de contaminación.
Ejemplos de software libre para SDR
• GNU Radio. Quizás la aplicación más utilizada para el desarrollo de aplicaciones de radio configurable. Programación basada en bloques. Optimizada para Linux.
•
Figura 3. Logotipo de GNU Radio.
• DREAM. Aplicación multiplataforma para recepción AM/DRM. Configuración paramétrica da SDR. Visualización y escucha de la señal recibida.
Ejemplos de dispositivos SDR de bajo coste
Figura 4. RTL-SDR. Receptor radio configurable (20 MHz – 2 GHz). Basado en el RTL2832U, u otros similares. Precio aproximado: 30 €. Amazon, rtl-sdr.com y otros distribuidores.
Figura 5. LimeSDR Mini. Transmisor y receptor radio configurable (100 kHz – 3,8 GHz). Basado en una FPGA Intel MAX 10. Precio aproximado: 139 €. Crowd Supply.
Figura 6. SDRPlay. Receptor radio configurable de alta precisión (1 kHz – 2 GHz). Precio aproximado: 110 €. Múltiples distribuidores.
Ejemplos de dispositivos SDR más caros (y aún los hay más)
Figura 7. LimeSDR. Transmisor y receptor radio configurable (100 kHz – 3,8 GHz). Basado en una FPGA Intel Cyclone IV. Precio aproximado: 260 € + impuestos. Crowd Supply.
Figura 8. HackRF One. Transmisor y receptor configurables (1 MHz – 6 GHz). Basado en un ARM Cortex-M4. Precio aproximado del sistema básico: 300 € + impuestos. Múltiples distribuidores.
Figura 9. USRP B210. 2 transmisores y 2 receptores configurables (70 MHz – 6 GHz). Basado en una FPGA Xilinx Spartan 6. Precio: 1246 € + IVA. Ettus Research.
Contenidos completos del número 03 de Generación Ñu
https://archive.org/details/Xeracinu03Generacinu03
Escúchanos también en el podcast “Generación Ñu Radio” o a través de archive.org:
Artigo en galego para Xeración Ñu - 03
Miguel Franco - Enxeñeiro de Telecomunicación pola Universidade de Vigo. Electrónica, embebidos, radio e control son os meus quefaceres.
Anxo Tato - Enxeñeiro de Telecomunicación, investigador e proxecto de doutor traballando actualmente en comunicacións adaptativas por satélite
A Radio Definida por Software. A radio
configurable e accesible veu para quedarse
Contido
Portada...1
Artículo en español para Generación Ñu - 03...2
El porqué de la existencia de la Radio Definida por Software...4
Estructura básica de una SDR...5
Aplicaciones de la Radio Definida por Software...6
Ejemplos de software libre para SDR...6
Ejemplos de dispositivos SDR de bajo coste...7
Ejemplos de dispositivos SDR más caros (y aún los hay más)...8
Contenidos completos del número 03 de Generación Ñu...9
Artigo en galego para Xeración Ñu - 03...10
O porqué da existencia da Radio Definida por Software...12
Estrutura básica dunha SDR...13
Aplicacións da Radio Definida por Software...14
Exemplos de dispositivos SDR de baixo custo...15
Exemplos de dispositivos SDR máis custosos (e aínda os hai máis)...16
Contidos completos do número 03 de Xeneración Ñu...17
Autoría imágenes de la portada y contraportada...17
A Radio Definida por Software ou SDR (Software Defined Radio) é un equipo de comunicación sen fíos que conta con determinadas partes implementadas ben directamente por software, ben con dispositivos configurables por software. Desa forma, cun ordenador ou con placas embebidas, é posible adaptar o comportamento do dispositivo radio ás necesidades concretas dunha aplicación, non necesitando mercar un dispositivo radio completo cando se necesiten cambiar certos parámetros do seu funcionamento. Consecuentemente, os dispositivos de radio definida por software son, polo xeral, dispositivos reutilizables.
O porqué da existencia da Radio Definida por Software
Tradicionalmente, e desde a invención da radio atribuída a Guglielmo Marconi na década de 1890, os equipos de radio están confeccionados con dispositivos electrónicos e/ou válvulas, formando diversas etapas de funcionalidade clara, como a de detección de sinal de radiofrecuencia (RF), a de amplificación, etc., unidas entre si.
A principal limitación destes dispositivos é que, ao estaren implementados simplemente con compoñentes activos e pasivos tradicionais, van estar optimizados para a operación nunha determinada banda do espectro electromagnético e para un propósito concreto. A adaptación destes dispositivos radios a outras bandas espectrais (outros grupos de frecuencias) levaría consigo o redeseño, como mínimo, da etapa de radiofrecuencia.
Figura 1. Receptor tradicional de radio. Consta de dous circuítos: un receptor de AM comercial (530 kHz – 1,6 MHz) e un receptor de FM comercial (88 MHz – 108 MHz). As bandas de frecuencias son fixas e o seu propósito está determinado. Non é sinxela a adaptación do receptor a outras bandas de frecuencia.
Como unha solución intermedia, determinados fabricantes de equipos deseñaron algúns transceptores modulares que seleccionaban a etapa RF conveniente segundo a frecuencia de operación desexada. O custo destes equipos é bastante elevado para un usuario corrente.
O avance e desenvolvemento dos microcontroladores, microprocesadores e dispositivos FPGA (Field Programmable Gate Array) desde a década de 1990 resultou ser a inflexión para a introdución dos dispositivos SDR a prezos competitivos. En paralelo, os convertedores analóxico-dixitais (CAD/ADC) e analóxico-dixitais-analóxicos (CDA/DAC) podían traballar a frecuencias maiores, e os
fabricantes de compoñentes radio conseguiron sacar ao mercado módulos e circuítos integrados con parámetros de funcionamento configurables (frecuencia, amplitude de sinal, amplificación, etc.) que podían suplir as funcionalidades dos dispositivos de radio analóxica tradicional.
A posibilidade de fabricar todos os dispositivos anteriores en conxunto propiciou a aparición de plataformas transmisoras e receptoras polivalentes, cuxo funcionamento pode variar mediante configuración software. Desa forma, xa é posible montar un transmisor ou receptor radio con dispositivos electrónicos con funcionalidade xenérica, ofrecendo maior flexibilidade ao usuario final. O custo destas plataformas é superior ao dun equipo radio convencional (aínda que hai plataformas para todos os presupostos), pero inferior ao custo equivalente a ter varios para poder traballar a múltiples bandas.
Estrutura básica dunha SDR
O seguinte diagrama simplificado axústase a calquera transceptor SDR.
Figura 2. Diagrama simplificado dun transceptor SDR.
Transmisión (rama inferior).- Os datos a transmitir (en dixital), procedentes normalmente dun PC ou sistema embebido, procésanse dixitalmente para adaptalos a transmisión e modúlanse a unha frecuencia intermedia, máis baixa que a frecuencia de transmisión final. A continuación, pásanse a dominio analóxico (pois a transmisión radio é analóxica), utilizando un convertedor dixital a analóxico (CDA). Logo, fíltranse paso baixo para asegurar o axuste ao ancho de banda de transmisión á frecuencia desexada. Posteriormente, mediante un mesturador, gobernado por un oscilador (PLL) configurable, pásanse á frecuencia final, e o amplificador de potencia (AP) axusta o seu nivel de amplitude para a súa transmisión en condicións máis axeitadas ao aire.
Recepción (rama superior).- As tarefas son similares, pero en sentido inverso. Primeiramente, o sinal recibido amplifícase mediante un amplificador de baixo ruído (LNA), xa que a amplitude do sinal recibido soe ser moi baixa. Posteriormente, pásase o sinal a unha frecuencia intermedia, mediante un mesturador, gobernado polo correspondente PLL configurable, e fíltrase paso baixo a
continuación. Seguidamente, convértese o sinal a dominio dixital mediante un convertedor analóxico a dixital (CAD), e finalmente procésase o sinal en dominio dixital para obter os datos recibidos, que poden ser recollidos por un PC ou sistema embebido.
Aplicacións da Radio Definida por Software
A Radio Definida por Software, inicialmente ligada a aplicacións militares, é cada vez máis utilizada para sistemas de comunicacións de usuario e de radioafeccionado, substituíndo aos antigos equipos máis voluminosos, restritivos e custosos. Exemplos de aplicacións típicas son:
• Uso militar. Comunicacións radio militares, xeolocalización, etc.
• Radioafeccionados. Dispositivos económicos multibanda para aplicacións variadas (fonía, telegrafía, etc.).
• Desenvolvemento de redes. Comunicacións, acceso a internet en zonas de baixa cobertura, redes de sensores, monitorización de equipos, cultivos, etc.; información meteorolóxica. • Transporte. Localización de avións, barcos, coches, autobuses... Xestión de tráfico, aviso
por vía conxestionada, redución de contaminación.
Exemplos de software libre para SDR
• GNU Radio. Quizais a aplicación máis utilizada para o desenvolvemento de aplicacións de radio configurable. Programación baseada en bloques. Optimizada para Linux.
Figura 3. Logo de GNU Radio.
• DREAM. Aplicación multiplataforma para recepción AM/DRM. Configuración paramétrica da SDR. Visualización e escoita do sinal recibido.
Exemplos de dispositivos SDR de baixo custo
Figura 4. RTL-SDR. Receptor radio configurable (20 MHz – 2 GHz). Baseado no integrado RTL2832U, ou C.I. similares. Custo aproximado: 30 €. Amazon, rtl-sdr.com e outros distribuidores.
Figura 5. LimeSDR Mini. Transmisor e receptor radio configurable (100 kHz – 3,8 GHz). Baseado nunha FPGA Intel MAX 10. Custo aproximado: 139 €. Crowd Supply.
Figura 6. SDRPlay. Receptor radio configurable de alta precisión (1 kHz – 2 GHz). Custo aproximado: 110 €. Múltiples distribuidores.
Exemplos de dispositivos SDR máis custosos (e aínda os hai
máis)
Figura 7. LimeSDR. Transmisor e receptor radio configurable (100 kHz – 3,8 GHz). Baseado nunha FPGA Intel Cyclone IV. Custo aproximado: 260 € + impostos. Crowd Supply.
Figura 8. HackRF One. Transmisor e receptor configurables (1 MHz – 6 GHz). Baseado nun ARM Cortex-M4. Custo aproximado do sistema básico: 300 € + impostos. Múltiples distribuidores.
Figura 9. USRP B210. 2 transmisores e 2 receptores configurables (70 MHz – 6 GHz). Baseado nunha FPGA Xilinx Spartan 6. Custo: 1246 € + IVE. Ettus Research.
Contidos completos do número 03 de Xeneración Ñu
https://archive.org/details/Xeracinu03Generacinu03
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https://archive.org/details/Xeracinu03Generacinu03/GeneracionNu-03.mp3
Autoría imágenes de la portada y contraportada
Las imágenes usadas en la portada y contraportada son de Guillermo Garabatos, puedes seguirlo en: https://www.instagram.com/sentidosinsentido/
