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¿Qué es SDR? Software Defined Radio
Páginas Técnicas - Conocimiento
Sábado 12 de Abril de 2014 15:42

Tradicionalmente los equipos receptores y transmisores de radiocomunicaciones son equipos constituidos por multitud de componentes electrónicos, los cuales forman circuitos sintonizadores, etapas de frecuencia intermedia, detectores, amplificadores de baja frecuencia, etc.. Posteriormente, en los años 80 y 90 se introdujeron microprocesadores en estos equipos para el control de funciones internas (controles desde teclados y pulsadores) y para añadir nuevas prestaciones (relojes, pantallas informativas, programadores, etc...) y también se introdujo la posibilidad de controlar los equipos de radio desde un ordenador, añadiendo al equipo de radio diversos puertos de comunicación o interfaces para la conexión al PC.

En estos casos, y usando el software adecuado, es posible controlar desde el ordenador numerosas funciones del equipo de radio, igual o mejor que desde los controles del propio equipo. También en la década de los 90 comenzó la introducción en los modernos equipos de radio de los chips DSP o Procesadores Digitales de Señal, los cuales permiten mediante técnicas digitales realizar filtros paso banda y de supresión de ruidos, entre otras posibilidades, muy eficaces y mejor que los realizados tradicionalmente con circuitos analógicos. En cualquier caso, siempre se trata de equipos de radio realizados enteramente con componentes electrónicos, o sea, en términos informáticos se definirían como “radios hardware”.

Pero a mediados de los 90, Joseph Mitola III comenzó a investigar y desarrollar un nuevo concepto de equipos de radiocomunicaciones, los equipos de radio desarrollados por software o “radios software” en siglas SDR Software Defined Radio, en los que la parte hardware es mínima, y la mayor parte de las funciones que definen un equipo de radio se establecen por software (programas) en un ordenador PC o de otro tipo, dotado de tarjeta de sonido.

Además una radio SDR es muy flexible, ya que modificando o reemplazando sus programas de software, o añadiendo nuevos programas, se consigue modificar sus funcionalidades, como es añadir nuevos modos o mejorar sus prestaciones. Ello permite también acomodar la SDR a las necesidades de cada tipo de usuario (radioaficionados, servicios de emergencia, etc...).

La SDR supone realizar la mayor parte de las funciones de un equipo de radio, incluso las más importantes, mediante el software implementado en un ordenador. Una radio software (SDR) en cambio, tiene casi todos sus componentes definidos y funcionando en forma de programas en un ordenador, a excepción de un mínimo de componentes físicos externos necesarios, que no pueden ser definidos por software. El software implementado en el ordenador es el que define el esquema de modulación a emplear (AM, FM, BLU....), el tipo de silenciador (squelch), cómo actúa el CAG, y en fin, todo el equipo de radio.

SDR-1000 Gerald Youngblood ha diseñado una etapa frontal de radiofrecuencia, el SDR-1000, cuya función es convertir la señal de radio recibida, trasladándola a frecuencias muy inferiores, en la banda de audio. Esta etapa es un detector un tanto especial de conversión directa (es decir, de frecuencia intermedia cero), a la cual se le ha añadido unos filtros de banda seleccionables en el paso de antena.

SDR-1000Con esta etapa frontal, la señal de radiofrecuencia es bajada de las frecuencias de audio, pero sigue siendo una señal sin demodular. El siguiente paso es demodular la señal, y para ello se hace uso de un ordenador con tarjeta de sonido y el programa adecuado. La etapa de conversión directa traslada las señales de RF a otras frecuencias muy inferiores, pero aunque las señales obtenidas en la conversión están en el rango de las frecuencias de audio, no significa que en general sean señales demoduladas. Dicha señal ya desplazada a la banda de audio ocupa un margen de frecuencias que entra dentro del margen que acepta en sus entradas analógicas la tarjeta de sonido tal y como se muestra en la figura 2. Dependiendo de la tarjeta empleada, ésta puede aceptar señales de 20 a 40 KHz.

La tarjeta de sonido incluye unos conversores analógicodigital (A/D) que digitalizan las señales presentes en las entradas de la tarjeta, generando un flujo continuo de bits que representan digitalmente las señales analógicas de entrada. A este respecto, se puede decir que el conversor A/D está conectado casi directamente a la antena. La tarjeta de sonido además proporciona la posibilidad de control de algunos parámetros de la señal, tales como el volumen de las diferentes líneas o el mezclado de señales. Una vez la señal ha sido muestreada y digitalizada por la tarjeta de sonido, ya podemos procesarla como queramos, en función del tipo de modulación empleado.

El SDR-1000 es un transceptor que funciona en la banda de HF y la parte baja de VHF cuyas características importantes son:

Rango de Frecuencias: 11 KHz – 65 MHz

Salto de frecuencia: DDS: 1μHz

Reloj del DDS: 200 MHz

Ancho de banda máximo: 40 KHz

Potencia Máxima: 1 W (RMS)

El SDR-1000 está diseñado para el uso y experimentación de radioaficionados. Proporciona cobertura general en el modo de recepción y transmisión dentro de las bandas de radioaficionado, entre 0 y 65 MHz. Es una etapa frontal de radiofrecuencia que tiene como única misión la conversión directa de frecuencias, de señales de RF a la banda de audio durante el proceso de recepción y de las frecuencias de la banda de audio a las de transmisión.

El transceptor está constituido por tres placas independientes, denominadas BPF (bandpass filter), PIO (parallel in-out) y TRX (transceiver), preparadas para ser ensambladas en vertical.

En el diagrama de bloques del SDR-1000 que se muestra en la figura. La señal recibida por la antena, es filtrada por uno de los filtros del banco de filtros de la placa BPF dispuestos en 6 bandas de frecuencia. A continuación la señal es desplazada en frecuencia a la banda de audio mediante detector por muestreo en cuadratura. Para el proceso de sintonía, ha de controlarse la frecuencia de oscilación del DDS, esto se hace a través del puerto paralelo.

El detector de muestreo en cuadratura (QSD, Quadrature Sampling Detector) toma muestras de la señal de radiofrecuencia cuatro veces por ciclo de su portadora, dando lugar a cuatro salidas con desfases respectivos de 0, 90, 180 y 270 grados. Al tratarse de un circuito muestreador y no de un mezclador, se obtienen las señales I y Q, pero sin las pérdidas y otras problemáticas propias de los mezcladores y con un funcionamiento excepcional. Dicho detector se conoce también como detector Tayloe [D. Tayloe, N7VE,] en honor a su desarrollador.

Con un oscilador de síntesis digital directa (DDS) en cuadratura Analog Devices AD9854 y un oscilador a cristal de 200 MHz se consigue cubrir toda la banda de trabajo con bajo ruido de fase. Con un amplificador operacional de potencia para RF se consigue hasta 1 W (RMS) con una carga de 50 Ω.

Todas las funciones de control del transceptor son hechas a través del puerto paralelo del ordenador, además del control de otros 7 dispositivos externos. El uso de este puerto elimina la necesidad del uso de microcontroladores, suprimiendo por tanto fuentes de ruido y reduciendo la complejidad del software desarrollado.

En transmisión la señal en cuadratura procedente de la tarjeta de sonido es introducida directamente en el mezclador Tayloe que la traslada a la frecuencia de emisión. Posteriormente la señal es amplificada para lograr la potencia deseada y llevada a la antena.

Articulo original de:

Samuel Suárez Rodríguez, Francisco Cabrera Almeida, Javier López Pérez, Héctor Santana Sosa, Iván Pérez Álvarez

Departamento de Señales y Comunicaciones Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

 
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