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Radios definidos por Software

Radio Definido por Software
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SoftRock 40.JPG
Concepto:Equipos de radio definidos por software o "radios software"

Radio Definida por Software (SDR). Son los equipos de radio definidos por software o "radios software", en siglas SDR (Software Defined Radio), en los que la parte hardware (circuitería) es mínima, y la mayor parte de las funciones que definen un equipo de radio se ejecutan a través de software (programas) en un ordenador PC o de otro tipo, dotado de tarjeta de sonido (requisito necesario).

Antecedentes

Tradicionalmente los equipos receptores y transceptores de radiocomunica ciones son equipos constituidos por multitud de componentes electrónicos, los cuales forman circuitos sintonizadores, etapas de frecuencia intermedia, detectores, amplificadores de baja frecuencia, etc..., es decir, están constituidos por "Hardware". Posteriormente, en los años 1980´s y 1990´s se introdujeron microprocesadores en estos equipos para el control de funciones internas (contoles 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 puertos de comunicación o interfaces para la conexión al ordenador. 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 1990´s 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 de paso de banda y de supresión de ruidos, entre otras posibilidades, muy eficaces, 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 desde principios de la década del 2000 un grupo de radioaficionados están investigando y desarrollando un nuevo concepto de equipos de radiocomunicaciones, los equipos de radio desarrollados por programa o "radios Software", en siglas SDR (Software Defined Radio).

Los usos del procesamiento digital de señales (DSP) en radio son múltiples y no son recientes; aplicaciones destinadas a operar con modos digitales (CW, RTTY, SSTV, Packet y otros) utilizando la placa de sonido de la PC han estado disponibles en grado creciente de sofisticación por al menos una década en la mayor parte de las plataformas de PC (Windows y Linux mayormente).

Básicamente todos estos usos implican tomar la señal de audio del receptor y procesar la codificación contenida en esta para reconstruir el mensaje digital originalmente codificado en este por el proceso, a menudo inverso, en el otro extremo de la comunicación.

Abundando en el tema

Idealmente, en los SDR, se tomaría la señal directamente desde la antena al dispositivo que digitaliza y de ahí en adelante todo el procesamiento es digital. Si bien esto es teóricamente posible y en algunos casos a los costos correspondientes también factible en la práctica el enfoque tiene una serie de problemas relacionados con los niveles de señales involucrados (en transmisión por altos y en recepción por bajos).

Los equipos de radio actuales que tienen la posibilidad de procesar digitalmente las señales funcionan como cualquier receptor superheterodino, pero en lugar de utilizar filtros a cristal en la última frecuencia intermedia, digitalizan la señal y la procesan digitalmente. De este modo, todo tipo de filtros, aún los que son imposibles de fabricar con componentes tangibles, pueden ser creados en software. Debido a que la señal eventualmente será escuchada por un humano, se la deberá convertir nuevamente en su representación analógica antes de enviarla al amplificador de audio.

Ahora bien, la mayoría de los transceptores existentes en el mercado que incorporan DSP sólo pueden operar en banda lateral única, CW, AM o FM. El DSP sólo se utiliza para filtrado y eliminación de ruido. Si pudiéramos utilizar el DSP para también demodular la señal, entonces obtendríamos lo que se llama Radio Definida por Software, o SDR por sus siglas en inglés. La idea detrás de las SDR es que el modo de operación sea definido por el software que la radio utiliza. Por ejemplo, un transceptor viene de fábrica con los modos clásicos tales como SSB, AM y FM. Unos años más tarde, se desarrolla un modo nuevo, tal como el DRM (Digital Radio Mondiale), que se utiliza para transmisiones de onda corta comercial. Lo único que tenemos que hacer con el transceptor para poder recibir el nuevo modo es cambiar el software; el hardware sigue siendo el mismo. Esto constituye una verdadera SDR.

La ventaja principal de las SDR radica en la versatilidad. La misma plataforma de hardware podría ser utilizada para casi cualquier equipo de comunicación, no importa el ancho de banda o el modo de emisión/recepción

Problemas y soluciones

Cuando tratamos de implementar la definición “teórica” de SDR enfrentamos un número de problemas; los dos principales son la velocidad de muestreo y la capacidad de manejo de señales (altas o bajas) del dispositivo digitalizador; ya se há visto que el procesamiento digital de señales introduce sus propios problemas y distorsiones en la señal que no existen en su contrapartida analógica.

Ya que una placa de sonido standard puede procesar una frecuencia de muestreo de 48Khz y por lo tanto manejar señales que tengan hasta unos 24 Khz de ancho de banda y algunas placas de sonido especiales pueden muestrear a 96 Khz o incluso más la capacidad de manejar anchos de banda termina siendo del orden de los 50 Khz. Para solucinar esto se hace necesario una etapa mezcladora de RF, que puede llevar la frecuencia de la banda base desde niveles inmanejables para el digitalizador hasta frecuencias que le son manejables; por ejemplo, si a una señal de CW disponible en 7.020 Mhz la mezclamos con una señal de oscilador local de 7.000 Mhz obtenemos una señal de 14.020 Mhz (suma) y otra de 20 Khz (diferencia), filtrando la primera la segunda está dentro de la gama que un digitalizador económico tal como una placa de sonido común de una PC puede procesar.

La solución para el nivel de señales es agregar etapas de amplificación de RF, sea de señal débil en recepción como de alta potencia en transmisión (si bien es más común usar SDR en recepción puede utilizarse tanto para demodular una señal como para modularla!).

Tipos de SDR

En este momento hay varias radios definidas en software disponibles para los radioaficionados. Entre ellas, podemos contar las siguientes:

SDR1000
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Fabricado por Flex-Radio. Este transceptor cubre todas las bandas desde 160 a 6 metros. Utiliza un hardware analógico, y una PC con tarjeta de sonido para el procesamiento digital de la señal. El software para la PC puede obtenerse en el sitio de Internet de Flex-Radio, y el código fuente es de dominio público.(http://www.flex-radio.com). SDR-14
SDR14.JPG

Fabricado por RFSpace. Este receptor cubre todas las bandas de HF y necesita una PC para controlarlo. A diferencia del SDR1000, la señal es procesada íntegramente en forma digital (el muestreo se realiza directamente con la señal captada por la antena, previa amplificación). (http://www.rfspace.com/sdr14.html).

SoftRock 40.JPG
Soft-Rock 40
Kit distribuido por el club AMQRP.
Es un receptor que cubre una sola banda de HF. Necesita una PC con tarjeta de sonido para el procesamiento de la señal.. Hay continuamente nuevos kits con bandas adicionales. (http://www.amqrp.org/kits/softrock40/index.html)

Varios radioaficionados han desarrollado software alternativo a los ofrecidos por algunos fabricantes. Por ejemplo, el receptor Soft-Rock puede operarse prácticamente con el mismo software utilizado con el SDR1000, o software desarrollado por VE3NEA
(http://www.dxatlas.com/rocky/) o M0KGK (http://www.m0kgk.co.uk/sdr/index.php).

Conclusiones


El procesamiento digital de señales y la aparición en el mercado de computadoras con tarjeta de sonido que pueden procesar señales de varios KHz, sumado a los últimos microprocesadores, ha abierto la posibilidad de desarrollar todo tipo de radios implementadas en software por varios radioaficionados. El modo de operación de una radio definida en software no está dado por el hardware, sino por el software que se utiliza. Una actualización de software permitiría, en teoría, la operación en nuevos modos quizás no existentes en el momento de la fabricación de la radio.
El procesamiento digital de señales permite obtener en forma relativamente sencilla ciertas prestaciones que eran prácticamente imposibles de implementar con circuitos analógicos, como por ejemplo filtros pasabanda de fase lineal, respuesta en frecuencia plana, y excelente factor de forma. Otro campo donde el procesamiento de señales digital sobresale es en la eliminación de ruidos (noise blankers) e interferencia.

Fuente

  • http://www.ea1uro.com/sdr1/sdr.htm SDR (software defined radios) EQUIPOS DE RADIO DEFINIDOS POR SOFTWARE. Fernando Fernández de Villegas
  • Pedro E. Colla Ing.Apuntes sobre Radio Definida por Software. Radio Club Córdoba Córdoba-Argentina
  • http://www.ea1uro.com/sdr.html Emisoras de radio definidas por Programas.
  • Viviano Moyano Trujillo MsC. Folleto “La Radio Definida por Software una alternativa para el Radioaficionado Cubano”. Radio Club Majagua Ciego de Ávila-Cuba.