La tribuna del asociado: SDR - Radio definida por software

Carlos Alberto Martín Edo
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Vocal de la junta directiva de la AEITM
 

Hace algunos años, cuando estudiaba microondas en la carrera, aprendí que para determinadas frecuencias las señales interaccionan con los elementos físicos de los circuitos, de modo que las longitudes de las líneas de transmisión tienen que estar medidas para que funcionen a la frecuencia (o, lo que es lo mismo, longitud de onda) de trabajo o para que actúen como componentes del circuito. Se obtienen así circuitos que funcionan sólo para una determinada frecuencia. En general, los circuitos de radiofrecuencia funcionan sólo en un rango de frecuencias bastante limitado.

La radio definida por software (conocida también por sus siglas en inglés, SDR, software defined radio) es todo lo contrario: se trata de sistemas capaces de funcionar en un amplio rango de frecuencias y con una variedad de modulaciones. El modo de funcionamiento es muy sencillo: estos sistemas muestrean la señal de radiofrecuencia y a continuación aplican técnicas de tratamiento digital de la señal para emular la acción de filtros, amplificadores, demoduladores, descodificadores, etc. en lugar de utilizar hardware específico para ello. Es decir, la radio definida por software consiste en aplicar el tratamiento digital de señales a señales de radiofrecuencia. Aunque estas técnicas se pueden emplear también para transmisión, este artículo y el caso práctico que se detalla enseguida se van a centrar en receptores.

Si bien el concepto y la denominación tienen ya algunas décadas, estos sistemas no se han empezado a extender hasta fechas recientes.

La objeción que de entrada de puede poner es la imposibilidad de contar con conversores analógico-digitales para muestrear suficientemente rápido una señal con una frecuencia de portadora alta (digamos del orden de centenares demegahertzios o de algunos gigahertzios), recordando el criterio de Nyquist. Esta cuestión se soluciona realizando una conversión a frecuencia intermedia, obteniendo una señal con una frecuencia suficientemente baja como para utilizar un conversor analógico-digital.

Aunque es difícil hacer predicciones en nuestra profesión, me atrevo a pronosticar un gran futuro a estas técnicas, pues permiten que los sistemas sean mucho más económicos y versátiles, frente al hardware dedicado a trabajar en una frecuencia concreta. Las aplicaciones son enormes. Por ejemplo, un transmisor de este tipo es necesario en la radio cognitiva, es decir, los sistemas de radiofrecuencia que tienen en cuenta la ocupación del espectro en un determinado momento para poder emitir sin causar interferencias. Para aprovechar de forma óptima el espectro disponible es preciso que el transmisor funcione en un amplio margen de frecuencias (pongamos dos órdenes de magnitud), cosa que sólo se consigue con SDR. Los requisitos de las comunicaciones militares en este sentido han ejercido también un efecto tractor para el desarrollo de la SDR.

El caso práctico que detallaré a continuación es el de la recepción de señales ADS-B con un equipamiento muy sencillo. Probablemente, este sistema de comunicaciones es el que ha popularizado la SDR entre muchos usuarios. ADS-B (Automatic dependent surveillance – broadcast) es un sistema de comunicación empleado por los aviones para transmitir determinados parámetros de vuelo en mensajes digitales enviados en 1090 MHz. Estos mensajes se emiten sin cifrar para que se puedan recibir fácil y libremente pues su objetivo es mejorar la seguridad aérea. En la web de Enaire [1], el gestor de la navegación aérea en España, se ofrece algo más de información de este sistema. Los datos de ADS-B son los que muestra la conocida página Flightradar24 [2], que rastrea miles de vuelos en tiempo real y cuyos registros aparecen de vez en cuando en los medios de comunicación, cuando hay un accidente aéreo. Flightradar24 se nutre de los datos recibidos por cientos de usuarios repartidos por todo el planeta, que tienen en casa un receptor de ADS-B. ¿Tan sencillo es disponer, por tanto, de un receptor de ADS-B? La respuesta es que sí, gracias al paradigma de la SDR.

En concreto, hay tarjetas sintonizadoras de TV digital dotadas del circuito de demodulación RTL2832U que con el controlador adecuado funcionan como un receptor de SDR en un amplio rango de frecuencias, incluyendo 1090 MHz. Se trata de una tarjeta sintonizadora USB para PC que se puede encontrar en tiendas de comercio electrónico por menos de 10 €. Las referencias [3] y [4] aportan más información sobre este versátil circuito y el software rtlsdr.

Dab

Así que todo lo que necesitamos para construir nuestro receptor de ADS-B es una tarjeta sintonizadora como las de la figura, un ordenador dotado de un puerto USB y el software adecuado. Una posibilidad muy ventajosa es emplear una Raspberry Pi [5] en lugar de un ordenador de sobremesa o un portátil, como se detalla en [6]. Explicar la tremenda utilidad y versatilidad de una Raspberry Pi, que cuesta entre 20 y 30 €, ya requeriría un artículo completo. Sólo diré que es una magnífica opción para realizar tareas que requerirían un ordenador dedicado. Además, como el sistema operativo de estos dispositivos es una distribución basada en Debian llamada Raspbian, basta conocer Debian u otro sistema operativo tipo GNU/Linux para poder manejarlas perfectamente. Esta distribución basada en Debian también simplifica la compatibilidad con otros dispositivos, como la tarjeta sintonizadora de la que estamos hablando. La referencia [6] explica cómo instalar el programa dump1090, con el que se obtienen resultados tan espectaculares como el de la captura, donde se muestran los parámetros (callsign, squawk, altitud, velocidad, rumbo, coordenadas) de decenas de aviones a una distancia de cientos de kilómetros. Para la antena basta un simple monopolo de la longitud adecuada.

Y este es sólo un ejemplo de lo que puede dar de sí la SDR sin necesidad de ningún equipamiento sofisticado. Hay muchas más cosas que un teleco con ganas de cacharrear un poco puede hacer, como analizadores de espectro de bajo coste o un receptor de radio para HF.



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[1] http://www.enaire.es/csee/Satellite/navegacion-aerea/es/Page/1043829981402//Vigilancia-dependiente-automatica-ADS.html

[2] http://www.flightradar24.com

[3] http://osmocom.org/projects/sdr/wiki/rtl-sdr

[4] http://superkuh.com/rtlsdr.html

[5] https://www.raspberrypi.org/

[6] http://www.satsignal.eu/raspberry-pi/dump1090.html