A Radio Definida por Software

A Radio Definida por Software ou SDR (Software Defined Radio) é un sistema de comunicación sen fíos que conta, polo menos, con algunha das súas 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(s) dispositivo(s) radio ás necesidades concretas dunha aplicación, non necesitando mercar dispositivos radio completos 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 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 dun dispositivo 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.