Software Defined Radio - Capítulo 2: GNU Radio Companion

SDR

1. Software Defined Radio
ParteII: GNU Radio Companion
Expositores: Héctor Miyashiro/Oscar Llerena
Investigadores en INICTEL-UNI

2. Repaso Parte I: Introducción
•SDR (Software DefiendRadio): Es una radio (hardware) que permite realizar
comunicaciones a determinada frecuencia, ancho de banda, modulación,
velocidad, etc. tan solo con la configuración en software.
•Diagrama de bloques SDR
•Software: GNU Radio Companion
•Aplicaciones: Investigación y educación
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Configuración & control
Unidad de
Procesamiento
Digital
ADC, DACInterfaz RF
Software

3. Contenido
I.Introducción
II.Generación de señales (analógicas) e instrumentos virtuales
III.Operaciones con señales
IV.Generación de datos binarios
V.Procesamiento de datos binarios
VI.Interfaz SDR
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4. I. Introducción
•GNU Radio es un software libre que contiene librerías, funciones,
variables para procesamiento digital de señales utilizadas en
comunicaciones.
•Esta colección esta basada en C++ y Python.
•GNU Radio Companion(GRC) es un programa que facilita el uso de
estas, a través de una interfaz gráfica.
H. Miyashiro 4
Flowgraphen GRC de un transmisor BPSK

5. I. Introducción
•Interfaz gráfica de GRC
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Área de trabajo
Librería de bloques
Terminal
Barra de herramientas
EXP1

6. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
•DEMO2-1: Generación de señales. Generar señales periódicas,
aleatorias en GRC. Visualizarlas en el tiempo y frecuencia.
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7. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
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•Bloques generadores de señales
Señales en el tiempo

8. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 8
•Bloques generadores de señales
Señal en el tiempo

9. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 9
•Bloques generadores de señales
Señal en el tiempo

10. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 10
•Bloques generadores de señales
Señal en el tiempo

11. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 11
•Bloques instrumentos virtuales
Señal en el tiempo

12. •Bloques instrumentos virtuales
II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 12
Espectro señal 8-PSK

13. •Bloques instrumentos virtuales
II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 13
Espectro en el tiempo (3 tonos: 1.5, 3, y 5.4 khz; amplitudes: 1, 5 y 10)

14. •Bloques instrumentos virtuales
II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
H. Miyashiro 14
Constelación señal 8-PSK

15. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
•EXP2-1.Diseñe en GRC un flowgraphque genere una señal senoidal
de amplitud A = 0,5 y frecuencia f = 2000. Visualizarlo en tiempo y
frecuencia.
H. Miyashiro 15

16. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
•EXP2-2.Rediseñar el flowgraphde EXP2-1 para poder variar los
parámetros de frecuencia y amplitud de la señal sinusoidal en tiempo
real.
H. Miyashiro 16
Start StopStep

17. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
•EXP2-2.Rediseñar el flowgraphde EXP2-1 para poder variar los
parámetros de frecuencia y amplitud de la señal sinusoidal en tiempo
real.
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18. II. Generación de señales (analógicas) e instrumentos
virtuales
•EXP2-3: Teorema de Nyquist. Con el flowgraphde la experiencia
EXP2-2, hacer variar la frecuencia ??????de la sinusoidal hasta 18 kHz.
Analizar en tiempo y frecuencia.
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19. III. Operaciones con señales
•EXP3-1: Operación con señales. Añadir al diseño de EXP2-2los
bloques para sumar a la señal sinusoidal otra de amplitud ??????=1y
frecuencia ??????=5000, utilizar samp_rate= 250000 hz.
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20. III. Operaciones con señales
•EXP3-2: Ruido. Añadir a las 2 señales de EXP3-1una fuente de ruido
blanco gaussiano (AWGN )con amplitud, ??????_??????????????????????????????variable en el rango
de [0 -1].
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21. III. Operaciones con señales
•PROB1. Utilizando bloques de GRC, generar una onda triangular
escalonada con las características que se muestra a continuación:
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22. III. Operaciones con señales
•PROB1. Utilizando bloques de GRC, generar una onda triangular
escalonada con las características que se muestra a continuación:
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23. III. Operaciones con señales
•EXP4-1: Audio WAV. Importar en GRC un archivo de audio .WAV.
Reproducir el audio en tiempo real y realizar el análisis en frecuencia.
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24. III. Operaciones con señales
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•Interpolación/decimación

25. III. Operaciones con señales
•EXP4-2: Interpolación -decimación. Realizar la corrección de
frecuencia de muestreo utilizando interpolación y/o decimación.
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26. III. Operaciones con señales
•Filtro Pasabajosdigital [1]
Filtra las componentes de
frecuencia superiores a la
frecuencia de corte (cutoff).
Gain: ganancia del filtro
CutoffFreq: frecuencia de corte
TransitionWidth: ancho de
transición entre banda pasante y
banda de parada.
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SALIDA
Gain= 1.0
CutoffFreq= 500 khz
TransitionWidth= 10 khz
ENTRADA
NoiseType= Gaussian
Amplitude= 1
Espectro
[1] Libro: “Software DefinedRadio usingMATLAB & Simulinkand theRTL-SDR”, pág. 583

27. III. Operaciones con señales
•EXP4-3: Filtro digital. Filtrar la señal de audio con un filtro variable
pasa altos, verificar el procesamiento escuchando el audio resultante
en tiempo real.
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28. IV. Generación de datos binarios
•EXP5-1: Bytes fijos. Generar datos binarios y analizarlos con un editor
hexadecimal.
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29. IV. Generación de datos binarios
•EXP5-2: Bytes aleatorios. Generar datos binarios aleatorios y
analizarlos con un editor hexadecimal.
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30. V. Procesamiento de datos binarios
•EXP6-1: Packed-Unpacked. Desempaquetar en bits los Bytes
generados de forma constante en la experiencia EXP5-1.
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31. V. Procesamiento de datos binarios
•Tramas
Usualmente en comunicaciones digitales se envía la información en tramas
compuestas por una cabecera (header) y una carga útil (payload).
1.En la cabecerase colocan secuencias binarias para facilitar la
sincronización en el receptor. Adicionalmente va información sobre la
trama.
2.El payloadcontiene la información.
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32. V. Procesamiento de datos binarios
•EXP7-1: Generación de tramas. Generar tramas con 16 Bytes de
cabecera y 32 Bytes de carga útil (Payload). Analizar las tramas
generadas con un editor hexadecimal.
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33. VI. Bloques SDR
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•GRC proporciona bloques que sirven de interfaz entre GRC y el SDR
conectado a la unidad de procesamiento digital.
•UHD: USRP Sink/Source–para los SDRs: N210, B210
•OsmocomSource/Sink–para los SDRs: RTL-SDR, HackRFOne
USB, Ethernet

34. VI. Bloques SDR
•EXP8.1: Implementación de un analizador de espectro. Utilizar un
SDR para visualizar el contenido espectral en la banda : 88 –108 Mhz,
utilizando GRC.
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B210, N210 RTL-SDR, HackRFOne

35. H. Miyashiro 39

36. H. Miyashiro 40
Diseño en GRC para evaluar el instrumento Waterfall

37. H. Miyashiro 41
Diseño en GRC para evaluar los parámetros de filtros pasabajos