PDF de programación - Diseño y puesta en marcha de un receptor SDR de bajo coste para experimentación en la banda de HF

Centro Universitario de la Defensa

en la Escuela Naval Militar



TRABAJO FIN DE GRADO



Diseño y puesta en marcha de un receptor SDR de bajo coste para

experimentación en la banda de HF



Grado en Ingeniería Mecánica



ALUMNO:

Diego Javier Isaac Hernández

DIRECTOR:

José María Núñez Ortuño

CURSO ACADÉMICO:

2014-2015









Centro Universitario de la Defensa

en la Escuela Naval Militar



TRABAJO FIN DE GRADO



Diseño y puesta en marcha de un receptor SDR de bajo coste para

experimentación en la banda de HF



Grado en Ingeniería Mecánica

Intensificación en Tecnología Naval

Infantería de Marina











RESUMEN

El presente trabajo tiene por objeto establecer un sistema de recepción de señales de HF mediante
un receptor de radio definido por software. Se trata de una tecnología emergente en la que los
elementos hardware se ven reducidos, trasladando ciertas funcionalidades que antes recaían en el
hardware a funciones implementadas por ordenador. Introducir dichas funcionalidades software ha
permitido en nuestro trabajo, añadir más flexibilidad al sistema, facilitando además la capacidad de
una rápida reconfiguración de sus parámetros tales como frecuencia o el ancho de banda. En el trabajo
se detallan los resultados obtenidos de un sistema que evalúa diferentes software en entornos
operativos distintos (Linux y Windows).

El motivo no es otro que el de comparar las ventajas que ofrecen ambos programas en el ámbito
docente, experimentador e investigador. Estos software están apoyados por una serie de elementos
hardware (circuitería, antenas, receptor SDR y Up-converter).

La recepción se lleva a cabo mediante dos antenas de la banda de HF con características
diferentes: la primera de ellas es una antena de hilo de 20 metros de longitud y la segunda es una
monopolo vertical o látigo con una frecuencia central de 27 MHz. Se han seleccionado los elementos
necesarios para la recepción SDR estableciendo unos límites de coste y teniendo en cuenta la calidad
de las diferentes ofertas que actualmente se encuentran en el mercado.

Para finalizar se ha puesto en marcha un servidor web denominado WebSDR donde distintos

usuarios pueden tener acceso al receptor SDR de forma concurrente.



PALABRAS CLAVE



Software Defined Radio, HF, SDR-Sharp, GNU-Radio, WebSDR.


i





ii





AGRADECIMIENTOS

Agradezco en primer lugar al tutor del presente trabajo D. José María Núñez Ortuño por su incansable
esfuerzo profesional que tanto me ha ayudado a la hora de realizar el mismo. Su motivación y fuente
de conocimientos son un ejemplo en el que fijarse para el futuro.

Agradezco al Centro Universitario de la Defensa su inestimable ayuda a la hora de poner medios a
nuestra disposición.

Agradezco al CEMEDEM la ayuda prestada a la hora de la caracterización de la antena A99 Solarcom.
Sus medios fueron muy útiles para entender en detalle el trabajo que se estaba realizando.

Agradezco a mi Comandante de Brigada, el T.N. Molina Martínez su ayuda como fuente de
información para comprender el interés militar de este trabajo, en especial en la Armada.

Agradezco al CTE I.M. Lage Carreira y al CAP. I.M. Iglesias Sánchez, su apoyo prestado a la hora de
recopilar información sobre las comunicaciones en el ámbito de I.M.

Agradezco a la Unión de Radioaficionados de Ourense (URO) su ayuda y calurosa acogida en sus
instalaciones para familiarizarnos con la teoría básica de antenas.

Agradezco por ultimo a mi familia el apoyo prestado durante estos cinco años de carrera. Su ayuda,
ánimos y cariño han significado un estímulo en ese tiempo.



iii





iv

DISEÑO PUESTA EN MARCHA DE UN RECEPTOR SDR DE BAJO COSTE PARA EXPERIMENTACIÓN EN LA BANDA DE HF



Contenido

Contenido ........................................................................................................................................... 1

Índice de Figuras ................................................................................................................................ 3

Índice de Tablas .................................................................................................................................. 5

1 Introducción, motivación y objetivos ........................................................................................... 7
1.1 Introducción. ........................................................................................................................................ 7
1.2 Motivación. ......................................................................................................................................... 11
1.3 Objetivos. ............................................................................................................................................ 12

2 Estado del arte ............................................................................................................................. 13
2.1 Definición de SDR. ............................................................................................................................. 13
2.1.1 Definición. .................................................................................................................................... 13
2.2 Evolución histórica. ............................................................................................................................ 15
2.2.1 Desde el SPEAKEASY hasta el SDR 1000.................................................................................. 15
2.2.2 SDR de bajo coste. ........................................................................................................................ 21
2.2.3 Equipos SDR avanzados. .............................................................................................................. 25

3 Estructura de un receptor sdr .................................................................................................... 29
3.1 Principio de funcionamiento de un receptor SDR. ......................................................................... 29
3.1.1 Introducción. ................................................................................................................................. 29
3.1.2 Funcionamiento. ........................................................................................................................... 29
3.1.3 La conversión de frecuencias en un receptor SDR. ...................................................................... 34
3.1.4 La demodulación en SDR. ............................................................................................................ 36

4 Espectro de HF ............................................................................................................................ 39
4.1 Espectro de HF. .................................................................................................................................. 39
4.1.1 Establecimiento de enlace en HF. Factores a tener en cuenta. ..................................................... 41
4.2 Interés militar y civil. Aplicaciones. ................................................................................................. 42
4.2.1 Interés militar.BFEM. ................................................................................................................... 43
4.2.2 Aplicaciones civiles. ..................................................................................................................... 44

5 Sistema de RX propuesto ............................................................................................................ 45
5.1 Selección de antena. Características. Diagrama de Radiación. ..................................................... 45
5.1.1 SIGMA LW-20. (ANTENA 1) ..................................................................................................... 46
5.1.2 A99 SOLARCON. (ANTENA 2) ................................................................................................. 49
5.2 Selección de equipo SDR. Características. ....................................................................................... 51
5.3 Selección de UP-converter. Características. .................................................................................... 52
5.4 Accesorios hardware. ......................................................................................................................... 55
5.5 Sofware SDR evaluado. ..................................................................................................................... 56
5.5.1 SDRSharp. .................................................................................................................................... 57
5.5.2 GNURadio. ................................................................................................................................... 60
5.5.3 WebSDR ....................................................................................................................................... 63

6 Resultados / Validación / Prueba ............................................................................................... 67
6.1 Resultados. .......................................................................................................................................... 67
6.1.1 Montaje de todos los equipos HW. ............................................................................................... 67
6.1.2 Instalación de SDRSharp#. .