Gigamuestras por segundo (III)

Habíamos quedado en la entrada anterior en diferenciar entre "rango de frecuencias" y "ancho de banda" de un SDR. La velocidad de muestreo depende solamente del segundo parámetro.

Recuperemos la referencia al circuito mencionado en la entrada anterior: El TI ADS54RF63. Su velocidad de muestreo es de 550 MSPS, pero su ancho de banda de entrada llega a 2,3 GHz. El ancho de banda máximo (teórico) es la mitad la frecuencia de muestreo (Algo más de 200 MHz).


Podemos, por lo tanto, usarlo para recibir completamente la banda completa de GSM-1800 (1710 a 1785 MHz + 1805 a 1880 MHz. 1880-1710=170 MHz de ancho total) o para la banda de radioaficionados de 23 cm (1240-1300 MHz = 60 MHz de ancho de banda).

El problema que se plantea inmediatamente es cómo se selecciona una u otra. El hecho es que los convertidores A/D no tienen nada para seleccionar. El hecho es que se recibe todo el ancho de banda al mismo tiempo. Lo que ocurre es que resulta imposible tras la conversión saber con precisión a qué frecuencia original corresponde un determinado conjunto de muestras.

Supongamos que se muestrea a 200 MHz con un convertidor con una frecuencia de entrada máxima de 1GHz. Si se introduce una frecuencia de 40 KHz, ésta puede verse fácilmente tras el muestreo, aplicando una FFT como un "bin" (una raya en el espectro) en la posición correspondiente en la escala entre 0 y 100 (200/2) MHz. Pero si en estas mismas condiciones se introducen ciertas frecuencias, aparecerá también tras la FFT el mismo "bin". Estas frecuencias son 160, 240, 360, 440... MHz, y así sucesivamente hasta 1GHz. Estoas frecuencias se denominan "alias", ya que parecen iguales aunque no lo son.

Si en el análisis de espectro veo una señal en 40 MHz, no sé si se corresponde a una señal de 40 MHz, de 160 MHz de 840 MHz... u otra de las posibles. Es más, si tengo una de 40 MHz y otra de 640 MHz aparecerán como una sola que es la suma de las dos y será imposible conocer su origen.

La única forma de superar este problema es el uso de los (poco SDR) filtros previos "anti alias" antes de la conversión A/D. Un filtro "anti-alias" no es más que un filtro que selecciona de todas las posibles frecuencias que un A/D puede convertir en muestras, aquéllas que nos son de interés. Colocando antes del ejemplo anterior, un filtro que sólo deje el paso de las frecuencias entre, pongamos, 410 y 490 MHz, tendremos un receptor para estas frecuencias, ya que cuando veamos en el espectro los 40 MHz podremos saber que corresponden a 440 MHz, ya que el resto de frecuencias "alias" no pueden presentarse por haberse filtrado previamente.

Desde luego, son necesarios filtros de buena calidad, pero aún así se trata en general de circuitos pasivos (cuando no directamente de "fontanería") y no se integra otra circuitería clásica.

Una ventaja del SDR es que puede compensar mediante proceso de cálculo los efectos de distorsión del filtro, lo que aumenta la flexibilidad a la hora de diseñar dicho filtro.