SDR en uso militar

Las técnicas SDR se usan profesionalmente en numerosos dispositivos radio. Hay en día resulta difícil encontrar, por ejemplo, un equipo de radio en una célula de telefonía móvil que no las emplee. Los receptores Inmarsat D+ de hace unos años aún pueden reconfigurarse y mejorarse por estar basados en tecnologías SDR. Todos estos equipos suelen estar basados en tarjetas montadas en armarios, situadas en salas protegidas frente a cambios bruscos de temperatura y pérdidas de alimentación.

Cuando un radioaficionado piensa en una radio, piensa en un equipo que pueda colocar sobre su mesa, en su coche o llevar colgado del cinturón. Hay un tipo de cliente aún más exigente en este campo: el militar. Además de la robustez exigible a un equipo militar, se requiere cada vez más una simplificación en cuanto a su uso.

La familia de radios tácticas Harris RF-7800 dispone de dispositivos fuertemente basados en tecnologías SDR para ofrecer equipos muy flexibles. Esta familia comprende al menos los equipos RF-7800B, RF-7800I, RF-7800M y RF-7800MP que ofrecen diferentes soluciones de radios (personal, vehicular, fija...) totalmente interoprables en modos que pueden cubrir desde transmisiones de voz a comunicaciones de datos hasta 5Mb por segundo -lo que permite video en tiempo real-.

Aunque estas radios carecen de modulaciones clásicas (USB, NFM...) debido a que están diseñadas para las necesidades militares, no me cabe ninguna duda de que un simple cambio de su firmware interno las permitiría funcionar con estas modulaciones. Y además, si en el futuro se decide cambiar por cualquier razón las modulaciones, estos será posible con una simple conxión de unos segundos a un ordenador personal.

Esta es la flexibilidad exigible a una SDR. ¿Se imaginan la formación necesaria para manejar la radio de la fotografía respecto a una RF-7800S? Para un militar, un soldado no debe ser un ingeniero de telecomunicación. Aunque tal vez hace 50 años casi lo fueran.

Control de las interioridades de una SDR

"Lo digital es más simple que lo analógico" podemos escuchar frecuentemente. Al fin y al cabo se basa en ceros y unos. LO analógico es complejo, ya que todo es sutil -infinitamente sutil-. ¿Seguro?.

Hace años, cuando aparecieros los primeros sistemas CAE para diseño de circuitos impresos, hablando con un profesional del diseño de los C.I. me cometo: "Yo comencé dibujando los circuitos impreos con plumilla. Entonces, irrumpió en el mercado el "Rotring". En aquel momento todo el mundo creyó que era capaz de diseñar circuitos. No fue así. Para simplificar aún más el proceso aparecieros los transferibles. Ahorá sí que cualquiera podría diseñar circuitos. Tampoco fue así. Ahora comienzan a aparecer los programas. Todo el mundo se cree capaz de diseñar circuitos. Pero tampoco será así".

Igual que un editor de textos no convierte a su usuario en escritor, ninguna máquina es capaz de convertir a un usuario esporádico en experto. Una nueva radio puede facilitar el uso a un usuario poco experto, pero un usuario conocedor de sus interioridades SIEMPRE será capaz de obtener mejores resultados.

Venga esto a cuenta de los SDR. Los SDR son equipos relativamente simples, en los que la mayor parte de los mandos son "todo o nada", mientras que en un receptor analógico avanzado los mandos manipulan aspectos sutiles del proceso de señal.

Voy a tomar al azar un transceptor moderno y potente: el IC756 Pro3. Solamente analizando el control de la recepción se dispone de numerosos mandos: RF gain, Squelch control, AF gain, preamp, attenuator, AGC, IF Shift, NR, NB, filter, RIT... Tomemos ahora un Flex-5000 y su pantalla de control, sin duda un control sofisticado. Para la recepción se tiene: AF, AGC, SQL, Filter (audio), NR, NB... ¿Que ha pasado, por ejemplo, con el IF-Shift?. Se trata sin duda de un control que requiere un cierto conocimeinto del funcionamiento interno del receptor para ser usado. En un SDR completo se puede emular bien este mando, pero resulta más práctico rehacer la cadena de recepción con nuevos filtros. En un SDR la gestión de rechazo de frecuencia imagen es una cuestión importante que requiere una reconfiguración completa del conversor digital a banda base. Sin embargo, es raro encontrar un mando que lo controle. Y si existe, ni siquiera está con ese nombre. Pero sería de gran utilidad para quien comprenda su funcionamiento.

La conclusión que yo obtengo es que un receptor digital puede automatizar ciertas tareas y simplificar el uso, pero que el final el operador es siempre quien puede extraer el máximo de un equipo. Y para que extraiga el máximo hay que cederle el control de los detalles y explicarle cómo funcionan. Y sin duda su experiencia servirá para mejorar los procesos automáticos y descubrir nuevas técnicas de operación que estarán pendientes de automatizar en el futuro.

SDR... "OnLine"

Estos días de Semana Santa, como muchos fines de semana, me he trasladado. Dado que en otras ocasiones no pude hacer nada de radio después de cargar con equipos esta vez he decidido no llevarlos conmigo. Pero el tiempo no ha acompañado, así que he aprovechado para estar un rato conectado y escuchando a través de receptores SDR "online".

Quizá el más espectacular es el radioclub de la universidad de Twente, en Holanda. La página se accede a través de este enlace. El equipo dispone de tres entradas de señal I/Q analógicas en banda base, sobre convertidores A/D estereo, obtenidas a través de sendos mezcladores de muestreo en cuadratura, conocidos como "Tayloe mixer". Este es el tipo de mezclador que se utiliza en muchos diseños de convertidor simples, como el SDR-1000 o el SoftRock entre otros.

Puede verse fácilmente que la velocidad de muestreo es de 48 KHz para cada una de las tres bandas (el ancho de banda que puede verse en los espectros que aparecen). Por otra parte he podido ver hasta 43 usuarios accediendo al sistema de forma simultánea.

Lo que me interesaba más era la tecnología implicada. Para que las muestras obtenidas por el equipo servidor (48000*3 pares de muestras por segundo) sean trasladadas a información (espectro y audio) en el ordenador remoto (cliente) que accede al sistema se podrían emplear dos técnicas: Una consistiría en trasladar las muestras al ordenador cliente y hacer que éste efectúe las operaciones necesarias. Otra consiste en procesarlas en el mismo ordenador que recoge las muestras (servidor) y enviar únicamente información sobre el audio y el espectro. Esta es la que se ha escogido. Una tercera consistiría procesar una parte en cada extremo, pero en este caso no ofrece ninguna ventaja.

El primer caso requiere un ancho de banda hacia internet de unos 48000*3*2*16=4608000 -casi 5 Mbits/s- por cada acceso. Atender a 50 accesos simultáneos, supone un ancho de banda de algo más de 230Mbits/s. Si se aplica el segundo sistema, se deben enviar datos relativos al espectro y el sonido. Con un análisis rápido se puede concluir que el ancho de banda empleado es de aproximadamente 400000 bits/segundo por enlace, es decir, unas 11 veces menor. A la vista de los datos presentados en los espectrogramas y la calidad de vox, podemos deducir que algo más de la mitad -unos 250000 bits/segundo- se dedican a la presentación del espectro, mientras que el resto -unos 150000 bits por segundo- se dedican al audio. Estas cifras se deben tomar como una estimación.

Eligiendo la segunda opción se ha conseguido simplificar el tráfico de red, pero el proceso debe hacerse en el servidor. Para cada usuario debe incluirse el proceso de un receptor. En este sistema el receptor es siempre de USB o LSB con un filtro adaptado para el ancho de banda deseado. El hecho de añadir un nuevo proceso para cada nuevo receptor/usuario del sistema limita el número de usuario en función de la capacidad de cálculo. Esta es una cuestión analizada por los autores. Se ha llegado a conseguir mantener acceso a 100 usuarios (100 receptores) sobre seis bandas simultáneas bajo Linux en un Pentium-4.

Este equipo es experimental y presenta algunos problemas. Puede notarse, por ejmplo, que el centro de las bandas no recibe bien. Ello es debido a que las tarjetas de audio no funcionan en freceuncias muy bajas. La conversión I/Q traduce el centro de la señal recibida a frecuencias muy bajas. Sin embargo nos da una idea de lo que el proceso digital puede hacer.