¿El fin de HPSDR?

El proyecto HPSDR (High Performance SDR) se ha mudado. ¿Por qué?. Los motivos los explica Phil Covington en una página del pasado 5 de Mayo.

Aunque siempre me pareció un proyecto muy complejo, fue una buena fuente de ideas y estudio. Desconozco qué piensa hacer Phil en el futuro con este proyecto, pero por el momento dejaré los enlaces a su página personal y su blog para poder seguirlo de cerca.

En la página del proyecto han quedado varios enlaces de interés relacionados con el mismo y SDR en general.

¿Más rápido o más bits? (Contra la intuición: 2)

En la entrada "¡Mejor con ruido!" ya se indicó un número de bits limitado en el convertidor como un aparente problema para tratar con elevados rangos dinámicos o con señales débiles.

La intuición parece indicar que solamente se pueden mejorar estos aspectos mejorando el circuito de conversión A/D. Sin embargo, es posible mejorar la resolución de los resultados de un convertidor, aumentando el número de muestras por encima de las imprescindibles (el doble del ancho de banda de acuerdo al teorema de Nyquist).

Para recibir una señal de 4KHz de ancho de banda se puede emplear un convertidor A/D de poco más de 8 Km/s (Kilomuestras/segundo). Pero también se puede emplear un convertidor de varias decenas de Mm/s (Megamuestras/segundo). En este segundo caso, un proceso digital de las muestras denominado "diezmado" nos permitirá pasar del elevado número de muestras original a un número menor que represente la señal.

Sin entrar en grandes detalles, si en este proceso de diezmado, se procede a ciertas operaciones de filtraje, cada vez que se reduce el ritmo de muestras a la mitad, se ganan 3dB, es decir, cada vez que se reduce a la cuarta parte se ganan 6dB, equivalentes a 1 bit de conversión A/D.

Al pasar de un muestreo de 65 Ms/s a una salida de 8Ks/s se obtiene una ganancia de proceso que se puede calcular mediante: 10*log(65000000/8000)=39dB. Pasándolo a bits se tiene una mejora de 39/6=6,5 bits. Es decir, para el ancho de banda indicado, la resolución de un convertidor de 14 bits pasaría a ser de 20,5 bits, pasando el rango dinámico desde 84dB a 120 dB. ¡Casi magia!.

Todo esto nunca es gratis. Se precisa capacidad de cálculo para efectuar las operaciones digitales necesarias.

Los convertidores A/D de audio, incluidos los que habitualmente se emplean en los ordenadores, emplean esta técnica llevada al límite. De hecho el convertidor A/D es de ¡un bit! y la tasa de sobremuestreo -factor por encima del teórico necesario- de entre 256 y 1024. En estos dispositivos casi todo el circuito del convertidor A/D es... digital.

Para saber más de nuevo recurro a Analog Devices.

¡Mejor con ruido! (Contra la intuición: 1)

La radio digital presenta algunos aspectos técnicos en su funcionamiento que parecen desafiar el sentido común. El primero que quiero tratar es el de la sensibilidad.

La aparente paradoja se puede plantear del siguiente modo ¿Cómo es posible que un receptor digital alcance sensibilidades tal altas?. Analizando un receptor como el SDR-14 o el PERSEUS - en los que la conversión A/D se hace práctiamente a partir de la señal de antena- se observa que el convertidor es de 14 bits, con un rango de entrada de 1V a escala completa. Esto significa que cada bit representa un salto de: 1/(2^14)= ¡60 microvoltios!. Es decir, hace falta que la señal cambie 60 microvotios respecto a la muestra anterior para poder percibir un cambio en la muestra de entrada. Sin embargo el recptor detecta perfectamente señales de pocos microvoltios.

La solución a esta paradoja viene por dos lados: Por un lado está el ruido -externo e interno no deseado e incluso a veces forzado- que hace que una señal de entrada aunque sea siempre del mismo valor acabe generando códigos de salida distintos. Por otro lado está la ganancia de proceso debida al submuestreo. Por ahora comentaremos el ruido, dejando la ganancia de proceso para más adelante.

Si se emplea un convertidor analógico/digital que entrega, pongamos, cuatro valores entre 0 y 3 a su salida -de dos bits- para una entrada entre 0 y 1V, se obtendrá que la salida den convertidor será:

• "0" entre 0 y 0,25V
• "1" entre 0,25V y 0,5V
• "2" entre 0,5V y 0,75V
• "3" entre 0,75V y 1V

Así pues, si se introducen 0,3V obtendremos siempre 1 ¿O no?. Bueno, si el sistema tiene ruido, la señal a veces aparecerá como 1, a veces como otro valor. Si se hace un número elevado de medidas (pongamos 1000) el valor 1 aparecerá, por ejemplo -dependerá de la caracter´sitica del ruido-, 800 veces, el valor 0 198 el valor dos una vez, y el valor 3 una vez. Gracias a ello podremos aproximar el valor real del nivel de entrada. Pero esto es materia que dejo para otra entrada.

Tal es así que algunos convertidores A/D de alta velocidad ¡incluyen un generador de ruido!. Por ejemplo, el LTC2207 -recomiendo la lectura de su hoja de características para entender mejor el fenómeno- es un convertidor A/D en el que se emplea un generador de ruido añadido para mejorar el rango libre de espúreos.

Quizá el aspecto más contrario a la intuición surja del hecho de que este ruido añadido es más útil en señales de bajo nivel que en señales de nivel elevado.