Universidad Técnica Técnica Particular de Loja
F
UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja Electrónica y Telecomunicaciones Electrónica de Radiofrecuencia Radiofrecuencia
Práctica:
Analizador de espectros usando GNURadio y la plataforma hardware USRP N210.
Número: Profesores:
Fecha: Integrantes:
1.
Ing. Manuel Quiñones Cuenca. 08/04/2014 1) 2)
……………………………………………
……………………………………………
1. Resumen
Durante esta práctica se va a realizar una introducción a herramientas hardware y software para los laboratorios laboratorios de la asignatura de Electrónica de Radiofrecuencia con la realización de un analizador de espectros. Finalmente les invito invito estimados estudiantes a empezar con optimismo
la presente
práctica. 2. Objetivos
Introducir a los profesionales en formación al manejo de herramientas de SDR
Desarrollar un analizador de espectros usando tecnología abierta para SDR.
Monitorear el espectro radioeléctrico utilizado por diferentes los sistemas de comunicación.
3. Reglas generales para el desarrollo de las Prácticas de Laboratorio.
Las presentaciones de resultados deben ser originales, es decir, se sancionará a los equipos o autores de prácticas idénticas.
Universidad Técnica Particular de Loja
El día de entrega de la práctica debe ser en formato electrónico y subido al sistema EVA (Subir informe y archivos generados)
Durante
revisión de la práctica, se verificara los resultados y las
conclusiones que hayan obtenido con el fin de corroborar los objetivos de la práctica se haya logrado. 4. Conceptos
Consultar que es un analizador de espectros y tipos (Brevemente) 5. Desarrollo 5.1. Analizador de espectros
En esta primera práctica se implementará un analizador de espectros. La elaboración de este instrumento es muy sencilla, solo debemos añadir el esquemático de la fuente USRP(de donde se reciben las señales) y conectarla al sumidero gráfico FFT con la configuración que se explicará a continuación. Se debe especificar el rango de frecuencias que nos interesa analizar, siempre y cuando estas sean soportadas por el dispositivo USRP; en este caso nos interesa analizar el dial de frecuencias correspondientes a la radio FM. El esquemático implementado aparece en la figura 1.
Figura 1: Diagrama de bloques del analizador de espectros en GNU Radio
Universidad Técnica Particular de Loja
A continuación se irá explicando paso a paso la configuración de cada bloque que conforma el analizador de espectros:
Definición de la fuente: En este caso, la señal será la que proporcione el
USRP a través de la interfaz Gigabit Ethernet. La configuración de este bloque se muestra en la figura 2.
Figura 2: Configuración del bloque USRP Source.
Como se puede observar la fuente es de tipo complejo; algo muy importante es especificar la dirección IP del dispositivo que por defecto es: "192.168.10.2", los valores del reloj interno del dispositivo se los deja por defecto, en este bloque también se debe especificar la frecuencia de muestreo(Samples per second), frecuencia central del canal, ganancia del canal, tipo de antena y ancho de banda; todos estos parámetros se los analizará posteriormente.
Selección del sumidero: El sumidero del flujo de señal será un sumidero
gráfico de tipo FFT. Su configuración se muestra en la figura 3.
Universidad Técnica Particular de Loja
Figura 3: Sumidero FFT.
Este sumidero es de tipo complejo. Obviamente, los extremos de una conexión tienen que ser del mismo tipo. Se especifica el título del bloque en la casilla Title y se asigna a Sample Rate el identificador de la variable BW que se creará posteriormente. Para que la representación se centre en la frecuencia sintonizada, se creará el identificador freq (el de la Variable Slidder que se moverá en la interfaz gráfica). El resto de parámetros están asociados a la visualización: escala, número de puntos de la FFT, velocidad de actualización, etc.
Inserción de variables y opciones: En este paso se explicará el proceso
para crear variables que posteriormente se puedan manejar desde la interfaz gráfica al ejecutar el diseño así como las opciones de la interfaz gráfica. Comenzamos con las variables slider:
Universidad Técnica Particular de Loja
Figura 4: Frecuencia central
Figura 5: Ganancia RF(USRP)
Como se aprecia, lo primero es indicar el identificador o nombre de la variable que se asocia a ellas para identificarlas en el resto del esquemático. Después se selecciona la etiqueta que se mostrará en la interfaz gráfica, el rango de valores posibles y el estilo. Debemos establecer estas variables; tanto de frecuencia como de ganancia, en valores que sean soportados por el dispositivo y no exceder estos límites para no causar un mal funcionamiento del equipo o comportamientos inesperados del mismo.
Universidad Técnica Particular de Loja
La última variable definida en el esquemático es del tipo Variable Chooser para ajustar el ancho de banda. Se ha elegido este tipo porque el factor de diezmado no puede tomar cualquier valor (sólo pares entre 8 y 512) y por temas de eficiencia potencias de 2 (para algoritmos como FFT). Sus propiedades aparecen en la figura 6.
Figura 6: Ancho de banda.
El único bloque que falta por comentar es el de opciones. En éste, se selecciona el nombre que tendrá el fichero .py que se genera una vez se compile el esquemático, el título de la interfaz gráfica, el autor y algún otro detalle de visualización como una descripción de la práctica o el tamaño de la ventana de visualización de la interfaz. Para ajustar todos los elementos creados en la interfaz gráfica en la posición y tamaño que se desee, se utiliza el parámetro Grid Position, que se puede apreciar en todos los bloques (menos el de opciones, pues no aparece en la interfaz). La nomenclatura es: Fila, Columna, Alto (en número de filas), Ancho (en número de columnas)
Finalmente tras haber finalizado el diseño esquemático procedemos a compilar y ejecutar; generándose así el archivo Python correspondiente; el resultado se muestra en la figura 7.
Universidad Técnica Particular de Loja
Figura 11: Analizador de espectros banda FM
En la figura podemos observar el espectro correspondiente a la emisora Luz y Vida con frecuencia central de 88.1 MHz.
6. Actividades 6.1. Sintonizar una estación de radio FM
A continuación con el analizador de espectros implementado sintonice una estación de radio FM y capture el espectro. Radio 104.9
Universidad Técnica Particular de Loja
6.2. Espectro de FM comercial
Configure el analizador de espectro con los siguientes parámetros: Frecuencia central = 98.9 MHz, Span = 20 MHz, capture el espectro completo de FM comercial.
Determine la frecuencia, ancho de banda y potencia de la señal de mayor amplitud.
Ancho de banda = 67.2183-63.395= 3.8233 Frecuencia=102.88MHz Potencia= -48 dB
Determine la frecuencia, ancho de banda y potencia de la señal de menor amplitud.
Universidad Técnica Particular de Loja
Ancho de banda = 74.5721-73.2398= 1.3323 Frecuencia=108.679MHz Potencia= -72.3816 dB 6.3. Espectro de un Canal Televisión
Configure el analizador de espectro, para monitorear el espectro de un canal de Televisión:
Responda a las siguientes preguntas: o
¿Qué sistema de televisión analógica se usa
en el
Ecuador?
Se utiliza el sistema analógico NTSC. o
Busque un gráfico donde se determine el espectro de un canal de Television y compare el resultado obtenido del anlizador.
o
Determine la frecuencia de la portadora de video, audio, color.
La frecuencia de video del canal 2 es: 56.9779 MHz.
Universidad Técnica Particular de Loja
La frecuencia de audio del canal 2 es: 59.7648 MHz.
La frecuencia de color del canal 2 es: 55.2804 MHz.
6.4. Análisis espectral en GSM/GPRS Frecuencias:
La interfaz de radio de GSM se ha implementado en diferentes bandas de frecuencia.
Universidad Técnica Particular de Loja
Banda
Uplink (MHz)
Downlink (MHz)
Notas
128 251
824,0 849,0
869,0 894,0
Usada en los EE.UU., Sudamérica y Asia.
P-GSM 900
0-124
890,0 915,0
935,0 960,0
La banda con que nació GSM en Europa y la más extendida
E-GSM 900
974 1023
880,0 890,0
925,0 935,0
E-GSM , extensión de GSM 900
R-GSM 900
n/a
876,0 880,0
921,0 925,0
GSM ferroviario (GSM-R ).
GSM 1800
512 885
1710,0 1785,0
1805,0 1880,0
Nombre Canales
GSM 850 GSM 850
GSM 900
GSM1800
GSM1900
GSM 1900
512 810
1850,0 1910,0
1930,0 1990,0
Usada en Norteamérica, incompatible con GSM-1800 por solapamiento de bandas.
6.4.1. Donwlink o
Configure el analizador de espectro para la visualización completa del downlink GSM. Es necesario que se pueda distinguir entre diferentes canales.
o
Verifique en el analizador de espectros las bandas de frecuencias asignadas al downlink. Indique en la siguiente tabla las frecuencias y potencias de las portadoras que logre identificar, así como el valor de la canalización.
o
Universidad Técnica Particular de Loja
Frecuencias
Potencias
856
-53dB
863
-37db
868
-50dB
871
-56dB
888
-46dB
6.4.2. Uplink o
Configure el analizador de espectro para la visualización completa del uplink GSM. Es necesario que se pueda distinguir entre diferentes canales.
o
En este caso, para identificar las portadoras del enlace ascendente, es necesario realizar una llamada desde uno de los terminales móviles. Si disponen de teléfonos móviles de
diferentes
operadores,
intenten
identificar
qué
portadoras pertenecen a cada uno de los operadores e indíquelas en la siguiente tabla.
Universidad Técnica Particular de Loja
Frecuencias
Potencias
817
-47dB
825
-55dB
829
-60dB
7. Resultados
Entregar cada uno de las actividades resueltas y sus conclusiones. 8. CONCLUSIONES
Mediante el programa GNU Radio pudimos observar las diferentes aplicaciones en cuanto a adquisición de señales mediante un analizador de espectros.
Pudimos distinguir los diferentes espectros de
9. Bibliografía
[1]. PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE RADIO DEFINIDO POR SOFTWARE EMPLEANDO LA PLATAFORMA USRP MEDIANTE GNU RADIO, Autores: Max Peralta, Alexander Socola.
Universidad Técnica Particular de Loja