20140130 Juan Pablo Montero Hidalgo

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  • UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID

    ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR

    PROYECTO FIN DE CARRERA

    Implementacin de un sistema de

    comunicaciones basado en

    Software Radio

    Ingeniera de Telecomunicacin

    Juan Pablo Montero Hidalgo

    Enero 2014

  • Implementacin de un sistema de

    comunicaciones basado en

    Software Radio

    AUTOR: Juan Pablo Montero Hidalgo

    TUTOR: Jorge A. Ruiz Cruz

    Grupo de Radiofrecuencia: Circuitos, Antenas y Sistemas

    (RFCAS)

    Dpto. de Tecnologa Electrnica y de las Comunicaciones

    Escuela Politcnica Superior Universidad Autnoma de Madrid

    Enero 2014

  • i

    Resumen

    En este trabajo, se propone la implementacin de un sistema de comunicaciones

    basado en la emergente tecnologa conocida como Software Radio haciendo uso de los

    perifricos disponibles en el laboratorio.

    En primer lugar, se realiza un estudio de la tecnologa para conocer cul es el

    fundamento y sus posibles alcances en el mbito de las telecomunicaciones. Conocer los

    fundamentos de la tecnologa reside en indagar los principios de sta, as como los

    componentes fsicos que la conforman.

    Una vez comprendido el objetivo de la tecnologa e identificados los componentes

    fsicos que la ponen en prctica, se realizar un estudio con la intencin de mostrar las

    caractersticas que estos presentan.

    Posteriormente, se realiza un estudio acerca de la herramienta software a utilizar; la cul

    se utilizar a la hora de disear el sistema de comunicaciones.

    Finalmente, con los conocimientos adquiridos en los pasos previos se dispondr a

    realizar un sistema de comunicaciones basado en esta tecnologa.

    Palabras Clave

    Software Radio

    Software Defined Radio

    Universal Radio Peripheral (USRP)

    Placa principal (madre)

    Placa secundaria (hija)

    USRP N210

    RFX2400

    XCVR2450

    GNU Radio

    GNU Radio companion

  • ii

    Abstract

    The proposal of this project is the implementation of a communication system

    based on the Software Radio technology using the available peripherals in the

    laboratory.

    First of all, a research of the technology is carried out in order to provide an overview of

    its fundamentals and its scope relating the communications environment. The research

    of technology fundamentals includes not only exploring its principles, but also the

    components used.

    Once the aim of the technology and components has been understood, these will be

    deeply studied in order to show their characteristics.

    Afterwards, a research of the software tool is carried out. This tool will be used in order

    to design a complete communication system.

    Finally, with all the knowledge acquired, a full communication system based on

    Software Defined Radio will be deployed.

    Keywords

    Software Radio

    Software Defined Radio

    Universal Radio Peripheral (USRP)

    Motherboard

    Daughterboard

    USRP N210

    RFX2400

    XCVR2450

    GNU Radio

    GNU Radio companion

  • Agradecimientos

    En primer lugar, quiero agradecer a mi tutor Jorge A. Ruiz por brindarme la

    posibilidad de realizar este proyecto. Gracias por aportarme ideas y facilitarme los

    recursos necesarios para la realizacin del proyecto.

    Tambin quera agradecer al resto de profesores del grupo RFCAS Bazil Taha, Jose

    Luis Masa y Juan Crcoles por la ayuda prestada, as como al resto de compaeros del

    grupo. Gracias por todo y ha sido un verdadero placer conoceros.

    Quiero dar las gracias a mis padres y mis hermanos por todo el apoyo y toda la

    confianza que han depositado en m, animndome tanto en los buenos momentos como

    en los ms duros.

    A lo largo de esta etapa, he hecho buenos amigos en la universidad con los que he

    tenido la suerte de conocerles y compartir esta travesa con ellos. Gracias Xarlos,

    Cecilia, Dieguete, Guille y Gonzalo por ser como sois.

    Por ltimo y no menos importante, tambin quera agradecer a todos mis amigos, los

    cuales hemos vivido muchas cosas juntos entre otras cosas largos das de estudio en la

    biblioteca.

    Gracias a todos

    Enero 2014

  • I

    ndice general 1 Introduccin .............................................................................................................................................. 1

    1.1 Introduccin general .......................................................................................................................... 1

    1.2 Motivacin ......................................................................................................................................... 2

    1.3 Objetivos ............................................................................................................................................ 2

    1.4 Posibles aplicaciones ......................................................................................................................... 3

    1.5 Organizacin de la memoria .............................................................................................................. 4

    2 Estado del arte ........................................................................................................................................... 5

    2.1 Introduccin ....................................................................................................................................... 5

    2.2 Orgenes del Software Radio. ............................................................................................................ 5

    2.3 Arquitectura de transmisores y receptores basados en Software Radio. ............................................ 6

    2.4 Cognitive Radio ................................................................................................................................. 9

    2.5 Modulaciones ................................................................................................................................... 10

    2.5.1 Modulaciones analgicas ......................................................................................................... 11

    2.5.1.1 Modulacin de amplitud ................................................................................................... 11

    2.5.1.2 Modulacin angular.......................................................................................................... 12

    2.5.2 Modulaciones digitales ............................................................................................................ 13

    2.5.2.1 Modulaciones Banda Base ............................................................................................... 13

    2.5.2.2 Modulaciones paso banda ................................................................................................ 15

    2.5.2.2.1 Modulacin de amplitud por desplazamiento (ASK) .............................................. 15

    2.5.2.2.2 Modulacin de fase por desplazamiento (PSK) ....................................................... 16

    2.5.2.2.3 Modulacin de frecuencia por desplazamiento (FSK)............................................. 17

    2.5.2.2.4 Modulacin de amplitud en cuadratura (QAM) ...................................................... 18

    2.5.3 Modulaciones por pulsos ......................................................................................................... 20

    2.5.4 Cdigos de lnea ....................................................................................................................... 21

    2.5.5 Modulaciones en SDR ............................................................................................................. 22

    3 Componentes Hardware .......................................................................................................................... 23

    3.1 Ordenador de propsito general ....................................................................................................... 24

    3.2 Universal Software Radio Peripheral ............................................................................................... 24

    3.2.1 Familias de USRP .................................................................................................................... 25

    3.2.1.1 Familia Bus Series ............................................................................................................ 25

    3.2.1.1.1 Modelo USRP B100 ................................................................................................. 25

    3.2.1.1.2 Modelo USRP1 ......................................................................................................... 25

    3.2.1.2 Familia Embedded Series ................................................................................................. 25

    3.2.1.2.1 Modelo USRP E100 ................................................................................................. 26

    3.2.1.2.2 Modelo USRP E110 ................................................................................................. 26

    3.2.1.3 Familia Network Series .................................................................................................... 26

    3.2.1.3.1 Modelo USRP N200 ................................................................................................ 26

  • II

    3.2.1.3.2 Modelo USRP N210 .....................................................................