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Universidad Técnica Particular de LojaF UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja Electrónica y Telecomunicaciones Electrónica de Radiofrecuencia Práctica: Oscilador USRP y Receptor FM. Número: 1. Profesores:  Ing. Manuel Quiñones Cuenca. Fecha: 08/04/2014 Integrantes: 1) Jonathan Villagómez. 2) Leonel Llivisaca. 3) Renato Paredes. 1. Resumen Durante esta práctica se va a entender el funcionamiento del oscilador que emplea el dispositivo USRP y la implantación de un receptor FM. Finalmente les invito estimados estudiantes a empezar con optimismo la presente práctica. 2. Objetivos  Entender el funcionamiento del sistema de oscilador del USRP y su interacción con los diferentes módulos.  Desarrollar un receptor FM usando tecnología abierta para SDR. 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.  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. Universidad Técnica Particular de Loja 4. Consultar El N210, es parte de la familia de equipos SDR que ofrece Ettus Research, podemos observar su arquitectura de hardware. En el lado de recepciónn posee dos ADCs de alta velocidad con entradas a 14 bits por muestra con una tasa de 100 mega-muestras por segundo (100 MSPS), en teoría se podría muestrear una señal de hasta 50 MHz. Cuenta con un PGA, antes de los ADCs para amplificar la señal de entrada y utilizar el rango completo en caso de que la señal sea débil. En la parte de transmisión el USRP tiene dos DACs de alta velocidad a 16 bits por muestra y una tasa de 400 mega-muestras por segundo, contado de igual forma con un PGA después de los DACs que proporciona hasta 10mW de ganancia. Estos canales de entrada y salida son conectados a un FPGA de la familia Xilinx Spartan 3A-DSP 3400 FPGA, al cual se conecta un chip Gigabit Ethernet que sirve como interfaz de conexión al computador con un ancho de banda de 50 MHz usando una cuantización de 8 bits. La FPGA realiza un procesamiento a alta velocidad y reduce la tasa de datos para que puedan ser enviados a través de la interfaz Gigabit-Ethernet hasta el computador. En el N210, el procesamiento con alta frecuencia de muestreo se realiza en la FPGA, mientras el procesamiento con baja frecuencia de muestreo se realiza en el computador. Universidad Técnica Particular de Loja La configuración básica de la FPGA incluye dos DDCs completos, pero también es posible la implementación de 4 DDCs son filtros de media banda. Esto permite tener 1,2 o 4 canales de recepción separados, las salidas de los ADCs van conectadas a las entradas de los DDC. Estos mezclan, filtran y diezman las señales de entrada en la FPGA. Se utilizan en la recepción, esencialmente por dos razones:  Para convertir la señal en banda de frecuencia FI a una señal en banda base.  Para diezmar la señal, logrando que la tasa de datos pueda ser adaptada a la interfaz Gigabit Ethernet y que sea acorde a la capacidad de procesamiento del computador. El USRP N210 cuenta con un GPSDO(Global Positioning System Disciplined Oscillator), que permite una sincronización precisa de muestras para transmisión TX y recepción RX en el USRP, generando una frecuencia de reloj de 10MHz en su oscilador de salida con una precisión de 0.01ppm 3 , acercándose a la frecuencia de 13MHz con 0.02 ppm requerido en la mayoría de las implementaciones GSM, tanto para la generación de frecuencia como para la sincronización del reloj. El USRP N210 tiene incorporado en su tarjeta principal un oscilador de cristal de temperatura compensada (TCXO) de 64 MHZ con precisión de 2.5 ppm, muy baja para trabajar como reloj principal en la red, por lo que se recomienda usar la señal del GPSDO como entrada de reloj de referencia REF en la tarjeta motherboard del USRP. 5. Desarrollo 5.1. Sistema de Recepción FM En esta práctica se va a realizar un receptor FM como se indica en la figura 1. Universidad Técnica Particular de Loja Figura 1: Diagrama de bloques del receptor FM en GNU Radio En el documento que se adjunta se explica paso a paso la configuración de cada bloque que conforma el analizador de espectros (Realizar práctica: Osciloscopio y receptor FM) 6. Actividades 6.1. Osciloscopio Espectro de frecuencias del osciloscopio diseñado. 6.2. Sintonizar una estación de radio FM A continuación con el receptor realizado sintonice una estación de radio FM y capture el espectro. Universidad Técnica Particular de Loja Espectro de frecuencia de la emisora 98.1 6.3. PLL con sintetizador de frecuencia. Desarrollar un PLL con sintetizador programable de frecuencia para un receptor FM en la banda de 50 MHz a 2200MHz. Dibuje un esquema del PLL incluyendo los factores de división y la frecuencia de referencia. Establecemos la frecuencia de referencia en 100 KHz debido a que éste es el paso de sintonía, y determinamos el valor de N p con la siguiente fórmula: Para Para Detector de fase Filtro VCO Señal sintetizada / N Universidad Técnica Particular de Loja Por lo tanto N p debe tomar valores entre 500 y 22000. 6.4. Explicar el funcionamiento del reloj del USRP, al momento de sintonizar una estación de radio. El equipo USRP N210 tiene una configuración basada en PLL con sintetizador de frecuencia, que le permite comparar entre la frecuencia del cristal interior del dispositivo y la frecuencia que se desea sintonizar. Por lo que para sintonizar una frecuencia requerida por el usuario en este caso 98.1 MHz y el equipo al poseer un oscilador de 64MHz tenemos lo siguiente. 7. Resultados Osciloscopio. Frecuencia central: 100MHz Ganancia establecida: 70dB Ancho de banda: 2MHz Receptor de FM. Frecuencia central: 98.1MHz Ganancia establecida: 15dB Ancho de banda del canal: 97.9MHz - 98.3MHz Universidad Técnica Particular de Loja 8. CONCLUSIONES  Con el osciloscopio diseñado podemos comprobar en el rango de frecuencias establecidas el número de portadoras que existen y sus respectivos anchos de banda.  Al realizar el sistema de receptor FM nos pudimos dar cuenta que la frecuencia de muestreo para el sistema debe ser 10 veces mayor al de la frecuencia de salida de audio del equipo que estemos usando. 9. Bibliografía [1]. PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE RADIO DEFINIDO POR SOFTWARE EMPLEANDO LA PLATAFORMA USRP MEDIANTE GNU RADIO, Autores: Max Peralta, Alexander Socola. [2]. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONMUTACIÓN DE RED PARA UN SISTEMA GSM, Tene Castillo, Juan Pablo.