espectro utilizando o conceito de
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- Judite Sequeira Martins
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1 Implementação de um analisador de espectro utilizando o conceito de Software Defined Radio (SDR) Prêmio APTEL/Motorola - INOVAR Gabriel Bach Amaral Orofino Universidade Federal Fluminense
2 Sumário Preâmbulo Objetivo Conceito e estrutura do SDR Metodologia da implementação Calibração do SDR Conclusão Trabalhos Futuros 2
3 Preâmbulo Tendo em vista a enorme crescimento do sistemas Wireless atuais, a importância da tecnologia dos SDRs vem em conjunto com esse crescimento. Este trabalho visa a caracterização de uma plataforma SDR para realizar medições de espectro utilizando dispositivos de hardware de baixo custo e software livre. Atualmente este tipo de medição só pode ser realizado com o uso de equipamentos caros como o analisador de espectro. 3
4 Objetivo Implementação de um Analisador de Espectro em uma ferramenta open source. Descrever as características que definem a plataforma SDR utilizada neste trabalho, como faixa de frequência, arquitetura e os componentes que a formam. Definir as calibrações necessárias da ferramenta desenvolvida. Testes preliminares. 4
5 Conceito do Software Defined Radio (SDR) Um Rádio Definido por Software (Software Defined Radio) é um dispositivo de comunicação que possui parte de suas funções implementadas por software. O SDR surgiu no ambiente de defesa militar no final dos anos 70 na Europa e nos Estados Unidos. SPEAKeasy foi o primeiro SDR implementado e buscava a integração das várias interfaces aéreas existentes nos seus Sistemas de Comando e Controle. O conceito do SDR veio efetivamente introduzido com Joseph Mitola em sua publicação no IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers) por volta de
6 Estrutura Básica do SDR 6
7 Ferramentas de Hardware SDR - RTLSDR e USRP 7
8 RTLSDR 8
9 Ferramenta de Software - GnuRadio GnuRadio é uma plataforma de código aberto ou conjunto de programas em um software livre que permite o desenvolvimento dos componentes de processamento de sinais para manipulação dos parâmetros dos Rádios Definidos através de Software (SDR). GnuRadio Companion (GRC) que é bastante similar ao Simulink do MATLAB. Python, C++, Matlab 9
10 GnuRadio Companion (GRC) 10
11 Metodologia de Implementação Estudo das ferramentas de software e hardware. Características do hardware RTLSDR. Estudo da implementação em software através de python e GNURadio Companion. Calibração do elementos do setup de teste. Gerador de sinais, analisador de espectro, cabos e conectores. Testes preliminares pós calibração. 11
12 Setup de calibração de cabos e conectores 12
13 Calibração dos Cabos 13
14 Calibração do SDR (GnuRadio) Foi utilizado para a calibração: Dois cabos Um divisor de potência (3dB) Um notebook com o GRC instalado Gerador de Sinal(ANRITSU MG3700A) Analisador de Espectro(ANRITSU MS2034A) Conectores RTLSDR 14
15 15
16 16
17 Tabela Ganho RF(GnuRadio) 17
18 Frequência (MHZ) Ganho 8 Ganho 0 Ganho 10 Ganho 12 SDR(dB) SDR(dB) SDR(dB) SDR(dB) Analisador de Espectro (dbm) ,7-48,3-32,65-30,27-64, ,35-47,28-32,99-28,91-63, ,01-47,62-32,31-30,95-65, ,71-49,66-34,51-31,63-63, ,41-48,98-33,33-30,93-66, ,43-50,68-35,37-32,65-63, , ,37-32,65-65, ,43-51,7-37,07-34,69-64, ,41-51,36-36,39-34,01-65, ,79-52,38-38,09-36,73-65,82 18
19 Tabela Ganho Ajuste/Calibração (GnuRadio) Freq(MHZ) Ganho 8 Ganho 0 Ganho 10 Ganho 12 SDRdif(dB) SDRdif(dB) SDRdif(dB) SDRdif(dB) ,08 16,48 32,13 34, ,98 16,05 30,34 34, ,44 17,83 33,14 34, ,51 13,56 28,71 31, ,81 17,24 32,89 35, ,27 13,02 28,33 31, ,33 15,74 30,37 33, ,87 12,6 27,23 29, ,63 13,68 28,65 31, ,03 13,44 27,73 29,09 19
20 20
21 rtl_power.c Esse código se resume a coletar dados em uma determinada faixa de frequências e setando alguns parâmetros como o ganho, aparecerá salvo um arquivo em formato.csv com as frequência setada pelo usuário e as potências em db para cada frequencia. Exemplo: (Formato de entrada) $ rtl_power -f 88M:108M:125k -g 0-1 fm_stations.csv Exemplo: (Formato de saída) DATE TIME HZ LOW HZ HIGH HZ STEP SAMPLES db db. 21
22 Fazendo uma análise similar a feita com o GnuRadio foi obtido a potencia para os mesmos valores em frequência do anterior, mas com a exceção de que foi feita com os ganhos 0 e 8db, pode ser observado que o piso de ruído está em -45 db aprox. 22
23 Tabela com os ganhos 0 e 8dB Frequência (MHz) Ganho 0(dB) Ganho 8(dB) Pr SDR (db) Pr SDR (db) Analisador de Espectro (dbm) 100,00-14,03-0,06-64,78 200,00-13,38 0,96-63,33 300,00-17,95-1,87-65,45 400,00-16,77-2,48-63,22 500,00-14,65-0,6-66,22 600,00-16,04-3,21-63,7 700,00-20,49-5,32-65,74 800,00-20,48-6,96-64,3 900,00-17,18-3,42-65, ,00-17,8-4,78-65,82 23
24 Tabela Ganho SDRdif(rtl_power.c) Frequência (MHz) Ganho 0(dB) Ganho 8(dB) Ajuste SDR (db) Ajuste SDR (db) 100,00-50,75-64,72 200,00-49,95-64,29 300,00-47,5-63,58 400,00-46,45-60,74 500,00-51,57-65,62 600,00-47,66-60,49 700,00-45,25-60,42 800,00-43,82-57,34 900,00-47,86-61, ,00-48,02-61,04 24
25 25
26 SDR vs Analisador de Espectro (dbm) 26
27 Conclusão Foram realizadas medições no elementos do setup de teste com o objetivo de verificar as perdas e ou ganhos inseridos por cada um dos elementos do setup. Valores obtidos de potencia recebida variando os parâmetros de recepção do RTLSDR (ganho, frequência, etc) foram comparadas aos obtidos com o analisador de espectro. Valores de calibração ou ajuste foram gerados a partir dos da comparação do dados. Os valores de calibração foram aplicados ao sinal recebido pelo RTLSDR para obter valores mais confiáveis em dbm. 27
28 Dos dados coletados foi possível observar que o valor de ganho especificado pelo SDR não corresponde ao valor observado na medição. É importante ressaltar sobre os valores de ruído, onde no GNURadio independente do valor do ganho, se estabilizou entre -79dB e -81dB, já no Rtl_Power se estabilizou entre -46dB e -49dB e no analisador de espectro se estabilizou em -112dBm e -115dBm. 28
29 Trabalho Futuro Implementação de um analisador de espectro utilizando ferramentas open source e o hardware raspberri pi 3. Software Distribuição Raspbian GNURadio Hardware RTLSDR RTL802 29
30 30
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