INTRODUCCIÓN
Las telecomunicaciones sin duda mantienen un crecimiento y desarrollo continuo, el mundo despierta diariamente para utilizarlas ya sean por situaciones laborales, consultas de salud, diversión o cualquier otra acción que representa comunicación. Dentro del basto y extenso estudio que simbolizan las telecomunicaciones existen diferentes medios, equipos y sistemas de comunicación interactuando para el servicio de los ciudadanos; las comunicaciones inalámbricas es una de estas tecnologías que actualmente avanzan a gran velocidad, dispositivos de comunicaciones quedan prácticamente obsoletos al poco tiempo de su producción. Para descollar este problema, los sistemas de comunicaciones deben ser diseñados para maximizar la inclusión transparente de nuevas tecnologías en cualquier fase de su ciclo de vida, teniendo en cuenta que los dispositivos actualizados deben ser capaces de comunicarse entre ellos y con el resto de los dispositivos.
Es importante mencionar que el auge de la tecnología de Radio Definido por Software (SDR, (Software Defined Radio) en los últimos años ha conducido a la necesidad de su estudio por parte de profesionales de las comunicaciones, incluidos aquellos que se desempeñan en el ambiente académico. Aún no se ha desarrollado a profundidad su estudio e implementación y se hace una cordial invitación a los estudiantes de Ingeniería en Telecomunicaciones para incursionar en el estudio de los SDR, sin duda se pueden generar grandes aportes al desarrollo de las comunicaciones inalámbricas
HISTORIA
Con el afán de desarrollar nuevos sistemas inalámbricos, es Joseph Mitola III que a mediados de los años 90 empezó a investigar y desarrollar un nuevo concepto de equipos de radiocomunicación denominado SDR, creando los equipos de radio definidos por software. Los SDR son dispositivos de comunicaciones cuya funcionalidad se encuentra definida en el software, lo cual minimiza la necesidad de realizar modificaciones de hardware durante actualizaciones tecnológicas. Para mantener criterios de interoperabilidad, el sistema de radio debe estar construido preferentemente sobre una arquitectura bien definida, estandarizada y abierta. Contar con estas bases garantiza la escalabilidad del proyecto, así como permite que los componentes de un sistema se desarrollen independientemente, a la vez que se garantiza la interconexión posterior de las partes.
Eric Blossom, fundador del proyecto GNU Radio manifiesta: SDR puede definirse así: “Software Radio es la técnica de acercar el código a la antena tanto como sea posible. [SDR] convierte los problemas de hardware de radio en problemas de software”. Uno de los primeros radios definidos por software fue el sistema Integrated Communications Navigation and Identification Avionics (ICNIA) de la fuerza aérea de los Estados Unidos, desarrollado a finales de la década de 1970. El sistema utilizaba un modem basado en un DSP, que era reprogramable para diferentes plataformas. Basado en esa tecnología se desarrollaron otros radios para uso militar. A finales de la década de 1980, GEC desarrolló el primer Radio Programable Digital (PDR, por sus siglas en inglés). El radio estaba compuesto por dos extremos, uno “negro” (encriptado) y uno “rojo” que incluía una CPU, un procesador de entrada/salida y la fuente de energía. Poco después, ITT Corporation desarrolló un radio muy similar al PDR, con elementos de alto nivel, como procesadores Intel 486 y FPGAs. Desde el punto de vista de arquitectura SDR, uno de los primeros ejemplos fue el sistema SPEAKeasy, concebido por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, y convertido eventualmente en un esfuerzo conjunto de varias ramas del ejército norteamericano.
A finales de la década de los 1990 existían en el Departamento de Defensa de los Estados Unidos más de 200 proyectos relacionados con tecnologías de radiocomunicaciones. La SCA (Software Communications Architecture) surge como producto del esfuerzo de estandarización de varios actores del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) responsabilizados con los proyectos de Joint Tactical Radio System (JTRS), encabezados por la Joint Program Executive Office (JPEO). Es preciso agrupar las experiencias en el desarrollo de cada uno de los elementos que componen los SDR, para evitar la adopción de soluciones incompatibles con las que se desarrollan a nivel internacional. El desarrollo de la tecnología Radio Definido por Software ha generado un gran campo de trabajo y desarrollo en las telecomunicaciones en el ámbito mundial. La explotación de esta tecnología en las diferentes ramas de las telecomunicaciones ha devenido en un gran desafío para todas las ramas del saber implicadas en la implementación de sistemas de este tipo. Existen consideraciones de diseño que deben tomarse en cuenta en el desarrollo de cada una de las etapas que componen los SDR, motivado por las tecnologías empleadas en la implementación de cada una de ellas. En el caso particular del software para SDR, el desconocimiento y la complejidad de las soluciones más flexibles y genéricas hacen que se sigan produciendo sistemas rígidos e incompatibles.
SISTEMA DEFINIDO POR SOFTWARE
Para comprender cabalmente las diferentes arquitecturas de los SDRs, es preciso explicar primero las diferencias entre los SDR ideales (SR) y los SDR prácticos. Los SDR ideales o SR definen por software, corriendo sobre procesadores de propósito general, todos los aspectos de la cadena de transmisión y recepción incluyendo modulación, demodulación, filtrado y selección de bandas de frecuencias. Los requerimientos de hardware para esta plataforma generalmente exceden las especificaciones actuales de los procesadores de propósito general, en especial en aplicaciones de alta frecuencia y esquemas de modulación complejos; por otra parte los SDR prácticos, basados en las limitaciones de los procesadores actuales, se definen como un radio multibanda capaz de soportar múltiples interfaces aire y protocolos, utilizando una mezcla apropiada de circuitos especializados, arreglos de compuertas programadas en campo, Procesadores Digitales de Señales y microprocesadores de propósito general. Las diferencias entre ambas arquitecturas se muestran en la Figura 1. En múltiples implementaciones el procesamiento de señales analógico se realiza para convertir entre la banda baja en la cual se realiza el procesamiento y las altas frecuencias de transmisión. Los bloques de procesamiento especializado se utilizan por lo general para mejorar la eficiencia de procesamiento en capa física. 
NIVELES DE UN SDR
Niveles de SDR Con el fin de establecer una clasificación de los equipos de radio, el Wireless Innovation Forum ha definido 5 niveles de utilización de software dentro del radio para controlar o realizar funciones de la capa física, determinando la frontera entre hardware y software en el equipo:
Nivel 0.- Radio construido utilizando hardware solamente, no puede cambiarse por software. En este nivel no hay software, ni en el control ni en la realización propia de las funciones de operación del radio.
Nivel 1.- Radio controlado por software con limitaciones en cuanto a funciones controlables. Se controlan algunas como nivel de potencia, interconexiones, etc. pero nunca modo o frecuencia.
Nivel 2.- En este nivel una parte significativa del radio es configurable por software. Usualmente se utiliza el término Radio Controlado por Software (SCR). Existe control de software de ciertos parámetros como frecuencia, modulación, generación/detección de forma de onda, seguridad, etc. La etapa de RF permanece en hardware y no puede ser reconfigurada. Es importante destacar que el software en este tipo de radios sólo controla funciones que están implementadas de modo físico dentro del radio, a hardware únicamente.
Nivel 3.- Este nivel agrupa todos los radios en los que al menos una de sus funciones está definida por software, incluyendo lo que se conoce como Radio Definido por Software Ideal (ISR) donde la frontera entre la parte configurable y la no configurable se encuentra muy cercana a la antena, y la etapa final de RF es configurable. Se puede decir que el ISR es completamente programable
Nivel 4.- Los equipos pertenecientes a esta categoría reciben la denominación de Ultimate Software Radio (USR) y constituyen una etapa superior al ISR puesto que no solo son completamente programables, sino que además son capaces de soportar un amplio rango de funciones y frecuencias simultáneamente. Dentro de este nivel se encuentran los teléfonos celulares con soporte para varios estándares
APLICACIONES PRÁCTICAS DE SDR
Las oportunidades que brinda esta tecnología permiten la creación de radios baratos, flexibles y energéticamente económicos. A continuación, se exponen algunas aplicaciones de los SDR.
- Tecnologías de Internet Inalámbrica y Telefonía Celular
- Radio Cognitivo
- Industria Automotriz
- Receptores de señales de satélites
- Analizador de espectro
- Aplicaciones Académicas
REFERENCIAS
1. Blossom, E. Exploring GNU Radio. 2004 [visitado Julio-2010]; disponible en: Http://www.gnu.org/software/gnuradio/doc/exploring-gnuradio.html.
2. Murat Biçer, S., A Software Communications Architecture Compliant Software Defined Radio Implementation, in Department of Electrical and Computer Engineering. 2002, Northeastern University. Boston, Massachusetts. p. 105.
3. Tuttlebee, D.W., Software Defined Radio. Origins, Drivers and International Perspectives. Wiley Series in Software Radio, ed. L. John Wiley and Sons. Vol. 1. 2002, Baffins Lane, Chichester, England. 369.
4. Mitola III, J., Cognitive Radio for Flexible Mobile Multimedia Communications. Mobile Networks and Applications 6, 2001: p. 435–441.
5. FCC, Authorization and Use of Software Defined Radios. 2001, Federal Communications Commission. p. 24.
6. Forum, S. What is Software Defined Radio. 2008 [visitado 7-Junio-2010]; disponible en: http://www.sdrforum.org/pages/documentLibrary/documents/SDRF-06-R- 0011- V1_0_0.pdf.
