Aceleración de radios definidas por software

Abstract

Comúnmente, se asocia el concepto de radio únicamente a dispositivos capaces de sintonizar estaciones de difusión o broadcasting AM y FM. Sin embargo, la definición correcta incluye cualquier dispositivo que sea capaz de transmitir o recibir ondas electromagnéticas dentro de un rango de frecuencias determinado, y de realizar el procesamiento de la señal necesario para poder codificar o decodificar la información a partir de la señal. Bajo esta definición, tanto un celular, un enrutador inalámbrico, un dispositivo Bluetooth, como otros tantos, pueden ser clasificados como radios. Las Radios Definidas por Software (Software Defined Radios, SDR), un tipo de sistema de radiocomunicación en donde todos o algunos de los componentes que realizan el procesamiento de la señal ejecutan en un procesador de propósito general, ofrecen un gran número de ventajas frente a las radios tradicionales implementadas en hardware, entre las cuales se encuentra la posibilidad de modificar el comportamiento de las mismas sin la necesidad de cambiar el hardware subyacente. Un sistema que implemente los componentes más básicos (por ejemplo, las antenas de radio) y que disponga de un procesador de propósito general puede, utilizando las técnicas de SDR, implementar funcionalidades tan diversas como los protocolos Wi-Fi, LTE o 3G, simplemente cambiando el software utilizado para realizar el procesamiento de la señal. Si bien el concepto de SDR no es nuevo, la posibilidad de implementar en software protocolos con altas tasas de transferencia (como Wi-Fi) está pasando de ser un concepto teórico interesante a una posibilidad realizable debido principalmente a la gran mejora en la velocidad de los procesadores modernos. A la luz de este concepto es que se desarrolla este proyecto. El presente trabajo realiza, en primer lugar, una extensa presentación de las bases teóricas que permiten entender el funcionamiento de un sistema de comunicación inalámbrica a bajo nivel.En segundo lugar, presenta un estudio del estado del arte de las radios definidas por software, centrándose en particular en la última versión del estándar Wi-Fi y su aplicación en SDRs, así como también en la herramienta GNU Radio, cuya finalidad es permitir diseñar e implementar tanto SDRs como procesadores de señales digitales (Digital Signal Processors, DSPs) en software. En tercer lugar, partiendo de una implementación preexistente de un transmisor y receptor Wi-Fi desarrollada en GNU Radio, y con el objetivo de evaluar el rendimiento y capacidad de transferencia de la misma en comparación con las tasas especificadas en el estándar, el trabajo fija el objetivo de lograr un aumento en el rendimiento original de la SDR, de forma de acercarlo al de una implementación realizada en hardware dedicado. En esta línea es que se presentan distintas estrategias de optimización sobre los principales componentes, obteniendo como resultado final un incremento de entre dos y diez veces la tasa de transferencia original, dependiendo del esquema de modulación y la tasa de codificación elegidos.