Universidad Estatal a Distancia Vicerrectoría Académica Escuela de Ciencias Exactas y Naturales Licenciatura en Ingeniería en Telecomunicaciones
Laboratorio 4 Laboratorio NI-USRP Asignatura: Laboratorio de Transmisión de Datos
Código de asignatura: 03390
Profesor: Ing. Denis Ulloa Ruiz
Estudiante: Erick Barrantes Quirós
Primer cuatrimestre, 2018 UNED, Costa Rica.
Tabla de contenido 1.Introducción 1.Introducción ................................................................................................... ....................................................................................................................... .................... 1 2.Marco Teórico.............................................................................................. .................................................................................................................... ...................... 2 2.1.Configurar 2.1.Configurar NI USRP 2920 con conexión directa a PC/laptop) PC/laptop) ..................................... 2 3.Objetivos del experimento experimento ............................................................................................ ................................................................................................. ..... 6 3.1.Objetivo 3.1.Objetivo general ............................................................................ .......................................................................................................... .............................. 6 3.2.Objetivos 3.2.Objetivos específicos específicos ............................................................................................. .................................................................................................. ..... 6 4.Materiales, 4.Materiales, herramientas herramientas y equipos equipos ................................................................................... ................................................................................... 7 5.Procedimiento 5.Procedimiento.................................................................................................................... .................................................................................................................... 8 Identificar una transmisión de radio FM dentro de un rango del espectro electromagnético11 6.Análisis de resultados resultados y comparación comparación teórico-experimenta teórico-experimentall ............................................. ............................................. 15 7.Conclusiones 7.Conclusiones ............................................................................................... ................................................................................................................... .................... 17 8.Bibliografía 8.Bibliografía....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 18
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Índice de figuras Figura 1: Imagen ilustrativa NI USRP 2920 -------------------------------------------------------------- 2 Figura 2: Conexiones NI USRP 2920 ---------------------------------------------------------------------- 3 Figura 3: Cambiar IP fija de la PC -------------------------------------------------------------------------- 4 Figura 4: Direcciones IP del transmisor y receptor ----------------------------------------------------- 5 Figura 5: Proyecto preconfigurado en NI USRP 2920 ------------------------------------------------- 8 Figura 6: Espectro de frecuencias de 80MHz a 120MHz NI USRP 2920------------------------- 9 Figura 7: Espectro de frecuencias de 80MHz a 120MHz Aeroflex 8800S ----------------------- 10 Figura 8: Espectro de frecuencias en el rango 87MHZ a 90MHz ---------------------------------- 11 Figura 9: Espectro de frecuencias en el rango 87MHZ a 90MHz con Aeroflex 8800S ------- 12 Figura 10: Ancho de banda, banda guarda y frecuencia central ----------------------------------- 12 Figura 11:Ancho de banda para la emisora 89.1MHz ------------------------------------------------ 13 Figura 12: Frecuencia central y bandas laterales para la emisora 89.1MHz-------------------- 13 Figura 13: Separación de emisoras ----------------------------------------------------------------------- 14 Figura 14: Emisoras identificadas en el rango 87MHz a 90MHz----------------------------------- 15 Figura 15: Señal de audio de canal de televisión ------------------------------------------------------ 16
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1. Introducción El propósito del siguiente informe es analizar de manera experimental el radioeléctrico dedicado a la emisión de radio en FM en Costa Rica. Para cumplir con los objetivos propuestos en el presente informe, se utilizaron las el software Lab-VIEW proporcionado por el entorno virtual, con las herramientas virtuales NI LabView 12.0, el NI Modulation 4.3.4 Toolkit, el NI MathScript RT Module 12.0 y NI USRP 1.2. Es importante indicar que la realización de este tipo de experimentos nos ayudará a entender de una manera más gráfica el comportamiento del espectro en nuestro país Finalmente se logró visualizar las bandas que componen a la frecuencia de la radio emisora con el fin de tener un espectro ordenado y labre de interferencias
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2. Marco Teórico 2.1. Configurar NI USRP 2920 con conexión directa a PC/laptop) NI USRP es una plataforma de prototipos de radio definidos por software para generar prototipos de comunicación. Esta solución de bajo costo es utilizada tanto en investigación como en cursos de telecomunicaciones. Dentro de sus aplicaciones se encuentran la modulación analógica y digital entre las cuales destacan AM, FM, FSK, PSK, QAM, etc., su uso con GPS y OFDM. A continuación, se presenta la conexión entre dos NI USRPs 2920. NI USRP es un transceptor, es decir puede recibir y transmitir señales por aire y cable.
Figura 1: Imagen ilustrativa NI USRP 2920
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Seleccione que NI USRP será su transmisor y su receptor.
Conecte la antena de cada uno de los USRP en la terminal RX1/TX1 (A).
Conecte ambos NI USRPs a la alimentación (B).
Conecte un extremo del cable Ethernet a uno de los USRPs (trasmisor de preferencia). El otro extremo conéctelo a su computadora (C).
Conecte por medio del cable MIMO (cable de sincronización de datos) ambos USRPs (D) para compartir la conexión Ethernet, el reloj y sincronizar ambos dispositivos.
Figura 2: Conexiones NI USRP 2920
Proceda a cambiar la dirección IP de su computadora a estática para establecer la comunicación con el transmisor y receptor. Acceda al panel de control y vaya a la sección de redes (Network and Sharing Center).
Cambiar las opciones del adaptador.
Del adaptador para conexión vía Ethernet, seleccione properties. 3
Cambiar el IP a estático, y asignar un IP diferente al de los USRPs. Seleccionar Internet Protocol (TCP/IPv4), presionar propiedades y modificar el IP de la computadora.
Figura 3: Cambiar IP fija de la PC
Finalmente, para comprobar la conexión exitosa con los NI USRPs en su computador, acceda al NI-USRP Configuration Utility desde el botón inicio de su computadora. Los dos NI USRPs deberán aparecer con sus respectivas IPs. En este caso la dirección IP del transmisor es 192.168.0.32 y la IP del receptor 192.168.0.31. De click en Find Devices para hacer la búsqueda de los dispositivos en caso de que no aparezcan en la lista. La dirección IP de su computadora debe de ser diferente a la de los NI USRPs.
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Figura 4: Direcciones IP del transmisor y receptor
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3. Objetivos del experimento 3.1. Objetivo general Conocer funciones de un NI USRP 2920 y graficar el espectro electromagnético en un rango especificado por el tutor. 3.2. Objetivos específicos a. Visualizar el espectro radioeléctrico de las frecuencias FM en Costa Rica. b. Analizar las señales de portadora de FM para cada emisora.
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4. Materiales, herramientas y equipos En el presente laboratorio se utilizarán los siguientes dispositivos: Software
NI LabVIEW 12.0 o superior
NI Modulation 4.3.4 Toolkit
NI MathScript RT Module 12.0 o superior
NI USRP 1.2
Hardware
NI USRP 2920
Fuente de alimentación
Cable Ethernet
Antena
Analizador de Espectro Aeroflex 8800S
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5. Procedimiento
Siguiendo el procedimiento usual para ingresar al escritorio virtual VDICEN, se procede a ingresar y abrir el NI LabView y abrir el archivo Wideband Spectrum Sense. Lvproj.
Luego se procede a abrir el archivo Simplified WB Spectrum Sense (Average).vi , con este paso se accede al analizador de espectros USRP 2920, como se observa en la siguiente figura.
Figura 5: Proyecto preconfigurado en NI USRP 2920
A partir de este paso, se continúa con las siguientes etapas del laboratorio, cuyos resultados se muestran a continuación.
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Realice un barrido del espectro de FM para Costa Rica, desde los 80MHz hasta los 120MHz. Observe la gráfica obtenida y analice en su informe los resultados obtenidos. Determine cuál es el rango exacto (en la práctica) de la distribución de frecuencias para radio FM para Costa Rica. Para la realización de este laboratorio se tomó como prueba practica las señales obtenidas con un analizador de espectro Aeroflex 8800S
Figura 6: Espectro de frecuencias de 80MHz a 120MHz NI USRP 2920
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Figura 7: Espectro de frecuencias de 80MHz a 120MHz Aeroflex 8800S
Capture la imagen de los resultados obtenidos considerando la captura de fecha y hora de realización. Recuerde que los datos que se recolectan son mediciones instantáneas promedios. Realice una gráfica teórica acerca de cuál debería ser el comportamiento de dichas frecuencias dentro del rango indicado en el paso anterior, Mediante un gráfico de Potencia (dB) vs Frecuencia (MHz), indique en el grafico los 10
principales valores aproximados de: banda guardia, ancho de banda de señal FM, forma teórica de señal de FM, frecuencia central, etc. Investigue estos conceptos. para realizar la gráfica, el análisis de resultados y conclusiones en el informe. Investigue en distintas referencias o literatura, menciónela en su bibliografía. Identificar una transmisión de radio FM dentro de un rango del espectro electromagnético En este apartado se analizará el espectro de FM para el rango de 87MHz a 90MHz, el cual se muestra en las siguientes figuras.
Figura 8: Espectro de frecuencias en el rango 87MHZ a 90MHz
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Figura 9: Espectro de frecuencias en el rango 87MHZ a 90MHz con Aeroflex 8800S
Paso 2 para los dos casos de estudio Ancho de banda: es medido en Hertz y se representa en el dominio de la frecuencia el intervalo donde una señal tiene su mayor potencia para el caso de radio FM el ancho de banda es de 150kHz. Banda guarda: es una banda de protección para que las estaciones FM no se interfieran en es de aproximadamente 25kHz. Frecuencia central: es la zona donde se encuentra la mayor concentración de energía de la señal.
Figura 10: Ancho de banda, banda guarda y frecuencia central
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Para la realización de este paso se analizó con las señales obtenidas mediante la práctica con el analizador de espectro Aeroflex 8800S.
Figura 11:Ancho de banda para la emisora 89.1MHz
Figura 12: Frecuencia central y bandas laterales para la emisora 89.1MHz
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Figura 13: Separación de emisoras
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6. Análisis de resultados y comparación teórico-experimental Al realizar el experimento del barrido del espectro FM en Costa Rica, como se observa en las figuras 6 y 7, las diferentes señales de radio emisoras activas en el territorio nacional con una potencia promedio de -55dBm. En las figuras 8 y 9 se logra identificar el espectro de frecuencias en el rango 87MHz a 90MHz, donde se visualizan aproximadamente 5 frecuencias de emisoras de radio las cuales fueron identificadas de la siguiente manera: 88.3 MHz, 88.7 MHz, 89.1 MHz, 89.5 MHz y 89.9 MHz. En la siguiente figura se pueden visualizar los logos de cada una de las frecuencias identificadas.
Figura 14: Emisoras identificadas en el rango 87MHz a 90MHz
Cabe destacar que en este rango se detecto la presencia de una señal de audio de televisión la cual se muestra en la figura 15.
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Figura 15: Señal de audio de canal de televisión
Haciendo el análisis de la señal y del audio recibido se identifica que pertenece al canal 6 de televisión Repretel con una potencia mucho mas baja -85dBm en relación a la potencia de las demás señales. Por último, en las figuras 11,12 y 13 se logra identificar el ancho de banda de cada emisora el cual ronda los 150kHz, 75kHz para cada banda lateral, a esto le debemos sumar los 25kHz de banda guarda que son previsto a cada banda lateral como protección para evitar interferencias entre emisoras, con esto se cumple que el ancho de banda de una radioemisora es de 200kHz.
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7. Conclusiones
Se logró utilizar la plataforma Lab-VIEW y acceder al experimento logrando obtener resultados satisfactorios del análisis del espectro de radio FM en Costa Rica.
Se logró visualizar las diferentes señales que componen nuestro sistema de radioemisoras las cuales en la practica se ubican en le rango de 88.7 MHz hasta 107.5MHz.
Se logra determinar las bandas laterales, ancho de banda y banda de guarda que compone la señal de una radioemisora con el fin que no se solapen los diferentes anchos de banda de emisoras cercanas.
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8. Bibliografía Ruiz, D. U. (2018). Manual de Laboratorio NI-USRP. San José: UNED. Tomasi, W. (2003). Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. México: PEARSON EDUCACIÓN.
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