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Introducción
Introducción
En esta parte del proyecto se aborda el uso del dispositivo RTL-SDR V4, un receptor de radio definido por software (SDR) de bajo coste y altas prestaciones. El objetivo principal es la recepción, visualización y análisis de señales reales utilizando el software SDRSharp.
Esta actividad permite aplicar de forma práctica conocimientos aprendidos relacionados con la radiofrecuencia, la modulación y el comportamiento real de las ondas electromagnéticas en diferentes entornos.
RTL-SDR V4
RTL-SDR V4
El RTL-SDR V4 es un receptor SDR (Software Defined Radio) económico basado en el chip RTL2832U y R828D que permite recibir señales de radiofrecuencia en un rango de 500 kHz a 1766 MHz. Se conecta vía USB y es compatible con sistemas operativos como Windows, Linux, MacOS y Android.
Su rango de frecuencia ha tenido una mejora considerable respecto a sus anteriores versiones. También trae incorporado un filtro de paso bajo en modo HF (alta frecuencia) y se le ha mejorado la estabilidad térmica siendo toda su carcasa un disipador metálico.
Imagen del dispositivo
Vista del contenido del kit
El kit de receptor SDR, modelo V4, incluye los siguientes componentes:
Un receptor USB RTL-SDR V4 con conector SMA
Dos antenas telescópicas dipolo metálicas
Una base de montaje con ventosa para fijar la antena a superficies lisas
Un soporte flexible tipo trípode con esponja negra
Un cable divisor tipo Y para conectar dos antenas al receptor con su cable con conector SMA
Un cable coaxial con conectores SMA
Software
Software
El software utilizado en este proyecto es el "SdrSharp" el cual nos permite recibir, visualizar y analizar señales en un amplio rango de frecuencias utilizando receptores como nuestro RTL-SDR V4. También ofrece funciones como visualización en espectro y waterfall (cascada), ajuste de ganancia, filtros, demodulación en AM, FM, SSB, entre otros modos.
Tiene una interfaz muy intuitiva en la que para comenzar a utilizar nuestro receptor únicamente tendremos que tener nuestro dispositivo conectado a un puerto USB y seleccionarlo desde el apartado de "source", tras esto solo quedaría sintonizar la frecuencia que deseemos.
Interfaz de el programa al ejecutarlo
La instalación del programa es relativamente sencilla, primero debemos acceder a la página de Airspy (https://airspy.com/download/) y descargar el archivo .zip que nos aparece. Una vez descargado, descomprimimos el paquete con el programa que prefiramos; a continuación debemos abrir el archivo llamado "install-rtlsdr.bat", que descargará los controladores necesarios y configurará el entorno.
A continuación, es importante conectar el dispositivo RTL-SDR V4 al puerto USB del ordenador. Para que el sistema operativo no instale controladores genéricos incorrectos, es necesario sustituirlos utilizando el programa Zadig, incluido en la carpeta del paquete. Para ello, se abre Zadig, se selecciona el dispositivo RTL2832U de la lista y se reemplaza su controlador por el WinUSB, haciendo clic en el botón “Install Driver” o “Replace Driver”.
Y listo! Ya puedes ejecutar el programa sea por el acceso directo o por el archivo "SDRSharp.exe".
Utilidades
Utilidades
Dentro de las múltiples aplicaciones que permite el uso del dispositivo RTL-SDR V4, en el desarrollo de este proyecto se han explorado tres de sus funciones más representativas.
En primer lugar, se ha utilizado como analizador de espectros, lo cual ha permitido visualizar en tiempo real la distribución y comportamiento de las señales a lo largo del espectro de radiofrecuencia. En segundo lugar, se ha empleado como receptor de radio, sintonizando emisiones en diferentes bandas (AM, FM) para analizar su modulación y calidad de recepción. Finalmente, se ha llevado a cabo una práctica más avanzada mediante la recepción de señales de satélites, específicamente aquellas relacionadas con la meteorología, lo que demuestra el potencial del dispositivo.
Visual del programa en funcionamiento
Como analizador de espectros
Como analizador de espectros
Un analizador de espectros es una herramienta que permite visualizar la distribución de las señales de radiofrecuencia en función de su frecuencia y amplitud. Representa gráficamente el contenido del espectro electromagnético, mostrando qué señales están presentes, su intensidad y su comportamiento en el tiempo. Su uso es fundamental para identificar interferencias, analizar el ancho de banda de una señal, comprobar la pureza espectral de transmisores... entre otras muchas funciones.
En el RTL-SDR V4, el analizador de espectros se utiliza a través del software SDRSharp, que permite visualizar en tiempo real las señales que el receptor capta dentro del rango de frecuencias disponible (aproximadamente de 500 kHz a 1766 MHz).
En la interfaz se muestra una gráfica en forma de espectro (eje frecuencia y amplitud) y una vista tipo waterfall, que representa cómo varían las señales a lo largo del tiempo. Ajustando parámetros como la frecuencia central, el ancho de banda visible, la ganancia, y el modo de demodulación, es posible analizar el comportamiento de diferentes señales, zonas de interferencia... En definitiva, ver la señal del espectro.
Sintonizando LOS40
Como receptor de radio
Como receptor de radio
El RTL-SDR V4, utilizado junto con el programa SDRSharp, permite funcionar como un receptor de radio de amplio rango. Este dispositivo convierte señales de radiofrecuencia captadas por su antena en datos digitales, que luego son procesados por el software en el ordenador. A través de SDR#, el usuario puede sintonizar diferentes frecuencias dentro del espectro (como emisoras de radio FM, AM), visualizar las señales en tiempo real mediante un espectro y una cascada de frecuencias.
Su modo de uso es muy sencillo, lo único que debemos hacer es seleccionar el tipo de señal que queramos (FM o AM) y sintonizar la frecuencia que queramos o directamente clicar en el espectro visible de la señal de radio
Varias emisoras de radio con frecuencias cercanas entre ellas
Como receptor de señales satelitales
Como receptor de señales satelitales
Una de las aplicaciones más interesantes del dispositivo RTL-SDR V4 es la recepción de señales satelitales, especialmente aquellas emitidas por satélites meteorológicos como los NOAA. Esta utilidad permite captar imágenes en tiempo real del estado atmosférico desde el espacio, utilizando antenas adecuadas y software específico como SDRSharp junto a decodificadores como WXtoImg. A través de esta tecnología, se pueden recibir transmisiones en la banda APT (Automatic Picture Transmission) directamente desde los satélites en órbita polar, permitiendo obtener imágenes del clima, nubes, tormentas o formaciones atmosféricas sobre regiones concretas del planeta.
Para este último proyecto he escogido el satélite meteorológico NOAA-18, aunque puedes usar cualquier satélite NOAA que siga en activo; los satélites NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) son una serie de satélites meteorológicos estadounidenses que orbitan la Tierra para proporcionar datos climáticos, imágenes del planeta y observaciones atmosféricas en tiempo real.
A continuación expondré el hardware y software que he utilizado para realización del proyecto.
Hardware: el hardware empleado es el que contiene el kit del dispositivo antes explicado.
Para el montaje del hardware, es necesario que nos situemos en un espacio a gran altura y despejado como una azotea alta de un edificio. Instalaremos la antena en su trípode con un ángulo aproximado de 120º, para una mejor calidad de señal podríamos conectar un filtro de señal pero esto es opcional. Conectamos el cable procedente de la antena a nuestro receptor y éste al puerto de nuestro ordenador.
Software: los programas utilizados son:
SDRSharp (programa explicado anteriormente)
WXtoIMG: es un programa diseñado para decodificar y procesar imágenes meteorológicas recibidas desde satélites NOAA en tiempo real.
Su instalación es sencilla desde su página web oficial, seleccionamos el sistema operativo del dispositivo y descargamos. Ejecutamos el archivo .exe descargado que nos abre el instalador del programa. El proceso no requiere configuraciones especiales: simplemente se aceptan los términos, se elige la ubicación de instalación y se finaliza el proceso.
Kepler Upate: La actualización Kepler (Keplerian Update) en WXtoImg (programa anterior) es un proceso mediante el cual el programa descarga los elementos orbitales más recientes de los satélites NOAA. Estos datos, conocidos como TLE, permiten al software calcular con precisión la posición y trayectoria de los satélites en el cielo.
Para su instalación nos dirigimos a la pagina de descarga; descargamos y ejecutamos el instalador del programa. Para ejecutar esta actualización, una vez instalado WXtoImg, se accede al menú File > Update Keplers, lo que descarga automáticamente los datos más recientes desde sus servidores.
CableVirtual:es una herramienta que actúa como un puente de audio interno en el sistema operativo. Su función principal es redirigir el audio de salida del software SDRSharp directamente como entrada para el programa WXtoImg sin necesidad de cables físicos ni grabaciones externas.
El proceso de instalación consiste en descargar el archivo comprimido, extraerlo y ejecutar el instalador como administrador. Una vez instalado, se configura una línea de audio virtual que servirá como entrada para WXtoImg y salida para SDRSharp. Pare ello lo configuraremos en dichos programas en el SDR# accederemos al apartado de audio y en la salida seleccioanaremos "CABLE input", en el decodificador iremos a opciones de grabación y en soundcard elegiremos "CABLE output". Para comprobar la conexión haremos una grabación de prueba, en "Record" clicaremos en "manual test "y observaremos como graba ruido, esto es prueba de que la conexión es correcta.
SatPC32: es un software especializado en el seguimiento de satélites en tiempo real, ampliamente utilizado en comunicaciones vía satélite y radioaficionados. Es útil como apoyo visual y de sincronización, aunque el receptor no se controle directamente desde él.
Se puede descargar desde su sitio oficial. Tras su descarga, se instala mediante su asistente clásico.
Montaje para la recepción de la señal
Una vez completada la instalación de los programas y el montaje del hardware, comenzaremos con el proceso de recepción de señales satelitales. En primer lugar, ejecutaremos el SatPC32 para saber las órbitas de los satélites meteorológicos y predecir las próximas pasadas. Este software, gracias a la actualización de los elementos orbitales mediante el Kepler Update, permite visualizar en tiempo real los datos de trayectoria, elevación y duración del paso del satélite, lo que facilita planificar la sesión de recepción.
Programa SatPC32 observando la trayectoria del NOAA-18
Cuando el satélite NOAA se aproxima a la zona de cobertura, se abre SDR# (SDRSharp), seleccionando el dispositivo RTL-SDR como fuente de entrada. Se ajusta la frecuencia al satélite en cuestión ( 137.9125 MHz para NOAA-18) y se configura el modo de demodulación en WFM. A través de la señal captada por la antena, el software comienza a mostrar la transmisión en tiempo real.
Previos al paso del satélite, comprobamos que la conexión virtual entre el SDR# y el WXtoImg haciendo una grabación de prueba. Una vez realizada la prueba y actualizados los datos Kepler del decodificador, el programa WXtolmg detecta automáticamente la señal entrante y comienza la decodificación de la transmisión APT.
Terminada la transmisión el programa decodifica y procesa los datos, finalmente obtenemos la imagen meteorológica.
Señal satelital
Imagen final
Webgrafía
Webgrafía
Algunas de las páginas donde he sacado gran parte de la información para la realización del proyecto.
Foros y comunidades de usuarios de SDR: https://www.reddit.com/r/RTLSDR
Información y ideas para los proyectos: https://www.todo-sdr.com/
Archivos relacionados con SDR y software auxiliar: https://github.com/
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