Hace unos días, un amigo me compartió un interesantísimo artículo sobre Software-defined Radio, una nueva tendencia que promete revolucionar el estudio y el desarrollo de aplicaciones basadas en tecnologías inalámbricas. El artículo relata la historia de algunos de los pioneros, cómo llegaron a lo que llegaron, por qué ellos creen que ésta tendencia será el futuro de la investigación y la industria de las comunicaciones y por qué creen que es revolucionaria. A continuación les comparto la interpretación de la primera parte, la próxima semana les compartiré el resto (2a parte). Para quienes quieran leer el artículo original, publicado en arstechnica.com en el encabezado de ambas interpretaciones está la dirección. Disfrútenlo.

Interpretación del artículo How Software-defined radio could revolutionize wireless, escrito por Timothy B. Lee en Julio 5 de 2012 para arstechnica.com.

En 1976, dos peludos abandonaron la universidad y fundaron una compañía llamada Apple para fabricar computadoras personales. Los prospectos de la compañía se veían tan pobres que el tercer cofundador soltó su 10% por U$ 800 ese mismo año. Simplemente no era claro porqué alguien querría la computadora Apple I. Era tan poco poderosa que no podría ejecutar muchas de las funciones de los mainframes o las minicomputadoras que ya estaban en el mercado y la mayoría de los consumidores no estaban interesados en tener una computadora en sus hogares.

Hoy, por supuesto, Apple es la empresa más grande del mundo por capitalización de mercado, lo que fue importante del Apple I no fueron las precarias prestaciones de la versión original, sino la promesa que mantuvo de una rápida innovación para las décadas siguientes.

Ahora, una compañía llamada Per vices, espera hacer por las comunicaciones inalámbricas lo que Apple hizo por la computación. Está vendiendo equipos de radio definidos por software (SDR por sus siglas en inglés: software-defined radio) llamados Phi que, como el Apple I, probablemente no sea de interés para el consumidor promedio (incluso fue fugazmente valorado igual que el Apple I U$ 666.66, pero luego ha sido valorado en $750). Pero el dispositivo y otros como éstos tienen el potencial para transformar la industria. Ésta vez, la revolución dependerá de los hackers capaces de mannipular señales de radio en software.

La versatilidad del radio definido por software

Los chips tradicionales de radio están “físicamente alambrados” para comunicarse usando un protocolo específico. Por ejemplo, un celular típico tiene varios diferentes chips para manejar una variedad de comunicaciones radiadas: uno para hablar con las torres celulares, otro para contactar estaciones WiFi, un tercero para recibir señales GPS y un cuarto para comunicarse con dispositivos Bluetooth. En contraste, el hardware de SDR trabaja con una señal electromagnética cruda, respaldándose en software para implementar las aplicaciones específicas.

Esto hace a los dispositivos SDR tremendamente versátiles. Con el software adecuado, un sólo chip SDR podría cumplir varias funciones de aquellas que cumplen los chips de radio especializados en sus celulares y otros dispositivos. Podría grabar radio en FM, televisión digital, leer RFID, rastrear ubicaciones o hacer radioastronomía. En principio, podría desempeñar cualquiera de éstas funciones simultáneamente. SDR también habilita el prototipado rápido de nuevos protocolos de comunicaciones.

SDR hará posible el uso de espectro radioeléctrico en fundamentalmente nuevas formas. La mayoría de estándares de radio de hoy están diseñados para usar una estrecha banda de frecuencias específicas y fijas, en contraste, los dispositivos SDR están diseñados para sintonizar muchas frecuencias simultáneamente, haciendo posible esquemas de comunicación que no serían factibles con equipo de radio tradicional.

Más significativamente, una masiva adopción de SDR podría deshacer el control de la FCC (Federal communitations comittee, ente regulador en Estados Unidos) sobre el espectro radioeléctrico. Justo ahora, la FCC se enfoca en limitar las frecuencias de radio del hardware. Pero éste enfoque regulatorio probablemente trabajará pobremente para los SDR que no están confinados a una frecuencia específica.

La efectiva desregulación del aire podría crear dolores de cabeza en la medida en que los aficionados polucionen las bandas de frecuencia que han sido reservadas para otras aplicaciones. Pero también es probable que conduzca a una era de innovación sin precedentes dado que millones de personas tendrán la oportunidad de experimentar con tecnologías que, hasta hace poco, eran dominio exclusivo de los laboratorios industriales muy bien financiados.

Los pioneros

La tecnología SDR ha tenido trasfondo político desde sus inicios. Una década atrás, algunos entusiastas del radio definido por software se interesaron por el debate de la “bandera del broadcast” que se daba en Washington. Hollywood deseaba forzar a las compañías de electrodomésticos a que detectara y respetara los metadatos en broadcast de HDTV que señalizarían lo que los consumidores tendrían permitido hacer con el contenido.

Eric Blossom, fundador de un proyecto de software llamado GNU Radio, esperaban que implementando un receptor de HDTV en software y liberandolo como software libre demostraría la inutilidad de éste enfoque. Incluso si el gobierno forzaba éste proyecto para implementar la bandera de broadcast, el argumentó, cualquiera podría modificar el código fuente para deshabilitar el código responsable por la bandera y recompilarlo.

El esfuerzo por construir un receptor para el formato ATSC fue exitoso. “Nosotros grabamos muestras tomadas del aire, luego se procesaron en nuestra aplicación y ud. podía ver el MPEG de La ley y el orden”, dijo Matt Ettus, un contribuyente del proyecto.

Ettus dijo que el hardware usado para construir el receptor ATSC “no fue algo que cualquiera pudiera ir y comprar”, tampoco “fue bien configurada para lo que estábamos haciendo”, sólo podía capturar una estrecha rebanada de espectro: 100KHz a los sumo. Eso era suficiente para La ley y el orden, pero Ettus creyó que sería necesario un mejor hardware para liberar el verdadero potencial de la tecnología.

“Para hacer cosas más interesantes ud. necesita más hardware”, dijo Ettus. Él quería capturar un rango mucho más amplio de frecuencias y quería otras características avanzadas como la habilidad de manejar múltiples antenas simultáneamente.

El USRP




“Yo estuve durante un largo tiempo intentando convencer a alguien más de construir esta cosa y nadie quiso”, nos dijo Ettus, entonces en 2003, él comenzó a trabajar en lo que se convertiría en el Periférico universal de radio de software (Universal Software Radio Peripheral). In 2004, renunció a su trabajo como ingeniero trabajando en productos de radio convencionales para enfocarse en USRP de tiempo completo, vendiendo su primer unidad en Enero de 2005.

Hoy, Ettus Research construye un rango de dispositivos específicamente diseñados para radios definidos por software. Un sistema USRP viene en tres partes: la caja principal, una tarjeta hija de RF y una computadora. La tarjeta hija maneja la recepción real de señales de radio y pasa la señal analógica a la unidad principal de la USRP. Ettus nos explicó lo que sucede después.

“Primero ella convierte la señal analógica a digital. Luego la señal digiral es enviada a un arreglo de compuertas programables (FPGA por sus siglas en inglés). La FPGA hace el procesamiento de alta velocidad y el usuario puede modificarlo y poner toda suerte de cosas interesantes allí. En la configuración más básica, la FPGA reduce la tasa de muestreo, hace alguna traslación en la frecuencia y envía ésto a la interfaz con la CPU”.

La interfaz que conecta la USRP al computador es el elemento que caracteriza varios modelos de USRP. El modelo más barato (U$650) entrega datos al computador del usuario sobre un enlace USB relativamente lento. El modelo más costoso (U$ 1700) tiene una interfaz gigabit Ethernet. Entre ellos se ofrecen modelos “embebidos” que incluyen una CPU capaz de correr una distribución completa de Linux, lo cual le permite funcionar como un dispositivo independiente (stand-alone).

Cada tarjeta hija de RF está diseñada para recibir un rango de frecuencias diferente. “Acostumbrabamos necesitar un montón de tarjetas hijas diferentes para cubrir un rango de frecuencias interesante. Cuando comenzamos, ud. sólo podía obtener un par de cientos de MHz con un desempeño decente. Pero en la medida que avanza la tecnología, hemos obtenido tarjetas hijas con anchos de banda cada vez más grandes”.

Ettus dijo que una de las aplicaciones más interesantes de las USRP ha sido la telefonía celular abierta. Los usuarios han configurado USRPs para proveer servicio celular por GSM, desplegandolos “en un número de lugares, desde Burning Man hasta pequeñas islas en el pacífico”. La jaqueabilidad (kackeability) de las USRP las hace más versátules que los aparatos celulares convencionales, haciéndolos ideales para ambientes inusuales.

La investigación en seguridad inalámbrica también es una aplicación clave para las USRP. Por ejemplo, un grupo de investigación usó una de ellas para descubrir vulnerabilidades en protocolos de comunicación inalámbrica de un marcapasos comercial. “Si ud. quiere determinar seguridad inalámbrica, ud. debe ser capaz de enviar paquetes a esos dispositivos de interés”, dijo. “Ud. necesita completo control de los paquetes que envía y necesita examinar los paquetes recibidos en un nivel fundamental”. El hardware convencional inalámbrico no puede compararse con la flexibilidad del hardware SDR para éste tipo de aplicación.

Parte II

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