Univerzální softwarové rádiové periferie - Universal Software Radio Peripheral

Platforma rev. 3 USRP1, sériové číslo 140, s připojenou dceřinou deskou TVRX

Univerzální softwarové rádiové periferie (USRP) je řada softwarově definovaná rádia navržený a prodaný společností Ettus Research a její mateřskou společností, Národní nástroje. Vyvinutý týmem vedeným Matt Ettus, produktová řada USRP má být poměrně levnou hardwarovou platformou pro softwarové rádio a je běžně používána výzkumnými laboratořemi, univerzitami a fandy.[1]

Většina USRP se připojuje k hostitelskému počítači prostřednictvím vysokorychlostního spojení, které hostitelský software používá k ovládání hardwaru USRP a přenosu / přijímání dat. Některé modely USRP také integrují obecné funkce hostitelského počítače s vestavěný procesor který umožňuje, aby zařízení USRP fungovalo samostatně.

Rodina USRP byla navržena pro usnadnění přístupu a mnoho produktů je open source hardware. Schémata desek pro vybrané modely USRP jsou volně k dispozici ke stažení; všechny produkty USRP jsou ovládány pomocí open source ovladače UHD, což je bezplatný open source software.[2] USRP se běžně používají s Rádio GNU softwarová sada pro vytváření komplexních softwarově definovaných rádiových systémů.

Design

Produktová řada USRP zahrnuje řadu modelů, které používají podobnou architekturu. Základní deska poskytuje následující subsystémy: generování a synchronizace hodin, FPGA, ADC, DAC, rozhraní hostitelského procesoru a regulace výkonu. Toto jsou základní komponenty, které jsou vyžadovány pro zpracování signálů v základním pásmu. Modulární front-end, nazývaný dceřiná deska, se používá pro analogové operace, jako je konverze nahoru / dolů, filtrování a další úprava signálu. Tato modularita umožňuje USRP sloužit aplikacím, které pracují mezi DC a 6 GHz.

Ve skladové konfiguraci FPGA provádí několik DSP operace, které v konečném důsledku zajišťují překlad z reálných signálů v analogové doméně do komplexních signálů s nižší rychlostí v základním pásmu v digitální doméně. Ve většině případů použití se tyto složité vzorky přenášejí do / z aplikací spuštěných na hostitelském procesoru, které provádějí operace DSP. Kód pro FPGA je open-source a lze jej upravit tak, aby umožňoval vysokorychlostní operace s nízkou latencí v FPGA.

Software

Hardwarový ovladač USRP (UHD) je ovladač zařízení poskytovaný společností Ettus Research pro použití s ​​produktovou řadou USRP.[3] Podporuje platformy Linux, MacOS a Windows. Několik rámců včetně GNU Radio, LabVIEW, MATLAB a Simulink používají UHD. K funkcím poskytovaným UHD lze také přistupovat přímo pomocí UHD API, které poskytuje nativní podporu pro C ++. Libovolný jiný jazyk, který může importovat funkce C ++, může také používat UHD. Toho lze dosáhnout například v Pythonu prostřednictvím SWIG.

UHD poskytuje přenositelnost v rámci rodiny produktů USRP. Aplikace vyvinuté pro konkrétní model USRP budou podporovat další modely USRP, pokud bude náležitě zvážena vzorkovací frekvence a další parametry.[4]

Několik softwarových rámců podporuje UHD:

  • Rádio GNU je sada nástrojů Free / Libre, kterou lze použít k vývoji softwarově definovaných rádií. Tento rámec používá kombinaci C ++ a Pythonu k optimalizaci výkonu DSP a zároveň poskytuje snadno použitelné prostředí pro programování aplikací. GNU Radio Companion je grafické programovací prostředí poskytované s GNU Radio.[5]
  • National Instruments prodává NI USRP 292x série, která je funkčně ekvivalentní s Ettus Research USRP N210. NI také nabízí podporu LabVIEW pro toto zařízení pomocí ovladače NI-USRP.[6]
  • USRP N210 a USRP2 podporuje MATLAB a Simulink.[7] Tento balíček obsahuje zásuvné moduly a několik příkladů pro použití s ​​oběma zařízeními.
  • OpenLTE je implementace open source specifikací 3GPP LTE jako a SDR.[8][kruhový odkaz ]
  • Mnoho uživatelů se vyvíjí se svými vlastními vlastními rámci. V tomto případě lze k zařízení USRP přistupovat pomocí UHD API.[9] K dispozici jsou také příklady poskytované s UHD, které ukazují, jak používat API.[10]

produkty

Síťové série

USRP N200 a USRP N210 jsou vysoce výkonná zařízení USRP, která poskytují vyšší dynamický rozsah a vyšší šířku pásma než řada sběrnic. Používat Gigabitový Ethernet Rozhraní mohou zařízení řady Networked Series přenášet až 50 MS / s komplexních vzorků základního pásma do / z hostitele. Tato řada používá duální, 14bitový, 100 MS / s ADC a duální 16bitový, 400 MS / s DAC. Tato řada také poskytuje a MIMO rozšiřující port, který lze použít k synchronizaci dvou zařízení z této série. Toto je doporučené řešení pro systémy MIMO.

X300 a X310 jsou USRP třetí generace, které mají dva plně duplexní sloty pro dceřiné desky a jsou vybaveny plnými 200 MS / s DAC a ADC. Jako síťové rozhraní umožňuje 10GBase přes SFP + plných 200 MS / s na obou kanálech v plně duplexním provozu.

N300, N310, N320 a N321 jsou aktuální dvoukanálové modely nabízející připojení SFP +, až 200 MS / s a ​​volitelně sdílení lokálních oscilátorů a modulů TPM pro ověřitelné nasazení softwaru.

Série autobusů

Všechny produkty řady Ettus Research Bus používají a USB 2.0 nebo USB 3.0 rozhraní pro přenos vzorků do az hostitelského počítače.

Vestavěné série

Embedded Series kombinuje stejné funkce jako ostatní zařízení USRP s OMAP 3 vestavěný procesor. E310, vydaný v listopadu 2014, využívá Zynq SoC platforma a analogová zařízení AD9361 RFIC pro velmi kompaktní integrovaný USRP. Zařízení z této rodiny nemusí být kvůli provozu připojena k externímu počítači. Řada Embedded je navržena pro aplikace, které vyžadují samostatný provoz.

Ukončené modely

USRP2 byl vyvinut po USRP a poprvé byl zpřístupněn v září 2008. Dosáhl konce své životnosti a byl nahrazen USRP N200 a USRP N210. Účelem USRP2 nebylo nahradit původní USRP, který se nadále prodával souběžně s USRP2. Tato první generace USRP také již není veřejně dostupná.

Série E100 zabudovaných USRP již není k dispozici.

Dceřiné moduly

Základní RX a Basic TX dceřiné desky

Původní rodiny USRP, USRP2, USRP E1xx, USRP N2xx a X3xx mají modulární architekturu s vyměnitelnými dceřinými moduly, které slouží jako RF frontend. Existuje několik tříd modulů dceřiných desek: přijímače, vysílače a vysílače.

  • Moduly dceřiné desky vysílače mohou modulovat výstupní signál na vyšší frekvenci.
  • Dceřiné moduly přijímače mohou získávat RF signál a převádět jej na základní pásmo.
  • Moduly dceřiných desek vysílače a přijímače kombinují funkčnost vysílače a přijímače.

USRP B2xx a E3xx neobsahují vyměnitelné dceřiné desky. Řada N3xx má JESD204B - připojená dceřiná deska s frontendem AD9371, ale v současné době nejsou komerčně dostupné žádné alternativní dceřiné desky.

Viz také

Reference

  1. ^ Quinn Norton. „Rádio GNU otevírá neviditelný svět“. Wired.com. Citováno 2014-04-18.
  2. ^ "UHD Start". Ettus Research LLC. Citováno 2012-09-05.
  3. ^ http://www.ettus.com/downloads
  4. ^ [1]
  5. ^ GNU Radio + UHD
  6. ^ Ovladač NI-USRP
  7. ^ MATLAB a Simulink
  8. ^ OpenLTE
  9. ^ UHD API
  10. ^ http://code.ettus.com/redmine/ettus/projects/uhd/repository/revisions/master/show/host/examples

externí odkazy