Универсальное программное обеспечение для радиопериферии
 |
Universal Software Radio Peripheral ( USRP ) — это линейка программно-определяемых радиостанций, разработанных и продаваемых Ettus Research и ее материнской компанией National Instruments . Семейство продуктов USRP, разработанное командой под руководством Мэтта Эттуса , широко используется исследовательскими лабораториями, университетами и любителями. [1]
Большинство USRP подключаются к главному компьютеру через высокоскоростную связь, которую программное обеспечение хоста использует для управления оборудованием USRP и передачи/получения данных. Некоторые модели USRP также объединяют общие функции главного компьютера со встроенным процессором , который позволяет устройству USRP работать автономно.
Семейство USRP было разработано с учетом доступности, и многие продукты имеют аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом . Схемы плат для некоторых моделей USRP доступны для скачивания бесплатно; Все продукты USRP управляются с помощью драйвера UHD с открытым исходным кодом, который является бесплатным программным обеспечением с открытым исходным кодом . [2] USRP обычно используются с пакетом программного обеспечения GNU Radio для создания сложных программно-определяемых радиосистем.
Дизайн
[ редактировать ]Семейство продуктов USRP включает множество моделей, использующих аналогичную архитектуру. Материнская плата обеспечивает следующие подсистемы: генерацию и синхронизацию тактовой частоты, FPGA , АЦП , ЦАП , интерфейс хост-процессора и регулирование мощности. Это основные компоненты, необходимые для обработки сигналов в основной полосе частот. Модульный внешний интерфейс, называемый дочерней платой, используется для аналоговых операций, таких как повышающее/понижающее преобразование, фильтрация и другие преобразования сигнала. Эта модульность позволяет USRP обслуживать приложения, работающие в диапазоне от постоянного тока до 6 ГГц.
В стандартной конфигурации FPGA выполняет несколько операций DSP , которые в конечном итоге обеспечивают преобразование реальных сигналов в аналоговой области в низкоскоростные, сложные сигналы основной полосы частот в цифровой области. В большинстве случаев использования эти сложные выборки передаются в/из приложений, работающих на главном процессоре, которые выполняют операции DSP. Код FPGA имеет открытый исходный код и может быть изменен для обеспечения высокоскоростных операций с малой задержкой в FPGA.
Программное обеспечение
[ редактировать ]Драйвер оборудования USRP (UHD) — это драйвер устройства, предоставленный Ettus Research для использования с семейством продуктов USRP. [3] Он поддерживает платформы Linux, MacOS и Windows. Несколько фреймворков, включая GNU Radio, LabVIEW, MATLAB и Simulink, используют UHD. Доступ к функциям, предоставляемым UHD, также можно получить напрямую с помощью UHD API, который обеспечивает встроенную поддержку C++. Любой другой язык, который может импортировать функции C++, также может использовать UHD. В Python это достигается, например, через SWIG.
UHD обеспечивает мобильность по всему семейству продуктов USRP. Приложения, разработанные для конкретной модели USRP, будут поддерживать другие модели USRP, если будет уделено должное внимание частоте дискретизации и другим параметрам.
Несколько программных платформ поддерживают UHD:
- GNU Radio — это бесплатный набор инструментов, который можно использовать для разработки программно-определяемых радиостанций. Эта платформа использует комбинацию C++ и Python для оптимизации производительности DSP, обеспечивая при этом простую в использовании среду программирования приложений. GNU Radio Companion — это графическая среда программирования, поставляемая с GNU Radio. [4]
- Компания National Instruments продает серию NI USRP 292x , которая функционально эквивалентна Ettus Research USRP N210. NI также предлагает поддержку LabVIEW для этого устройства с помощью драйвера NI-USRP. [5]
- USRP N210 и USRP2 поддерживаются MATLAB и Simulink . [6] В этот пакет входят плагины и несколько примеров для использования с обоими устройствами.
- OpenLTE — это реализация спецификаций 3GPP LTE с открытым исходным кодом в виде SDR . [7] [ циклическая ссылка ]
- Многие пользователи разрабатывают свои собственные фреймворки. В этом случае доступ к устройству USRP можно получить с помощью UHD API. [8] Есть также примеры, предоставленные с UHD, которые показывают, как использовать API. [9]
Продукты
[ редактировать ]Сетевой сериал
[ редактировать ]USRP N200 и USRP N210 — это высокопроизводительные устройства USRP, которые обеспечивают более широкий динамический диапазон и более высокую пропускную способность, чем устройства серии Bus. Используя интерфейс Gigabit Ethernet , устройства сетевой серии могут передавать до 50 Мвыб/с сложных выборок основной полосы частот на/от хоста. В этой серии используется двойной 14-битный АЦП с частотой 100 Мвыб/с и двойной 16-битный ЦАП с частотой 400 Мвыб/с. Эта серия также оснащена портом расширения MIMO , который можно использовать для синхронизации двух устройств этой серии. Это рекомендуемое решение для систем MIMO.
X300 и X310 — это USRP третьего поколения, которые имеют два полнодуплексных слота для дочерних плат и оснащены ЦАП и АЦП с пропускной способностью 200 Мвыб./с. В качестве сетевого интерфейса 10GBase over SFP+ обеспечивает скорость 200 Мбит/с на обоих каналах в полнодуплексном режиме.
N300, N310, N320 и N321 — это текущие двухканальные модели, предлагающие возможность подключения SFP+ со скоростью до 200 MS/s и опциональное совместное использование гетеродинов и модулей TPM для проверяемого развертывания программного обеспечения.
Серия автобусов
[ редактировать ]Все продукты серии Ettus Research Bus используют интерфейс USB 2.0 или USB 3.0 для передачи образцов на главный компьютер и обратно.
Встраиваемая серия
[ редактировать ]Серия Embedded сочетает в себе функциональность других устройств USRP со встроенным процессором OMAP 3 . E310, выпущенный в ноябре 2014 года, использует платформу Zynq SoC и RFIC Analog Devices AD9361 для очень компактного встроенного USRP. Устройствам этого семейства для работы не требуется подключение к внешнему ПК. Серия Embedded предназначена для приложений, требующих автономной работы.
Модели, снятые с производства
[ редактировать ]USRP2 был разработан после USRP и впервые стал доступен в сентябре 2008 года. Срок его службы подошел к концу, и он был заменен USRP N200 и USRP N210. USRP2 не предназначался для замены исходного USRP, который продолжал продаваться параллельно с USRP2. Этот USRP первого поколения также больше не доступен публично.
Серия встроенных USRP E100 больше не доступна.
Дочерние модули
[ редактировать ]
Исходные семейства USRP, USRP2, USRP E1xx, USRP N2xx и X3xx имеют модульную архитектуру со сменными модулями дочерних плат, которые служат в качестве радиочастотного интерфейса. Существует несколько классов модулей дочерних плат: приемники, передатчики и трансиверы.
- Модули дочерней платы передатчика могут модулировать выходной сигнал до более высокой частоты.
- Модули дочерней платы приемника могут принимать радиочастотный сигнал и преобразовывать его в основной диапазон.
- Модули дочерней платы трансивера сочетают в себе функциональность передатчика и приемника.
USRP B2xx и E3xx не имеют сменных дочерних плат. Серия N3xx имеет дочернюю плату с подключением к JESD204B и внешним интерфейсом AD9371, но в настоящее время альтернативных дочерних плат в продаже нет.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Куинн Нортон. «GNU Radio открывает невидимый мир» . Wired.com . Проверено 18 апреля 2014 г.
- ^ «UHD Старт» . ООО «Эттус Исследования» . Проверено 5 сентября 2012 г.
- ^ «Индекс/загрузок» . Архивировано из оригинала 20 сентября 2010 г.
- ^ GNU Радио + UHD
- ^ Драйвер NI-USRP
- ^ MATLAB и Simulink
- ^ OpenLTE
- ^ API UHD
- ^ «/host/examples — Репозиторий — uhd — Ettus Research LLC» . Архивировано из оригинала 13 июня 2012 г.