Uniwersalne oprogramowanie urządzeń peryferyjnych radiowych
Universal Software Radio Peripheral ( USRP ) to gama radiotelefonów definiowanych programowo, zaprojektowanych i sprzedawanych przez firmę Ettus Research i jej spółkę macierzystą, National Instruments . Rodzina produktów USRP, opracowana przez zespół kierowany przez Matta Ettusa, jest powszechnie używana przez laboratoria badawcze, uniwersytety i hobbystów.
Większość USRP łączy się z komputerem hosta za pośrednictwem szybkiego łącza, którego oprogramowanie hosta używa do sterowania sprzętem USRP i przesyłania/odbierania danych. Niektóre modele USRP integrują również ogólną funkcjonalność komputera hosta z wbudowanym procesorem , który umożliwia samodzielne działanie urządzenia USRP.
Rodzina USRP została zaprojektowana z myślą o ułatwieniach dostępu, a wiele produktów to sprzęt typu open source . Schematy płytek dla wybranych modeli USRP są dostępne do bezpłatnego pobrania; wszystkie produkty USRP są kontrolowane za pomocą sterownika UHD typu open source, który jest darmowym oprogramowaniem typu open source . USRP są powszechnie używane z GNU Radio do tworzenia złożonych systemów radiowych definiowanych programowo.
Projekt
Rodzina produktów USRP obejmuje różne modele, które wykorzystują podobną architekturę. Płyta główna zapewnia następujące podsystemy: generowanie i synchronizację zegara, FPGA , ADC , DAC , interfejs procesora hosta i regulację mocy. Są to podstawowe komponenty wymagane do przetwarzania sygnałów w paśmie podstawowym. Modułowy interfejs, zwany płytą rozszerzoną, jest używany do operacji analogowych, takich jak konwersja w górę/w dół, filtrowanie i inne kondycjonowanie sygnału. Ta modułowość pozwala USRP obsługiwać aplikacje działające w zakresie od DC do 6 GHz.
W konfiguracji fabrycznej FPGA wykonuje kilka operacji DSP , które ostatecznie zapewniają translację rzeczywistych sygnałów w domenie analogowej na niższe, złożone sygnały pasma podstawowego w domenie cyfrowej. W większości przypadków użycia te złożone próbki są przesyłane do/z aplikacji działających na procesorze hosta, które wykonują operacje DSP. Kod FPGA jest open-source i można go modyfikować, aby umożliwić wykonywanie szybkich operacji z małymi opóźnieniami w FPGA.
Oprogramowanie
Sterownik sprzętowy USRP (UHD) to sterownik urządzenia dostarczony przez Ettus Research do użytku z rodziną produktów USRP. Obsługuje platformy Linux, MacOS i Windows. Kilka frameworków, w tym GNU Radio, LabVIEW, MATLAB i Simulink, używa UHD. Dostęp do funkcji zapewnianych przez UHD można również uzyskać bezpośrednio za pomocą interfejsu UHD API, który zapewnia natywną obsługę języka C++. Każdy inny język, który może importować funkcje C++, może również używać UHD. W Pythonie jest to realizowane na przykład przez SWIG.
UHD zapewnia przenośność w całej rodzinie produktów USRP. Aplikacje opracowane dla określonego modelu USRP będą obsługiwać inne modele USRP, jeśli zostaną odpowiednio uwzględnione częstotliwości próbkowania i inne parametry.
Kilka struktur oprogramowania obsługuje UHD:
- GNU Radio to zestaw narzędzi Free/Libre, którego można używać do tworzenia radia definiowanego programowo. Ta struktura wykorzystuje kombinację języków C++ i Python w celu optymalizacji wydajności DSP, zapewniając jednocześnie łatwe w użyciu środowisko programowania aplikacji. GNU Radio Companion to graficzne środowisko programistyczne dostarczane z GNU Radio.
- National Instruments sprzedaje serię NI USRP 292x , która jest funkcjonalnym odpowiednikiem Ettus Research USRP N210. NI oferuje również obsługę LabVIEW dla tego urządzenia ze sterownikiem NI-USRP.
- USRP N210 i USRP2 są obsługiwane przez MATLAB i Simulink . Ten pakiet zawiera wtyczki i kilka przykładów do użycia z obydwoma urządzeniami.
- OpenLTE to otwarta implementacja specyfikacji 3GPP LTE jako SDR . [ okólnik ]
- Wielu użytkowników tworzy własne, niestandardowe frameworki. W takim przypadku dostęp do urządzenia USRP można uzyskać za pomocą UHD API. Istnieją również przykłady dostarczone z UHD, które pokazują, jak korzystać z interfejsu API.
Produkty
Seria sieciowa
USRP N200 i USRP N210 to wysokowydajne urządzenia USRP, które zapewniają wyższy zakres dynamiczny i większą przepustowość niż seria magistrali. Korzystając z Gigabit Ethernet , urządzenia z serii Networked mogą przesyłać do/z hosta złożone próbki pasma podstawowego z szybkością do 50 MS/s. Ta seria wykorzystuje podwójny, 14-bitowy, 100 MS/s ADC i podwójny 16-bitowy, 400 MS/s DAC. Ta seria zapewnia również MIMO , który może służyć do synchronizacji dwóch urządzeń z tej serii. Jest to zalecane rozwiązanie dla systemów MIMO.
X300 i X310 to USRP trzeciej generacji, które są wyposażone w dwa pełnodupleksowe gniazda płyty rozszerzeń oraz pełne przetworniki cyfrowo-analogowe i przetworniki cyfrowo-analogowe 200 MS/s. Jako interfejs sieciowy, 10GBase przez SFP+ umożliwia pełne 200 MS/s na obu kanałach w trybie pełnego dupleksu.
N300, N310, N320 i N321 to aktualne modele dwukanałowe oferujące łączność SFP+, do 200 MS/si opcjonalnie udostępnianie lokalnych oscylatorów i modułów TPM w celu weryfikacji wdrożeń oprogramowania.
Seria autobusowa
Wszystkie produkty z serii Ettus Research Bus wykorzystują interfejs USB 2.0 lub USB 3.0 do przesyłania próbek do iz komputera hosta.
Seria osadzona
Seria Embedded łączy tę samą funkcjonalność innych urządzeń USRP z wbudowanym procesorem OMAP 3 . Model E310, wprowadzony na rynek w listopadzie 2014 r., wykorzystuje Zynq SoC i układ Analog Devices AD9361 RFIC, co zapewnia bardzo kompaktowe, wbudowane USRP. Urządzenia z tej rodziny nie muszą być podłączone do zewnętrznego komputera, aby działać. Seria Embedded jest przeznaczona do zastosowań wymagających samodzielnej pracy.
Wycofane modele
USRP2 został opracowany po USRP i został po raz pierwszy udostępniony we wrześniu 2008 r. Jego żywotność dobiegła końca i został zastąpiony przez USRP N200 i USRP N210. USRP2 nie miał zastąpić oryginalnego USRP, który nadal był sprzedawany równolegle z USRP2. Ten USRP pierwszej generacji nie jest już dostępny publicznie.
Seria E100 wbudowanych USRP nie jest już dostępna.
Moduły płyty rozszerzeń
Oryginalne rodziny USRP, USRP2, USRP E1xx, USRP N2xx i X3xx mają architekturę modułową z wymiennymi modułami kart rozszerzeń, które służą jako interfejs RF. Istnieje kilka klas modułów kart rozszerzeń: odbiorniki, nadajniki i nadajniki-odbiorniki.
- Moduły płyty rozszerzenia nadajnika mogą modulować sygnał wyjściowy do wyższej częstotliwości
- Moduły płyty rozszerzenia odbiornika mogą odbierać sygnał RF i konwertować go na pasmo podstawowe
- Moduły płyty rozszerzenia nadawczo-odbiorczego łączą w sobie funkcjonalność nadajnika i odbiornika.
Modele USRP B2xx i E3xx nie mają wymiennych kart rozszerzeń. Seria N3xx ma dołączoną płytę rozszerzeń JESD204B z nakładką AD9371, ale obecnie żadne alternatywne karty rozszerzeń nie są dostępne na rynku.
