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通用软件无线电USRP

2019-11-18 11:19:32 102

USRP(Universal Software Radio Peripheral,通用软件无线电外设)旨在使普通计算机能像高带宽的软件无线电设备一样工作。从本质上讲,它充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。

USRP 平台简介

GNU Radio 是一个开源的软件定义无线电(SDR)平台。它有一个世界范围内的开发者和用户社区为其贡献了坚实的基础代码,并提供了许多软件和硬件的实际应用。它提供了一个完整的开发环境,以创建您自己的无线电,为您处理所有的硬件接口、多线程、可移植性的问题。GNU Radio提供所有通用软件无线电需要的库,包括各种调制方式(GMSK、PSK、QAM、OFDM 等)、纠错码(R‐S 码、维特比码、Turbo 码)、信号处理模块(最优滤波器、FFT、均衡器、定时恢复)和调度。它是一个很灵活的系统,允许用户使用C++ 或者 Python 开发应用程序。
USRP背后的基本设计理念是在主机 CPU 上使用诸如 GNURadio完成所有波形相关方面的处理,比如调制和解调 。所有诸如数字上下变频、抽样和内插等高速通用操作都在 FPGA 上。USRP的真正价值是它能使工程师和设计师以低预算和最少的精力进行创造。为数不少的开发者和用户贡献了大量的代码库,并为软件和硬件提供了许多实际应用。灵活的硬件、开源的软件和拥有经验丰富用户社区群的强强联合,使它成为您软件无线电开发的理想外设。

USRP 的组成及特性

USRP由 USRP母板、连同各种子板以及相应的天线组成。一个典型的 USRP 产品系列包括两部分:一个带有高速信号处理的 FPGA 母板,和一个或者多个覆盖不同频率范围的可调换的子板。它们共同实现把比特流数据从天线传到主机电脑(即接收),或者从主机电脑传送到天线(即发送)。在各种子板中,USRP 系列涵盖从直流到 5.9GHz 的整个范围,这包括了从调幅广播到超过 Wi‐Fi 的所有频率。

2.1、USRP 母板

2.1.1、USRP1 母板是一种低成本的软件无线电设备。它通过 USB2.0(480Mb/s)连接到主机电脑,能在最多 16MHz 的射频带宽内双向发送。它包含一个可重复编程的 FPGA、4 个高速模数转换器(ADC)、4 个高速数模转换器(DAC)和许多的辅助模数 IO,这使它可以轻易集成到较大的系统中。它可以容纳最多两个收发机子板,这使它很容易能实现2x2 MIMO。
USRP1 母板的性能指标:
采样的量化精度为 8 bit 情况下射频带宽(RF bandwidth)为 16 MHz
采样的量化精度为 16 bit 情况下射频带宽(RF bandwidth)为 8 MHz
USB 2.0 高速连接
低成本解决方案
MIMO 可构建性 - USRP 母板上的两路收发使得单个USRP 可以构建MIMO
FPGA:Altera Cyclone
ADCs: 12-位64 MS/s
DACs: 14-位128 MS/s

USRP N 系列母板USRP N 系列母板。包括已经停产的过渡产品 USRP2)是在 USRP成功的基础上,提供更高的性能和更大的灵活性。USRP N 系列通过千兆以太网连接到主机计算机,可在高达 50MHz 射频带宽内同步收发。它包括了一个更大的 FPGA 以至于可以在没有主机电脑的情况下独立操作设备(USRP E 系列)。它有更高速度和更高精确度的 ADC 和 DAC,只能容纳单个收发机的子板,而多个USRP N 系列可以连接起来形成更宽范围的 MIMO 系统(最多到8x8)

USRP N 系列母板主要性能指标

采样的量化精度为 8bit 情况下射频带宽(RF bandwidth)为 50 MHz
采样的量化精度为 16bit 情况下射频带宽(RF bandwidth)为 25 MHz
千兆级以太网连接
MIMO capable - Requires two or more USRP2 devices as motherboard has one daughterboard slot (1 RX + 1 TX connectors)
板上 FPGA 处理 - Onboard FPGA processing
FPGA: Xilinx Spartan XC3S2000
ADCs: 14-位 100 MS/s
DACs: 16-位 400 MS/s
能够锁定一个外部 5 或 10 MHz 的参考时钟

2.2、USRP 子板

2.2.1、发送和接收子板
Basic RX
Basic TX
LFRX
LFTX
TVRX
TVRX2
DBSRX
DBSRX2
2.2.2、收发子板
SBX
WBX
XCVR2450
RFX2400
RFX2200
RFX1800
RFX1200
RFX900
RFX400
收发子板特性概述
30 MHz收发带宽
全同步设计,支持MIMO
所有功能可由软件或FPGA控制
接收机和发射机的独立本地振荡器 LO
小于200微秒锁相环锁定时间,可用于跳频PLL(Phase Lock Loop,锁相环)
内置收/发开关
发射机和接收机使用同一连接器或使用辅助接收机端口
16个数字I / O线来控制外部设备比如天线开关等
内置的模拟RSSI(Received Signal Strength Indication接收信号强度指示)测量
70分贝的AGC范围
可调发射功率


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