Universal Software Radio Peripheral ( USRP ) es una gama de radios definidas por software diseñadas y vendidas por Ettus Research y su empresa matriz, National Instruments . Desarrollada por un equipo liderado por Matt Ettus , la familia de productos USRP es comúnmente utilizada por laboratorios de investigación, universidades y aficionados. [1]
La mayoría de los USRP se conectan a una computadora host a través de un enlace de alta velocidad, que el software basado en host utiliza para controlar el hardware USRP y transmitir / recibir datos. Algunos modelos USRP también integran la funcionalidad general de una computadora host con un procesador integrado que permite que el dispositivo USRP funcione de manera autónoma.
La familia USRP fue diseñada para la accesibilidad y muchos de los productos son hardware de código abierto . Los esquemas de la placa para modelos selectos de USRP están disponibles gratuitamente para su descarga; Todos los productos USRP se controlan con el controlador UHD de código abierto, que es un software gratuito y de código abierto . [2] Los USRP se utilizan comúnmente con el paquete de software GNU Radio para crear sistemas de radio complejos definidos por software.
Diseño
La familia de productos USRP incluye una variedad de modelos que utilizan una arquitectura similar. Una placa base proporciona los siguientes subsistemas: generación y sincronización de reloj, FPGA , ADC , DAC , interfaz de procesador host y regulación de energía. Estos son los componentes básicos que se requieren para el procesamiento de señales en banda base. Un front-end modular, llamado placa hija, se utiliza para operaciones analógicas como conversión ascendente / descendente, filtrado y otro acondicionamiento de señales. Esta modularidad permite al USRP servir aplicaciones que operan entre CC y 6 GHz.
En la configuración estándar, la FPGA realiza varias operaciones DSP , que en última instancia proporcionan la traducción de señales reales en el dominio analógico a señales de banda base complejas de menor velocidad en el dominio digital. En la mayoría de los casos de uso, estas muestras complejas se transfieren hacia / desde aplicaciones que se ejecutan en un procesador host, que realiza operaciones DSP. El código de la FPGA es de código abierto y se puede modificar para permitir que se realicen operaciones de alta velocidad y baja latencia en la FPGA.
Software
El controlador de hardware USRP (UHD) es el controlador de dispositivo proporcionado por Ettus Research para su uso con la familia de productos USRP. [3] Es compatible con las plataformas Linux, MacOS y Windows. Varios marcos, incluidos GNU Radio, LabVIEW, MATLAB y Simulink, usan UHD. También se puede acceder a la funcionalidad proporcionada por UHD directamente con la API de UHD, que proporciona soporte nativo para C ++. Cualquier otro lenguaje que pueda importar funciones de C ++ también puede usar UHD. Esto se logra en Python a través de SWIG, por ejemplo.
UHD proporciona portabilidad en toda la familia de productos USRP. Las aplicaciones desarrolladas para un modelo de USRP específico admitirán otros modelos de USRP si se da la debida consideración a las frecuencias de muestreo y otros parámetros. [4]
Varios marcos de software admiten UHD:
- GNU Radio es un conjunto de herramientas Free / Libre que se puede utilizar para desarrollar radios definidas por software. Este marco utiliza una combinación de C ++ y Python para optimizar el rendimiento de DSP mientras proporciona un entorno de programación de aplicaciones fácil de usar. GNU Radio Companion es un entorno de programación gráfica proporcionado con GNU Radio. [5]
- National Instruments vende la serie NI USRP 292x , que es funcionalmente equivalente a la Ettus Research USRP N210. NI también ofrece soporte para LabVIEW para este dispositivo con el controlador NI-USRP. [6]
- USRP N210 y USRP2 son compatibles con MATLAB y Simulink . [7] Este paquete incluye complementos y varios ejemplos para usar con ambos dispositivos.
Productos
Serie en red
El USRP N200 y el USRP N210 son dispositivos USRP de alto rendimiento que proporcionan un rango dinámico más alto y un ancho de banda más alto que la serie de bus. Con una interfaz Gigabit Ethernet , los dispositivos de la serie en red pueden transferir hasta 50 MS / s de muestras complejas de banda base hacia / desde el host. Esta serie utiliza un ADC dual de 14 bits, 100 MS / sy un DAC dual de 16 bits, 400 MS / s. Esta serie también proporciona un puerto de expansión MIMO que se puede utilizar para sincronizar dos dispositivos de esta serie. Esta es la solución recomendada para sistemas MIMO.
Los modelos X300 y X310 son USRP de tercera generación que cuentan con dos ranuras de placa hija full-duplex y cuentan con DAC y ADC completos de 200 MS / s. Como interfaz de red, 10GBase sobre SFP + permite 200 MS / s completos en ambos canales en funcionamiento full-duplex.
Los modelos N300, N310, N320 y N321 son modelos actuales de doble canal que ofrecen conectividad SFP +, hasta 200 MS / sy, opcionalmente, comparten osciladores locales y módulos TPM para implementaciones de software verificables.
Serie de autobuses
Todos los productos de la serie Ettus Research Bus utilizan una interfaz USB 2.0 o USB 3.0 para transferir muestras hacia y desde la computadora host.
Serie incrustada
La serie integrada combina la misma funcionalidad de otros dispositivos USRP con un procesador integrado OMAP 3 . El E310, lanzado en noviembre de 2014, utiliza la plataforma Zynq SoC y Analog Devices AD9361 RFIC para un USRP integrado muy compacto. Los dispositivos de esta familia no necesitan estar conectados a una PC externa para su funcionamiento. La Serie Embebida está diseñada para aplicaciones que requieren un funcionamiento autónomo.
Modelos descatalogados
El USRP2 se desarrolló después del USRP y se puso a disposición por primera vez en septiembre de 2008. Ha llegado al final de su vida útil y ha sido reemplazado por el USRP N200 y USRP N210. El USRP2 no estaba destinado a reemplazar el USRP original, que continuó vendiéndose en paralelo al USRP2. Este USRP de primera generación tampoco está disponible públicamente.
La serie E100 de USRP integrados ya no está disponible.
Módulos de placa hija
Las familias originales USRP, USRP2, USRP E1xx, USRP N2xx y X3xx cuentan con una arquitectura modular con módulos de placa hija intercambiables que sirven como la interfaz de RF. Existen varias clases de módulos de placa hija: receptores, transmisores y transceptores.
- Los módulos de la placa hija del transmisor pueden modular una señal de salida a una frecuencia más alta
- Los módulos de la placa hija del receptor pueden adquirir una señal de RF y convertirla en banda base
- Los módulos de la placa hija del transceptor combinan la funcionalidad de un transmisor y un receptor.
El USRP B2xx y E3xx no cuentan con tarjetas hijas intercambiables. La serie N3xx tiene una placa hija adjunta a JESD204B con la interfaz AD9371, pero actualmente no hay placas auxiliares alternativas disponibles comercialmente.
Ver también
Referencias
- ^ Quinn Norton. "GNU Radio abre un mundo invisible" . Wired.com . Consultado el 18 de abril de 2014 .
- ^ "Inicio UHD" . Ettus Research LLC . Consultado el 5 de septiembre de 2012 .
- ^ http://www.ettus.com/downloads
- ^ [1]
- ^ Radio GNU + UHD
- ^ Controlador NI-USRP
- ^ MATLAB y Simulink
- ^ OpenLTE
- ^ API UHD
- ^ http://code.ettus.com/redmine/ettus/projects/uhd/repository/revisions/master/show/host/examples
enlaces externos
- Ettus Research LLC
- Documentación y manual UHD
- Wiki de GNU Radio
- Artículo cableado sobre la plataforma USRP
- Documentación de la plataforma USRP de Firas