USRP

USRP（Universal Software Radio Peripheral，通用軟體無線電外設）旨在使普通計算機能像高頻寬的軟體無線電設備一樣工作。從本質上講，它充當了一個無線電通訊系統的數字基帶和中頻部分。USRP由 USRP母板、連同各種子板以及相應的天線組成。GNU Radio提供所有通用軟體無線電需要的庫，包括各種調製方式（GMSK、PSK、QAM、OFDM 等）、糾錯碼（R‐S 碼、維特比碼、Turbo 碼）、信號處理模組（最優濾波器、FFT、均衡器、定時恢復）和調度。它包含一個可重複編程的 FPGA、4 個高速模數轉換器（ADC）、4 個高速數模轉換器（DAC）和許多的輔助模數 IO，這使它可以輕易集成到較大的系統中。

USRP平台簡介

GNU Radio 是一個開源的軟體定義無線電（SDR）平台。它有一個世界範圍內的開發者和用戶社區為其貢獻了堅實的基礎代碼，並提供了許多軟體和硬體的實際套用。它提供了一個完整的開發環境，以創建您自己的無線電，為您處理所有的硬體接口、多執行緒、可移植性的問題。GNU Radio提供所有通用軟體無線電需要的庫，包括各種調製方式（GMSK、PSK、QAM、OFDM 等）、糾錯碼（R‐S 碼、維特比碼、Turbo 碼）、信號處理模組（最優濾波器、FFT、均衡器、定時恢復）和調度。它是一個很靈活的系統，允許用戶使用C++ 或者 Python 開發應用程式。

USRP背後的基本設計理念是在主機 CPU 上使用諸如 GNURadio完成所有波形相關方面的處理，比如調製和解調 。所有諸如數字上下變頻、抽樣和內插等高速通用操作都在 FPGA 上。USRP的真正價值是它能使工程師和設計師以低預算和最少的精力進行創造。為數不少的開發者和用戶貢獻了大量的代碼庫，並為軟體和硬體提供了許多實際套用。靈活的硬體、開源的軟體和擁有經驗豐富用戶社區群的強強聯合，使它成為您軟體無線電開發的理想外設。

USRP的組成及特性

USRP 系統的母板及子板

USRP由 USRP母板、連同各種子板以及相應的天線組成。一個典型的 USRP 產品系列包括兩部分：一個帶有高速信號處理的 FPGA 母板，和一個或者多個復蓋不同頻率範圍的可調換的子板。它們共同實現把比特流數據從天線傳到主機電腦（即接收），或者從主機電腦傳送到天線（即傳送）。在各種子板中，USRP 系列涵蓋從直流到 5.9GHz 的整個範圍，這包括了從調幅廣播到超過 Wi‐Fi 的所有頻率。

USRP母板

2.1.1、USRP1 母板是一種低成本的軟體無線電設備。它通過 USB2.0（480Mb/s）連線到主機電腦，能在最多 16MHz 的射頻頻寬內雙向傳送。它包含一個可重複編程的 FPGA、4 個高速模數轉換器（ADC）、4 個高速數模轉換器（DAC）和許多的輔助模數 IO，這使它可以輕易集成到較大的系統中。它可以容納最多兩個收發機子板，這使它很容易能實現2x2 MIMO。

USRP1 母板的性能指標：

採樣的量化精度為 8 bit 情況下射頻頻寬（RF bandwidth）為 16 MHz

採樣的量化精度為 16 bit 情況下射頻頻寬（RF bandwidth）為 8 MHz

USB 2.0 高速連線

低成本解決方案

MIMO 可構建性 - USRP 母板上的兩路收發使得單個USRP 可以構建MIMO

FPGA：Altera Cyclone

ADCs: 12-位64 MS/s

DACs: 14-位128 MS/s

USRP N210 通用軟體無線電平台

2.1.2、USRP N 系列母板（包括已經停產的過渡產品 USRP2）是在 USRP成功的基礎上，提供更高的性能

和更大的靈活性。USRP N 系列通過千兆乙太網連線到主機計算機，可在高達 50MHz 射頻頻寬內同步收發。它包括了一個更大的 FPGA 以至於可以在沒有主機電腦的情況下獨立操作設備（USRP E 系列）。它有更高速度和更高精確度的 ADC 和 DAC，只能容納單個收發機的子板，而多個USRP N 系列可以連線起來形成更寬範圍的 MIMO 系統（最多到8x8）。

USRP N 系列母板主要性能指標

採樣的量化精度為 8bit 情況下射頻頻寬（RF bandwidth）為 50 MHz

採樣的量化精度為 16bit 情況下射頻頻寬（RF bandwidth）為 25 MHz

千兆級乙太網連線

MIMO capable - Requires two or more USRP2 devices as motherboard has one daughterboard slot (1 RX + 1 TX connectors)

板上 FPGA 處理 - Onboard FPGA processing

FPGA: Xilinx Spartan XC3S2000

ADCs: 14-位 100 MS/s

DACs: 16-位 400 MS/s

能夠鎖定一個外部 5 或 10 MHz 的參考時鐘

USRP子板

2.2.1、傳送和接收子板

Basic RX

Basic TX

LFRX

LFTX

TVRX

TVRX2

DBSRX

DBSRX2

2.2.2、收發子板

SBX

WBX

XCVR2450

RFX2400

RFX2200

RFX1800

RFX1200

RFX900

RFX400

收發子板特性概述

30 MHz收髮帶寬

全同步設計，支持MIMO

所有功能可由軟體或FPGA控制

接收機和發射機的獨立本地振盪器 LO

小於200微秒鎖相環鎖定時間，可用於跳頻PLL（Phase Lock Loop，鎖相環）

內置收/發開關

發射機和接收機使用同一連線器或使用輔助接收機連線埠

16個數字I / O線來控制外部設備比如天線開關等

內置的模擬RSSI（Received Signal Strength Indication接收信號強度指示）測量

70分貝的AGC範圍

可調發射功率