通用软件无线电外设

通用软件无线电外设，通常缩写为USRP，是一系列软件定义无线电平台，设计用于可编程的无线电信号传输和接收。该平台由Matt Ettus领导的团队开发，并与Ettus Research相关联，后者后来成为National Instruments的一部分。USRP并非单一无线电型号，而是一个产品生态系统，涵盖主机连接板、网络化高性能系统、嵌入式无线电和可互换的射频子板。 USRP系统通常将无线电处理分为硬件和软件两部分。主板提供定时和同步、现场可编程门阵列、模数转换器和数模转换器、主机连接以及电源调节。根据型号不同，模块化子板或集成射频收发器提供模拟前端，用于滤波、频率转换和信号调理。这种架构允许用户为广泛的应用配置系统，历史上从直流和低频工作到支持配置上约6 GHz的射频。 大多数USRP通过USB、千兆以太网或更快的网络接口连接到计算机。主机软件随后可以控制设备并交换复数基带样本流以进行信号处理任务。嵌入式型号增加了板载处理，使无线电可以独立于外部计算机运行，这在便携式、现场和自主应用中非常有用。FPGA处理也可以针对低延迟或高吞吐量工作负载进行定制。 该平台身份的一个重要部分是软件和硬件的可访问性。USRP设备通过开源UHD（USRP硬件驱动程序）进行控制，该驱动程序支持Linux、macOS和Windows，并在大部分产品系列中提供通用API。UHD被GNU Radio、LabVIEW、MATLAB和Simulink等软件环境使用或集成。可编程硬件、开放开发工具和广泛的社区文档的结合使USRP设备在大学实验室、通信研究、无线协议原型设计、频谱实验和高级爱好者项目中非常常见。 该系列已从最初的USRP和USRP2演变为几代产品和产品系列。网络化产品如N200/N210、X300/X310和N300系列强调带宽、动态范围、同步和多设备操作。总线连接的B系列产品面向紧凑型USB连接开发。嵌入式E系列产品将无线电功能与板载计算相结合。一些早期型号和系列，包括USRP2和E100系列产品，已达到生命周期终点，而较新的产品线继续该平台作为通用软件定义无线电基础的角色。因此，USRP的定位与其说是消费电子品牌，不如说是一个可扩展的研究和工程平台。

USRP源于Matt Ettus领导的团队，旨在使软件定义无线电对研究人员和开发者更加可及。其核心概念是将时间敏感的无线电接口和选定的数字信号处理功能置于专用硬件中，而将更高级的实验留给计算机上运行的软件。这种方法允许用户构建或修改无线电，而无需为每个项目设计完整的无线电平台。 最初的USRP确立了该平台的特征架构。主板处理时钟、转换、FPGA处理、主机通信和电源管理，而可互换的子板提供射频功能。这种分离使得一个基础平台能够支持不同的频率范围和使用场景。开放开发模式还鼓励用户在文档和源材料可用时检查或修改硬件设计和FPGA代码。 该平台与GNU Radio紧密相关，GNU Radio是一个用于构建软件定义无线电应用的开源框架。这种组合允许研究人员使用C++和Python创建信号处理流程图，而GNU Radio Companion等图形工具降低了实验门槛。USRP硬件也可以通过其自己的API以及LabVIEW、MATLAB和Simulink等商业或技术环境访问。 USRP2紧随原始平台之后，于2008年9月首次推出。它引入了新一代设计，而原始USRP在一段时间内继续并行存在。USRP2最终达到生命周期终点，并被N200和N210网络设备取代。这些型号使用千兆以太网，提供更高的带宽和动态范围，以及适用于多输入多输出系统的同步能力。 随后的网络化世代扩展了吞吐量和处理能力。X300和X310引入了更强大的架构，具有两个子板位置和高速10千兆以太网连接。后来的N300系列产品提供双通道操作、SFP+网络以及支持同步、安全或可验证软件部署以及要求苛刻的通信研究的功能。 总线连接的B系列追求更小、更直接的主机连接，通过USB连接。B200和B200mini系列等型号被设计为紧凑型开发仪器，某些变体可作为仅板卡产品提供。嵌入式系列则通过将处理集成到无线电中而走向不同方向。E310于2014年11月发布，使用Xilinx Zynq片上系统和Analog Devices AD9361射频集成电路，允许在没有持续连接的外部计算机的情况下独立运行。早期的E100系列产品随后被停产。 随着时间的推移，该平台通过UHD保持了通用软件层。UHD支持多种操作系统，旨在提供跨USRP型号的可移植性，但受采样率、带宽、接口和硬件能力差异的影响。这种通用驱动程序模型帮助用户在不同代际之间迁移应用程序，并支持广泛的定制软件生态系统。由此产生的平台已用于学术研究、无线标准开发、电信实验、频谱分析、教育和开源无线电项目。其持续重要性在于可编程硬件、模块化射频选项、高速主机或网络链路以及允许大量定制的软件接口的结合。

• 2014

  E310嵌入式USRP发布

  [1]Universal Software Radio Peripheralen.wikipedia.org

  E310于2014年11月发布，将USRP无线电与基于Zynq的嵌入式处理相结合，实现独立操作。

• 2008

  USRP2可用

  [1]Universal Software Radio Peripheralen.wikipedia.org

  USRP2于2008年9月首次推出，作为与原始USRP并行运行的下一代平台。

• USRP平台开发

  [1]Universal Software Radio Peripheralen.wikipedia.org

  由Matt Ettus领导的团队开发了USRP，作为面向研究、教育和实验的可访问软件定义无线电平台。

• USRP2被N200和N210取代

  [1]Universal Software Radio Peripheralen.wikipedia.org

  N200和N210取代了产品系列中网络化部分的生命周期终点USRP2，提供更高的带宽和动态范围。

一个可扩展的、面向研究的软件定义无线电生态系统，结合了可编程射频硬件、FPGA加速、模块化或集成前端以及开源软件支持。

• 网络化软件定义无线电

  USRP N200和N210

  N200和N210是网络连接的USRP设备，设计用于比总线系列更高的动态范围和带宽。其千兆以太网接口在所述配置下可向主机或从主机传输高达50 MS/s的复数基带样本。它们使用双14位、100 MS/s ADC和双16位、400 MS/s DAC，并包括用于同步两个设备的MIMO扩展连接。

• 高性能网络化软件定义无线电

  USRP X300和X310

  X300和X310是第三代网络化USRP，具有两个全双工子板插槽和高速转换硬件。其SFP+接口支持10千兆以太网，可实现要求苛刻的全双工信号处理工作负载和高吞吐量研究系统。子板架构允许用户为不同的频率和应用需求选择合适的射频前端。

• 网络化软件定义无线电

  USRP N300、N310、N320和N321

  N300系列型号是双通道网络化USRP，使用SFP+连接，在所述产品配置中支持高达200 MS/s的速率。该系列包括共享本地振荡器和可信平台模块硬件的选项，这些功能旨在用于同步系统以及软件完整性或可验证性重要的部署。

• USB连接软件定义无线电

  USRP B200系列

  B200、B200mini、B205mini-i和B206mini-i系列提供紧凑型USRP平台，通过USB 2.0或USB 3.0连接到主机。它们旨在用于便携式开发、实验室使用、教育和通用SDR实验。对于不需要传统外部外壳的项目，也可提供仅板卡变体。

• 嵌入式软件定义无线电 · 2014

  USRP E310

  E310是2014年发布的紧凑型嵌入式USRP。它将Zynq片上系统与Analog Devices AD9361射频集成电路和板载处理相结合，允许无线电在没有永久连接PC的情况下运行。其设计面向独立、便携和现场部署应用。

• 开源硬件驱动程序和API

  UHD

  UHD是为产品系列提供的开源USRP硬件驱动程序。它支持Linux、macOS和Windows，并提供跨许多USRP世代的通用编程接口。GNU Radio、LabVIEW、MATLAB、Simulink和自定义应用程序可以直接使用UHD或通过集成使用，帮助用户在兼容设备之间转移软件设计。

• 模块化射频前端

  USRP子板

  子板为多个USRP系列提供可互换的射频功能，包括接收器、发射器和收发器配置。它们执行上变频、下变频、滤波和信号调理等操作。模块化设计用于原始USRP、USRP2、E1xx、N2xx和X3xx系列；B2xx和E3xx设备则使用集成前端。

1. 1Universal Software Radio Peripheralen.wikipedia.org
2. 2Ettus Researchettus.com