National Instruments: Программно-определяемое радио (SDR)
Показать фильтры
Сортировать по:
Программно-определяемое радио NI и Ettus Research USRP
Программно-определяемое радио, или Software Defined Radio (SDR), — это реконфигурируемая аппаратно-программная платформа, в которой генерация, приём и цифровая обработка радиосигналов выполняются программными средствами и программируемой логикой FPGA. В отличие от специализированного радиоприбора с фиксированным набором функций, SDR позволяет изменять алгоритмы обработки, структуру сигнала, протоколы и сценарии работы без замены основной аппаратной части.
В разделе представлено семейство NI USRP SDR Series, объединяющее программно-определяемые радиосистемы NI и Ettus Research. Платформы USRP предназначены для разработки, прототипирования, моделирования и тестирования беспроводных систем, создания экспериментальных базовых станций и терминалов, генерации и анализа радиочастотных сигналов, исследования новых радиоинтерфейсов и построения автоматизированных измерительных комплексов.
Линейка включает семейства USRP X4xx, X3xx, N3xx, E320, B2xxmini, приборы NI USRP-2900 и USRP-2901, а также модели USRP-2944/2945, USRP-2954/2955 и USRP-2974. В зависимости от модели доступны рабочие частоты до 20 ГГц, мгновенная полоса до 1,6 ГГц на канал, до восьми передающих и восьми приёмных каналов, внешняя синхронизация и высокоскоростные интерфейсы обмена данными.
Для каких задач применяются SDR-платформы USRP
NI USRP применяется в проектах, где необходимо программно формировать, передавать, принимать и анализировать радиосигналы. Одна аппаратная платформа может использоваться для разных стандартов и исследовательских задач за счёт изменения программного обеспечения и FPGA-логики.
Основные направления применения:
-
разработка и прототипирование систем радиосвязи;
-
исследование LTE, 5G NR и перспективных технологий 6G;
-
создание экспериментальных базовых станций и терминалов;
-
разработка физических и канальных уровней связи;
-
тестирование Open RAN и компонентов мобильной инфраструктуры;
-
построение систем MIMO и Massive MIMO;
-
исследование beamforming и фазированных антенных решёток;
-
разработка решений для IoT, RedCap и телеметрии;
-
моделирование спутниковой связи и NTN;
-
создание радиолокационных систем;
-
разработка систем радиомониторинга и анализа спектра;
-
исследование навигационных сигналов;
-
прототипирование цифровых радиостанций;
-
создание генераторов и приёмников нестандартных сигналов;
-
построение учебных и исследовательских лабораторий.
Фактические возможности готового комплекса определяются выбранной моделью USRP, частотным диапазоном радиотракта, количеством каналов, установленным программным обеспечением и реализованными пользователем алгоритмами.
Семейство USRP X4xx
USRP X4xx — высокопроизводительные многоканальные SDR-платформы для исследований, требующих широкой мгновенной полосы, высокоскоростного обмена данными и расширенных возможностей FPGA. Семейство включает USRP X410, X420 и X440.
Эти платформы подходят для разработки систем 5G и 6G, широкополосного радиомониторинга, радиолокации, спутниковой связи, MIMO, Massive MIMO и экспериментальных радиоинтерфейсов. В зависимости от модели поддерживаются рабочие частоты до 20 ГГц, мгновенная полоса до 1,6 ГГц на канал и до восьми передающих и восьми приёмных каналов.
При одновременной работе восьми каналов USRP X440 поддерживает мгновенную полосу до 400 МГц на канал. Высокая канальная плотность позволяет создавать синхронизированные многоканальные системы без объединения большого количества отдельных радиомодулей.
Семейство USRP X3xx
SDR-платформы USRP X3xx предназначены для высокопроизводительной генерации и приёма сигналов с возможностью установки сменных радиочастотных модулей. Такая архитектура позволяет выбирать рабочий диапазон и конфигурацию радиотракта в соответствии с задачей проекта.
Устройства серии используются при разработке беспроводных протоколов, радиолокационных систем, экспериментальных базовых станций, систем спектрального мониторинга и лабораторных стендов. Высокоскоростные интерфейсы обеспечивают передачу потоков IQ-данных на компьютер или вычислительный сервер для последующей программной обработки.
Семейство USRP N3xx
Сетевые SDR-платформы USRP N3xx, включая N310, N320 и N321, предназначены для построения распределённых и многоканальных радиосистем. Сетевое подключение упрощает размещение устройства рядом с антенной, интеграцию с вычислительным сервером и объединение нескольких SDR в единый комплекс.
Серия применяется для разработки 4G/5G, MIMO, фазированных антенных решёток, радиомониторинга, радиоастрономии и других задач, требующих синхронной работы нескольких каналов. В зависимости от модели поддерживаются внешние опорные сигналы, GPSDO и распределение локального гетеродина.
USRP N320 и N321 ориентированы на задачи, где важны высокая перестраиваемость, фазовая когерентность и возможность масштабирования системы. USRP N321 дополнительно подходит для многоканальных комплексов с общей синхронизацией радиотрактов.
NI Ettus USRP E320
USRP E320 — автономная встраиваемая SDR-платформа с радиочастотным трактом, FPGA и встроенной вычислительной системой. Устройство может выполнять обработку непосредственно на борту без постоянной передачи полного потока IQ-данных на внешний компьютер.
Такое исполнение подходит для переносных, мобильных и распределённых систем, автономного радиомониторинга, экспериментальных радиостанций, беспилотных платформ и прототипов, которые должны работать вне стационарной лаборатории.
Пользователь может реализовать собственное программное обеспечение и обработку на FPGA, а затем развернуть готовое решение непосредственно на устройстве.
Компактные USRP B2xxmini и NI USRP-290x
Компактные SDR семейства B предназначены для обучения, разработки и быстрого прототипирования беспроводных систем. Подключение по USB упрощает создание настольного стенда: для начала работы не требуется отдельная серверная инфраструктура или высокоскоростная сеть Ethernet.
К этому классу относятся устройства B2xxmini, а также NI USRP-2900 и NI USRP-2901. NI USRP-2900 соответствует платформе Ettus USRP B200, а NI USRP-2901 — Ettus USRP B210.
Решения используются для изучения цифровой обработки сигналов, реализации передатчиков и приёмников, исследования модуляции, разработки радиопротоколов и проведения учебных лабораторных работ. NI USRP-2901 подходит для сценариев, которым требуется работа с несколькими радиоканалами.
NI USRP-2944/2945 и USRP-2954/2955
Платформы NI USRP-2944/2945 и USRP-2954/2955 предназначены для широкополосных радиочастотных измерений, прототипирования беспроводных систем и разработки с использованием программной экосистемы NI.
В зависимости от модели доступны соответствующие диапазоны частот, широкая полоса, несколько радиочастотных каналов и средства синхронизации. Серии USRP-295x оснащаются встроенным GPSDO, что удобно для распределённых систем, полевых измерений и задач, требующих привязки к точному времени и частоте.
Поддержка LabVIEW FPGA зависит от конкретной модели и позволяет переносить критичные алгоритмы обработки на программируемую логику устройства.
NI USRP-2974
NI USRP-2974 объединяет SDR-трансивер, FPGA и встроенный контроллер. Такое исполнение позволяет создавать автономные испытательные и исследовательские системы, в которых управление и часть обработки выполняются непосредственно внутри платформы.
Устройство подходит для компактных лабораторных комплексов, прототипирования радиосистем, автоматизированных испытаний и приложений реального времени. Интегрированная архитектура сокращает количество отдельных компонентов стенда и упрощает развёртывание готового решения.
Генерация и приём радиочастотных сигналов
USRP выполняет преобразование между цифровыми IQ-отсчётами и аналоговым радиочастотным сигналом. При передаче программное обеспечение формирует цифровой сигнал, который обрабатывается FPGA, преобразуется в аналоговую форму и поступает на RF-выход. При приёме выполняется обратная последовательность: входной сигнал оцифровывается и передаётся в FPGA и программное приложение.
Такая архитектура позволяет реализовывать:
-
собственные виды модуляции и кодирования;
-
цифровую фильтрацию;
-
преобразование частоты;
-
синхронизацию сигналов;
-
детектирование и демодуляцию;
-
спектральный анализ;
-
формирование пакетов;
-
обработку сигналов в реальном времени;
-
запись и воспроизведение IQ-данных.
Производительность системы зависит от полосы сигнала, числа каналов, интерфейса передачи данных и доступных вычислительных ресурсов.
SDR для 4G, 5G, 6G и Open RAN
USRP может выступать радиочастотной основой экспериментальной базовой станции, абонентского терминала или специализированного тестового решения. Платформа обеспечивает передачу и приём радиосигналов, а реализация LTE, 5G NR или другого протокола выполняется соответствующим программным обеспечением.
SDR применяется для исследования физических каналов, формирования тестовых сигналов, разработки алгоритмов синхронизации, оценки MIMO и проверки новых функций мобильной связи. В проектах Open RAN USRP может использоваться для прототипирования радиоблоков, экспериментальных систем радиодоступа и лабораторных стендов.
USRP является универсальной аппаратной платформой и сам по себе не представляет готовую базовую станцию, эмулятор сети или сертификационный тестер. Поддержка конкретного стандарта и сценария определяется установленным программным стеком и совместимостью выбранного оборудования.
MIMO, Massive MIMO и синхронизация каналов
Для исследования MIMO необходимо обеспечить согласованную работу нескольких передающих и приёмных трактов. Различные модели USRP поддерживают многоканальную обработку, внешние опорные сигналы 10 МГц и PPS, GPSDO, а также совместное использование или распределение локального гетеродина.
Синхронизация позволяет создавать фазово-когерентные системы для beamforming, определения направления прихода сигнала, фазированных антенных решёток и Massive MIMO. При объединении нескольких устройств учитываются архитектура тактирования, способ запуска, длина соединений и допустимые фазовые отклонения.
Для многоканального комплекса модель SDR и оборудование синхронизации подбираются одновременно с учётом требуемого числа каналов и полосы каждого радиотракта.
Разработка с UHD, RFNoC и GNU Radio
Для управления оборудованием USRP применяется открытый драйвер UHD. Он предоставляет программные интерфейсы для настройки радиотракта, передачи и приёма IQ-данных, управления синхронизацией и взаимодействия с FPGA.
RFNoC позволяет создавать аппаратно-ускоренные цепочки обработки на совместимых FPGA-платформах USRP. Ресурсоёмкие операции могут выполняться внутри SDR, что уменьшает объём передаваемых данных и снижает нагрузку на центральный процессор.
Также платформы используются с GNU Radio и пользовательскими приложениями на C/C++ и Python. Для поддерживаемых моделей доступны драйвер NI-USRP, LabVIEW и отдельные процессы разработки с LabVIEW FPGA.
Набор совместимых инструментов зависит от конкретной модели USRP, версии FPGA-образа, драйвера и операционной системы.
Интерфейсы подключения и передача данных
Платформы USRP используют USB, Ethernet, 10/100 Gigabit Ethernet, PCI Express и другие интерфейсы в зависимости от модели. Требуемая пропускная способность соединения определяется мгновенной полосой, разрядностью отсчётов и количеством одновременно работающих каналов.
Компактные устройства с USB подходят для настольной разработки и сигналов с умеренной полосой. Сетевые и высокопроизводительные модели применяются при больших потоках данных, многоканальном приёме и интеграции с вычислительными серверами.
Для широкополосной системы необходимо учитывать производительность всей цепочки: SDR, сетевого интерфейса, накопителя, оперативной памяти, процессора, GPU и программного приложения.
Как выбрать SDR-платформу NI USRP
При выборе программно-определяемого радио необходимо учитывать:
-
рабочий диапазон частот;
-
максимальную мгновенную полосу;
-
количество передающих и приёмных каналов;
-
требуемую фазовую когерентность;
-
наличие входов 10 МГц и PPS;
-
необходимость встроенного GPSDO;
-
производительность и ресурсы FPGA;
-
интерфейс передачи данных;
-
объём потоковых IQ-данных;
-
необходимость автономной работы;
-
совместимость с UHD, RFNoC, GNU Radio и ПО NI;
-
поддержку LabVIEW и LabVIEW FPGA;
-
требования к операционной системе;
-
возможность объединения нескольких устройств;
-
настольное, сетевое или встраиваемое исполнение.
Для обучения и первоначального прототипирования подходят компактные USB-платформы. Для распределённых и многоканальных систем используются сетевые модели N3xx. Для задач с широкой полосой, большим числом каналов и интенсивной FPGA-обработкой выбираются высокопроизводительные платформы X4xx. Автономные приложения строятся на SDR со встроенной вычислительной системой.
Программно-определяемое радио для науки, промышленности и образования
NI USRP применяется производителями радиоэлектронного и телекоммуникационного оборудования, операторами связи, университетами, научно-исследовательскими организациями, испытательными лабораториями и системными интеграторами.
Платформы подходят как для изучения основ цифровой радиосвязи, так и для создания сложных многоканальных систем. Возможность переносить разработанные алгоритмы между моделями USRP помогает последовательно переходить от учебного эксперимента и программной модели к лабораторному прототипу и автономному промышленному решению.
Программно-определяемое радио NI и Ettus Research USRP — SDR-платформы для разработки и тестирования в каталоге АКМЕТРОН. Проектирование и внедрение измерительных систем любой сложности, подбор оборудования и ПО, разработка многоканальных стендов, надёжные поставки, интеграция и сервисное сопровождение. Доставка по России.