4.1 NI-USRP简介

一、SDR简介
二、USRP简介
三、NI与Ettus
四、相关产品型号介绍

总目录链接：https://blog.csdn.net/m0_37660088/article/details/122646925

一、SDR简介

软件定义无线电(Software-defined radio, SDR) 是一种无线电通信系统，其中传统上以硬件实现的组件（例如混频器、滤波器、放大器、调制器/解调器、检测器等）改为通过个人计算机上的软件或嵌入式系统。[1]虽然 SDR 的概念并不新鲜，但数字电子技术迅速发展的能力使许多曾经仅在理论上可行的过程变得实用。

一个基本的 SDR 系统可能包括一台配备声卡或其他模数转换器的个人计算机，前面是某种形式的射频前端。大量的信号处理被移交给通用处理器，而不是在专用硬件（电子电路）中完成。这样的设计产生了一种无线电，它可以仅基于所使用的软件来接收和传输广泛不同的无线电协议（有时称为波形）。

软件无线电对军事和手机服务具有重要意义，这两者都必须实时服务于各种不断变化的无线电协议。从长远来看，无线创新论坛等支持者预计软件定义无线电将成为无线电通信领域的主导技术。SDR 以及软件定义的天线是认知无线电的推动者。

软件定义无线电可以足够灵活，以一种或多种方式避免以前类型无线电设计者的“有限频谱”假设，包括：

扩频和超宽带技术允许多个发射机在同一频率上以极少的干扰在同一位置进行传输，通常结合一种或多种错误检测和纠正技术来修复由该干扰引起的所有错误。
软件定义的天线自适应地“锁定”定向信号，以便接收器可以更好地拒绝来自其他方向的干扰，从而使其能够检测到较微弱的传输。
认知无线电技术：每个无线电测量使用中的频谱并将该信息传达给其他合作无线电，以便发射机可以通过选择未使用的频率来避免相互干扰。或者，每个无线电都连接到地理定位数据库以获得有关其所在位置的频谱占用的信息，并灵活地调整其工作频率和/或发射功率，以免对其他无线服务造成干扰。
动态发射器功率调整，基于从接收器传递的信息，将发射功率降低到最低限度，减少远近问题并减少对他人的干扰，并延长便携式设备的电池寿命。
无线网状网络，其中每个添加的无线电都会增加总容量并降低任何一个节点所需的功率。[4]每个节点仅使用消息在该方向上跳到最近节点所需的足够功率进行传输，从而减少了远近问题并减少了对其他节点的干扰。

工作原理

超外差接收器使用可变频率振荡器、混频器和滤波器将所需信号调谐到公共中频或基带。通常在 SDR 中，该信号随后由模数转换器进行采样。然而，在某些应用中，无需将信号调谐到中频，射频信号由模数转换器直接采样（放大后）。

真正的模数转换器缺乏动态范围来拾取亚微伏、纳瓦功率的无线电信号。因此，必须在转换步骤之前安装一个低噪声放大器，而该设备会带来其自身的问题。例如，如果存在杂散信号（这是典型的），它们会与放大器动态范围内的所需信号竞争。它们可能会在所需信号中引入失真，或者可能完全阻塞它们。标准解决方案是在天线和放大器之间放置带通滤波器，但这会降低无线电的灵活性。真正的软件无线电通常具有两个或三个具有不同带宽的模拟通道滤波器，它们可以切换进出。

来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Software-defined_radio

二、USRP简介

USRP（Universal Software Radio Peripheral，通用软件无线电外设）是一系列软件定义无线电，由 Ettus Research 及其母公司National Instruments设计和销售。USRP 产品系列由Matt Ettus领导的团队开发，常被研究实验室、大学和业余爱好者使用。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，USRP充当了一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。

大多数 USRP 通过高速链路连接到主机，基于主机的软件使用该链路来控制 USRP 硬件和传输/接收数据。一些 USRP 型号还将主机的一般功能与嵌入式处理器集成在一起，使 USRP 设备能够以独立方式运行。

USRP 系列专为可访问性而设计，许多产品都是开源硬件。部分 USRP 型号的电路板原理图可免费下载；所有 USRP 产品均由开源 UHD 驱动程序控制，该驱动程序是免费的开源软件。USRP 通常与GNU Radio软件套件一起使用，以创建复杂的软件定义无线电系统。

设计

USRP 产品系列包括使用类似架构的多种型号。主板提供以下子系统：时钟生成和同步、FPGA、ADC、DAC、主机处理器接口和电源调节。这些是信号基带处理所需的基本组件。称为子板的模块化前端用于上/下转换、滤波和其他信号调节等模拟操作。这种模块化允许 USRP 为在 DC 和 6 GHz 之间运行的应用程序提供服务。

在库存配置中，FPGA执行多个DSP操作，最终提供从模拟域中的真实信号到数字域中较低速率、复杂的基带信号的转换。在大多数用例中，这些复杂的样本被传输到/从在主机处理器上运行的应用程序中传输，这些应用程序执行 DSP 操作。FPGA 的代码是开源的，可以修改以允许在 FPGA 中进行高速、低延迟的操作。

软件

USRP 硬件驱动程序 (UHD) 是 Ettus Research 提供的用于 USRP 产品系列的设备驱动程序。[3]支持 Linux、MacOS 和 Windows 平台。包括 GNU Radio、LabVIEW、MATLAB和 Simulink 在内的多个框架都使用 UHD。UHD 提供的功能也可以通过 UHD API 直接访问，该 API 提供对 C++ 的本机支持。任何其他可以导入 C++ 函数的语言也可以使用 UHD。例如，这是通过 SWIG 在 Python 中完成的。

UHD 提供跨 USRP 产品系列的可移植性。如果适当考虑采样率和其他参数，为特定 USRP 模型开发的应用程序将支持其他 USRP 模型。

几个软件框架支持 UHD：

GNU Radio是一个 Free/Libre 工具包，可用于开发软件定义的无线电。该框架结合使用 C++ 和 Python 来优化 DSP 性能，同时提供易于使用的应用程序编程环境。GNU Radio Companion是 GNU Radio 提供的图形编程环境。

National Instruments 销售NI USRP 292x系列，其功能等同于 Ettus Research USRP N210。NI 还通过 NI-USRP 驱动程序为该设备提供 LabVIEW 支持。

MATLAB和Simulink支持 USRP N210 和 USRP2 。此软件包包括插件和几个用于这两种设备的示例。

OpenLTE是作为SDR的 3GPP LTE 规范的开源实现。

许多用户使用自己的自定义框架进行开发。在这种情况下，可以使用 UHD API 访问 USRP 设备。UHD 还提供了一些示例，展示了如何使用 API。

来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Software_Radio_Peripheral

三、NI与Ettus

National Instruments（美国国家仪器有限公司，简称NI）创立于1976年，总部设于德克萨斯州首府奥斯汀，是一家测量行业的上市公司 (纳斯达克挂牌代号 NATI) ，在世界各地设有50多个分公司和办事处，和众多系统联盟成员。

30多年来，美国国家仪器公司(NI)帮助测试、控制、设计领域的工程师与科学家解决了从设计、原型到发布过程中所遇到的种种挑战。通过现成可用的软件，如LabVIEW, 以及高性价比的模块化硬件，NI帮助各领域的工程师不断创新，在缩短产品问世时间的同时有效降低开发成本。如今，NI为遍布全球各地的30,000家不同的客户提供多种应用选择。NI总部设于美国德克萨斯州的奥斯汀市，在40个国家中设有分支机构，共拥有5,200多名员工。在过去连续十二年里，《财富》杂志评选NI为全美最适合工作的100家公司之一。作为最大的海外分支机构之一，NI中国拥有完善的产品销售、技术支持、售后服务和强大的研发团队。

来源：https://baike.baidu.com/item/NI/4037934?fr=aladdin

Ettus

Ettus Research是自2010年以来的NI品牌，是世界领先的软件定义无线电平台供应商，包括通用软件无线电外围设备（USRP）产品系列。
通过支持广泛的高性能RF硬件组合的各种开发环境，USRP平台是SDR选择，适用于全球数千名工程师，科学家和学生进行算法开发，探索，原型设计和开发下一代无线各种应用的技术。

USRP系列产品专为从DC到6 GHz的RF应用而设计，包括多天线（MIMO）系统。示例应用领域包括白色空间，手机，公共安全，频谱监测，无线电网络，认知无线电，卫星导航和业余收音机。

NI，通过ETTES研究品牌，提供优质的软件定义的无线电产品组合，即组合使用的易用性和强大的开源软件社区。利用USRP硬件驱动程序（UHD）的电源，工程师可以访问软件选项的生态系统，从开源到图形系统设计。

开源GNU无线电软件代码存储库可帮助工程师接口与支持其他用户的数百个活动成员并越来越多的CodeBase。

通过这种开源社区，GNU无线电软件继续发展并解决更多的应用，包括RF和通信系统设计，包括MAC和PHY研究，频谱监测和信号智能以及无线传感器和跟踪。

在其他软件选项中，工程师可以使用NI LabVIEW软件使用图形系统设计方法进行编程。使用NI和ETTES软件定义的无线电硬件和LabVIEW，他们可以更快地原型，并显着缩短它们的结果。 NI和ETTES提供完整的平台，可选择重用现有的软件工具，以便在统一的设计流程中为简化的编程，从设计中缩放到部署。

来源：https://www.ettus.com/about/

NI与Ettus的关系

Ettus Research 公司，从2010年开始成为国家仪器（ NI ）公司的子公司，是软件定义无线电平台（包括通用软件无线电外国设备 USRP 系列产品）的全球领先供应商，拥有 USRP 的商标权。使用 USRP 设计的系统具有相对低廉的价格、优秀的扩展能力以及广泛的软件兼容性等优势，来自全球成干上万的王程师都使用 USRP 通用软件无线电平台， USRP 系列产品在软件定义无线电（ SDR ）的硬件算法的开发，研究和原型机设计等方面都是业界首选。
USRP 全系列产品专为从 DC 全6GHz的射频应用所设计，支持 GNU Radio 、 Matlab 和 LabView 等主要的软件框架，可以快速进行算法验证、原型机开发和系统集成，常见应用有5GNR、LTE、 GSM、 GPS、 WIFI、雷达、大规模 MIMO 系统以及无线电频语监测等。

来源：https://www.ettus.com.cn/sev/aboutettus.aspx

四、相关产品型号介绍

NI与Ettus产品型号对照表

选型表

型号	RF频率范围	RF收发仪瞬时带宽	FPGA	输入通道数量	输出通道数量	总线连接器	GPSDO
USRP-2955	10MHz-6GHz	80MHz	Kintex-7 410T	4	0	Mxle,以太网	是
USRP-2920	50MHz-2.2GHz	20MHz	——	1	1	以太网	否
USRP-2921	2.4GHz-2.5GHz4.9GHz-5.9GHz	20MHz	——	1	1	以太网	否
USRP-2922	400MHz-4.4GHz	20MHz	——	1	1	以太网	否
USRP-2930	50MHz-2.2GHz	20MHz	——	1	1	以太网	是
USRP-2932	400MHz-4.4GHz	20MHz	——	1	1	以太网	是
USRP-2940	50MHz-2.2GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2940	50MHz-2.2GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2942	400MHz-4.4GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2942	400MHz-4.4GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2943	1.2GHz-6GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2943	1.2GHz-6GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2944	10MHz-6GHz	160MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	否
USRP-2945	10MHz-6GHz	80MHz	Kintex-7 410T	4	0	Mxle,以太网	否
USRP-2950	50MHz-2.2GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2950	50MHz-2.2GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2952	400MHz-4.4GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2952	400MHz-4.4GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2953	1.2GHz-6GHz	40MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2953	1.2GHz-6GHz	120MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是
USRP-2954	10MHz-6GHz	160MHz	Kintex-7 410T	2	2	Mxle,以太网	是

附加资料链接

[1] http://ni.mwrf.net/down/2014/111.html

[2] https://www.ettus.com.cn/

[3] https://www.ettuschina.com/

[4] https://www.ettus.com/

[5] http://ni.iianews.com/snsproduct.shtml

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