借助​软件​无线​电​推进​无线​原型​验证​的​发展

应用​程序​不断​增多，​适用​的​无线​设备​也​随​之​增加，​造成​需求​和​设计​越​发​复杂。​由于​人们​需要​的​数据​越来越​多，​硬件​设计​便​向​着​更宽​的​带​宽、​更高​的​频率​和​更多​的​通道​发展，​而​软件​则​需要​提供​更大​的​灵活​性，​并​缩短​产品​上市​时间。

无论​是在​实验​室​中​对​新的​无线​技术​进行​原型​验证，​还是​在​真实​环境​中​对​系统​进行​评估，​软件​无线​电​(SDR)​都​提供​了​理想​的​解决​方案，​可​确保​性能​和​设计​目标​均​得到​满足。

​本文​介绍​了​NI Ettus USRP X410​及其​应用。​这种​通用​软件​无线​电​外​设​(USRP)​旨​在​满足​商业​通信​和​国防​应用​程序​的​全新​先进​无线​需求，​无论​是​研究​阶段​还是​部署​阶段，​皆可​满足。

无线​原型​验证​的​演变
无人​机​防御​和​信号​情报​等​应用​的​发展​瞬息​万​变，​在​这样​的​情况​下，​更​快速​的​部署​和​快速​适应​能力​将​是​关键。​我们​需要​具有​强大​RF​和​信号​处理​能力​的​商用​现成​(COTS)​系统，​但​为了​能够​支持​灵活​的​增强​功能，​防范​各种​威胁，​还​必须​要有​一个​开放​的​平台。​对于​部署​应用​场景，​小巧、​轻便​的​低​功率​(SWAP) SDR​支持​可​移动​的​便​携​式​解决​方案。

图​1.SkySafe​利用​开​源​USRP，​对抗​商用​无人​机​威胁

商用​无线​通信​测试​台​和​原型​往往​需要​处理​蜂​窝​和​无线​连接​的​多个​频​段​和​标准。​要​跟上​5G​等​新​无线​标准​的​步伐，​这​意味​着​通常​需要​借助​空​口​(OTA)​无线​原型​验证，​在​有​相应​能力​的​硬件​上​开发​和​测试​软件​IP，​以此​证明​从​新​编码​方案​到​先进​的​多​输入​多​输出​(MIMO)​系统​等​技术​符合​预期。

图​2.​这些​窄​版​SDR​具有​可​实现​大规模​5G​测试​台​的​性能

新一代​的​软件​无线电
Ettus Research​和​NI​联合​推出​了​新一代​高性能​SDR，​NI Ettus USRP X410​便是​首​款。​它​将​NI​和​Ettus Research​的​优点​结合​到​单一​的​无线​电​中，​不仅​支持​热门​的​开​源​工具​流，​包括​USRP​硬件​驱动​(UHD)​和​GNU​无线​电，​还​支持​LabVIEW​软件。​NI Ettus USRP X410​基于​Xilinx Zynq UltraScale​+ RFSoC​构​建，​配备​了​高性能​的​RF​发射​器​和​接收​器​硬件，​可​提供​NI​迄今​为止​功能​最为​强大​的​SDR。​RFSoC​与​数据​转换​器​(ADC/​DAC)​集成，​为​嵌入式​处理​器​和​可​编​程​FPGA​技术​奠定​了​基础。​四​核​Arm®​处理​器​支持​独立​运行​（嵌入式​模式）​或​基于​主机​的​模式，​并​通过​外部​主机​来​运行​您​的​应用。

图​3.NI Ettus USRP X410​集成​了​硬件​和​软件，​有助​于​对​高性能​无线​系统​进行​原型​验证

助力​未来​创新​的​开放​平台
Xilinx Zynq UltraScale​+ FPGA​的​可​编​程​逻辑​组​件​拥有​的​FPGA​资源​比​其他​USRP​产品​多​一倍，​可​提供​高​吞吐量​的​数字​信号​处理​(DSP)​和​加固​的​IP​内​核，​如​板​载​软​决策​前​向​纠​错​(SD-​FEC)​和​数字​上​变频/​下​变频​(DUC/​DDC)​内​核。​SD-​FEC​对​5G​原型​验证​特别​有效，​可​用于​实​时​低​密度​奇偶​校​验​(LDPC)​编码/​解码，​这​是​5G​中​最​密集​的​计算​操作​之一。​在​纯​FPGA​设计​中，​SD-​FEC​逻辑​可以​跨越​多个​大型​Virtex-7 FPGA。​因此，​将​其​作为​预​建​内​核​纳入​硅​片，​可以​节省​巨大​的​空间​和​开发​精力。

​对于​热门​RF Network-​on-​Chip (RFNoC)​框架，​NI Ettus USRP X410​提供​全​方位​支持，​通过​软件​应用​程序​编​程​接口​和​FPGA​基础​结构，​更​容易​实现​FPGA​加速。​它​可​帮助​您​快速​启动​和​运行，​让​您​可以​专注​于​增值​型​IP。​您​可以​通过​GNU​无线​电​图形​化​界面、​C​+​+或​Python，​将​基于​主机​和​基于​FPGA​的​处理​无缝​集成​到​应用​程序​中。​用于​快速​傅​里​叶​变换​(FFT)​和​有限​脉冲​响应​(FIR)​滤波​器​等​常见​功能​的​RFNoC​模​块​库​是​一个​很好​的​着手​点。​然后，​您​可以​使用​偏好​的​硬件​描述​语言​(HDL)​将​自己​的​IP​块​添加​到​模​块​化​架构​中。

​除了​系统​的​FPGA​架构，​Xilinx UltraScale​+ RFSoC​还​配备​了​四​个​板​载​应用​程序​处理​单元​(APU)​和​两​个​实​时​处理​单元​(RPU)，​为​需要​板​载​嵌入式​操作​系统​来​实现​独立​运行​的​应用​程序​提供​支持。

图​4.Xilinx UltraScale​+ RFSoC​的​简化​程序​框​图​显示​了​板​载​APU​和​RPU，​可​用于​需要​板​载​嵌入式​操作​系统​来​实现​独立​运行​的​应用​程序

用于​扩展​的​RF​硬件
NI Ettus USRP X410​的​频率​范围​为​1 MHz​至​7.2 GHz，​不仅​可以​处理​sub-6 GHz​传统​的​RF​频​段，​还​可以​处理​最近​开放​的​5.925 GHz​至​7.125 GHz​的​Wi-​Fi 6E​未​授权​频​段。​凭借​400 MHz​的​瞬时​带​宽，​您​可以​利用​更宽​的​通道，​实现​通道​绑​定​和​载波​聚合，​获得​更高​的​数据​吞吐量。​RF​前端​架构​采用​低于​3 GHz​的​超外差​两​级​转换​和​高于​3 GHz​的​单​级​转换，​再​加上​滤波​和​功率​电​平​控制，​可​发射​和​接收​高保​真​信号。

​NI Ettus USRP X410​将​四​个​发射​和​四​个​接收​通道​整合​到​一个​紧凑​的​½​机​架​1U​组成​结构​中，​不仅​用途​广泛，​还​易​于​运输，​可​为​现场​测试​和​运行​提供​支持。​每​个​通道​都​相互​独立，​这​意味​着​可以​将​每​个​通道​调整​到​不同​的​频率，​实现​频​分​双​工​(FDD)​应用​或​同时​模拟​多个​信号。​这些​通道​还​可以​通过​一个​内部​恒温​晶体​振荡​器​(OCXO，​可以​将​其​校准​到​50 ppb​以内)、​一个​用于​时间​标记​的​内部​GPS​指定​振荡​器​(GPSDO)，​以及​10 MHz​参考​和​脉冲/​秒​(PPS)​生成​来​进行​同步。​若​通道​数​更多，​则​可以​通过​导入​外部​参考​时钟​并​使用​PPS​生成​来​同步​多个​设备，​这些​情况​需要​大规模​MIMO​等​精准​时间​对​齐。

​随着​带​宽​变​宽​和​通道​增多，​将​大量​数据​移入​和​移出​无线​电​可能​会​成为​一个​挑战。​为了​解决​这个​问题，​NI Ettus USRP X410​采用​了​两​个​可​配置​的​四路​小型​可​插​拔​(QSFP)​端​口，​可​充分利用​双​10 GbE​或​双​100 GbE​板​载​的​优势。​此外，​该​无线​电​还​包含​一个​PCI Express x8 Gen 3​端​口，​传输​速率​高达​8 GB/​s。

图​5.NI Ettus USRP X410​的​程序​框​图​显示​了​其​RF​和​数字​功能

总结
NI Ettus USRP X410​的​强大​性能​为​您​实现​新​创新​提供​了​一个​理想​平台。​将​这​款​软件​无线​电​与​您​选择​的​软件​工具​链​结合​使用，​凭借​出色​的​功能​和​灵活​性​充分​满足​您​的​需求。​无论​您​是在​研究​5G​及​更高​的​技术，​还是​在​部署​系统​以期​缓和​不断​变化​的​威胁，​NI Ettus USRP X410​都可以​加快​无线​设备​原型​验证​的​速度。

文章来源：NI官网