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USRP 简介，对于NI软件无线电你所需要了解的一切

news 文章来源：https://blog.csdn.net/qq_36666115/article/details/132602024 2025/5/17 6:48:29

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什么是 USRP

通用软件无线电外设( USRP ) 是由 Ettus Research 及其母公司National Instruments设计和销售的一系列软件定义无线电。USRP 产品系列由Matt Ettus领导的团队开发，被研究实验室、大学和业余爱好者广泛使用。
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大多数 USRP 通过以太网线连接到主机，基于主机的软件使用该链路来控制 USRP 硬件并传输/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，允许 USRP 设备以独立方式运行。

USRP 系列专为易操作性而设计，并且许多产品都是开源硬件。部分 USRP 型号的电路板、原理图、元器件的BOM表都是可以免费下载的；

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而且是开源软件。USRP 通常与GNU Radio软件套件一起使用来创建复杂的软件定义无线电系统。

官网链接：
Ettus Research
National Instruments

软件无线电是RF收发仪，支持先进无线应用的快速原型验证和部署。SDR可用于无线通信、部署信号智能系统或作为多通道测试台的构建块。

USRP支持的开发工具链：

LabVIEW
MATLAB
Simulink
GNU Radio
Python
C & Cpp

USRP 可以用来做什么

通信教学，大家学的调制解调，可以真实的收发信号。北邮、东南大学等高校的通信原理实验课都是用USRP上。
通信科研，你研究新的通信方式，可以用它来实现。如果你研究一种新的编码方式，完全可以在真实的环境下进行测试。
搭建2G基站，使用 OpenBTS这个开源软件，在Linux进行搭建。
搭建4G、5G基站，使用 Eurecom OpenAirInterface (OAI)，在Linux进行搭建。
搭建GPS模拟器，使用 GNSS 软件，可以方便的模拟不同的卫星信号，可以轻易的欺骗掉手机的GPS定位信息，非常的有用。
接收航天信号，使用ADS-B，可以看到本地的飞机轨迹和位置。
私人电台，和你的朋友互相玩儿。
WiFi 模拟，可以模拟一个真实的WiFi来使用。
人体姿态识别，可以用无线电信号来识别你的手势、走路的姿势、说话的嘴型、检测房间有没有人。

USRP 型号列表

提供软件定义的RF架构，可实现自定义信号处理，进而快速设计、原型化和部署无线系统。

USRP软件无线电设备是一种可重配置的RF设备，将基于主机的处理器、FPGA和RF前端集为一体。USRP软件无线电设备提供从具有固定FPGA功能的低成本选项到具有大型开放式FPGA和宽瞬时带宽的高端无线电等各种选项。这些设备可用于多输入多输出（MIMO）和LTE / WiFi测试台、信号情报和雷达系统等应用。

价格是无税的价格，有需求，可以问我们进行采购，具体的设备参数和价格都可以在下表进行查询。

型号	Part number	价格	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
Ettus USRP X410	787272-01	CNY 215550.0	1 MHz 至 7.2 GHz	400 MHz	Zynq US+ RFSoC (ZU28DR)	4	4	以太网 PCI Express	是
Ettus USRP X440	788670-01	CNY 189000.0	30 MHz 至 4 GHz	1.6 GHz	Zynq US+ RFSoC (ZU28DR)	8	8	以太网	—
USRP-2900	784039-01	CNY 13850.0	70 MHz 至 6 GHz	56 MHz	—	1	1	USB 2.0 USB 3.0	否
USRP-2901	784040-01	CNY 20275.0	70 MHz 至 6 GHz	56 MHz	—	2	2	USB 2.0 USB 3.0	否
USRP-2920	781906-01	CNY 44460.0	50 MHz 至 2.2 GHz	20 MHz	—	1	1	以太网	否
USRP-2921	781907-01	CNY 41510.0	2.4 GHz 至 2.5 GHz 4.9 GHz 至 5.9 GHz	20 MHz	—	1	1	以太网	否
USRP-2922	781909-01	CNY 44460.0	400 MHz 至 4.4 GHz	20 MHz	—	1	1	以太网	否
USRP-2930	781910-01	CNY 62470.0	50 MHz 至 2.2 GHz	20 MHz	—	1	1	以太网	是
USRP-2932	781911-01	CNY 59505.0	400 MHz 至 4.4 GHz	20 MHz	—	1	1	以太网	是
USRP-2940	783923-01	CNY 105960.0	50 MHz 至 2.2 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2940	783146-01	CNY —	50 MHz 至 2.2 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2942	783147-01	CNY 99815.0	400 MHz 至 4.4 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2942	783924-01	CNY 105960.0	400 MHz 至 4.4 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2943	783148-01	CNY 99815.0	1.2 GHz 至 6 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2943	783925-01	CNY 105960.0	1.2 GHz 至 6 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2944	783149-01	CNY 111830.0	10 MHz 至 6 GHz	160 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	否
USRP-2945	785263-01	CNY 154315.0	10 MHz 至 6 GHz	80 MHz	Kintex-7 410T	4	0	MXIe 以太网	否
USRP-2950	783150-01	CNY 118065.0	50 MHz 至 2.2 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2950	783926-01	CNY 126235.0	50 MHz 至 2.2 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2952	783151-01	CNY 118065.0	400 MHz 至 4.4 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2952	783927-01	CNY 126235.0	400 MHz 至 4.4 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2953	783152-01	CNY 120425.0	1.2 GHz 至 6 GHz	40 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2953	783928-01	CNY 126235.0	1.2 GHz 至 6 GHz	120 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2954	783153-01	CNY 126915.0	10 MHz 至 6 GHz	160 MHz	Kintex-7 410T	2	2	MXIe 以太网	是
USRP-2955	785264-01	CNY 171560.0	10 MHz 至 6 GHz	80 MHz	Kintex-7 410T	4	0	MXIe 以太网	是

USRP软件无线电独立式设备

使用板载FPGA和处理器为收发器提供确定性控制，以对高性能无线通信系统进行快速原型验证。

USRP软件无线电独立设备包括板载处理器、FPGA和RF前端。该设备可以使用LabVIEW通信系统设计套件或开源软件工作流进行编程，具体编程方法取决于所选择的操作系统。您可以使用NI Linux Real-Time、Linux Fedora或Linux Ubuntu实时操作系统配置该设备。USRP软件无线电独立设备适用于对一系列高级研究应用进行原型验证，其中包括独立的LTE或802.11设备仿真；介质访问控制(MAC)算法的开发；多输入多输出(MIMO)；异构网络；LTE中继；射频压缩采样；频谱感测；认知无线电；波束形成和测向。注册商标Linux®的使用获得了Linus Torvalds专属授权商LMI的再授权，Linus Torvalds拥有Linux®注册商标在全球范围内的所有权。

价格是无税的价格，有需求，可以问我们进行采购，具体的设备参数和价格都可以在下表进行查询。

型号	Part number	价格	Description
USRP-2974	785606-01	CNY 169495.0	USRP 2974高性能嵌入式SDR，10 MHz-6 GHz，160 MHz带宽

固件 UHD

USRP 硬件驱动程序 (UHD) 是一个用户空间库，运行在通用处理器 (GPP) 上，并与所有 USRP 设备系列进行通信并进行控制。B、N 和 X 系列 USRP 从主机发送和接收样本，如图 1 所示。由于我们的嵌入式系列 USRP 具有内部 GPP，因此您无需主机即可运行这些无线电（独立模式）。

USRP 是收发器，这意味着它们既可以发送也可以接收 RF 信号。UHD 提供了必要的控制，用于将用户波形样本传输到 USRP 硬件以及从 USRP 硬件传输用户波形样本，以及控制无线电的各种参数（例如采样率、中心频率、增益等）。

UHD GPP 驱动程序和固件代码采用 C/C++ 编写，而为 FPGA（现场可编程门阵列）开发的代码则采用 Verilog 编写。有一个 C/C++ API 可以与其他软件框架连接，例如 GNU Radio，或者用户可以直接在 UHD C/C++ API 之上简单地构建自定义信号处理应用程序。图 2 说明了这个概念：
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由于UHD的开源特性，整个开发过程也是开放的，可以通过我们的Git版本控制系统来跟踪UHD的开发情况。用户可以选择是否喜欢最新的开发代码（功能最丰富但有时不稳定），或者更全面地测试但不包含最新开发的代码。版本化版本（例如，UHD 版本 3.9.2）大约每两个月发布一次，并且通常仅包含与先前版本相比的错误修复（例如，UHD 3.9.2 具有与 3.9.1 相同的功能集，但更稳定）。这些错误修复版本是在 maint 分支上完成的，这是所有错误修复开发发生的地方。

新功能的开发是在主分支上完成的。即使我们使用持续集成系统来监控其状态，该分支也不应该被认为是稳定的。但是，主分支上的 API 或依赖项要求可能会发生变化。

在功能开发周期结束时，主分支被冻结，并且只有错误修复才会被接受到主分支中。一旦 master 分支被认为是稳定的，maint 分支将重置为 master，并且从之前的 master 分支生成新版本的版本。这通过主版本号跳跃来指示（例如，从 3.8.3 到 3.9.0）。主要版本每年发布 1-2 次，通常伴随新产品发布。

除了 maint 和 master 分支之外，有时还会（临时）发布新功能分支，以深入了解即将推出的功能，并尽早访问新开发。

UHD 软件 API 支持所有 USRP SDR 产品上的应用程序开发。使用通用软件接口至关重要，可以实现代码可移植性，并在开发需求扩展或新系统可用时允许应用程序无缝过渡到其他 USRP SDR 系统。因此，它允许您保留和重用遗留代码，从而显着减少开发工作。UHD 可以安装在 Linux、Windows 或 Mac 上。可以在此处找到这些平台的安装包以及从源代码构建的说明。

Python

兼容Python 2.7及以上版本（支持Python 3）。注意构建需要 Python，并且 UHD 附带的一些实用程序是用 Python 编写的。一般来说，运行 UHD 应用程序不需要它。

Linux笔记

这取决于您使用的发行版，但大多数（如果不是全部）依赖项应该在您的包管理器的包存储库中可用。有关详细信息，请参阅Linux 构建说明。

Mac OS X 注释

安装 Xcode 应用程序以获取构建工具（GCC 和 Make）。使用 MacPorts 获取 Boost 和 Mako 依赖项。其他依赖项可以作为 DMG 安装程序从 Web 下载或通过 MacPorts 安装。有关更多信息，请参阅UHD OS X 构建说明。

Windows 笔记

可以通过可安装的 EXE 文件获取依赖项。通常，Windows 安装程序可以在项目的网站上找到。某些项目不托管 Windows 安装程序，如果是这种情况，请按照 Windows 安装程序的辅助下载 URL（如下）进行操作。有关详细信息，请参阅Windws 构建说明。

git

需要检查存储库（如果从 tarball 构建则不需要）。

在 Windows 上，安装支持 Git 的 Cygwin 以签出存储库或从http://code.google.com/p/msysgit/downloads/list安装 msysGit 。

构建依赖关系

UHD Version	GCC	Clang	MS Visual C++	CMake	Boost	LibUSB	Mako	Doxygen	Python	Xilinx Vivado
3.9.X	>= 4.4	>= 3.3	>= 2012 (11.0)	>= 2.8	>= 1.46	>= 1.0	>= 0.5.0	>= 1.8 (recommended)	>= 2.7	== 2014.4
3.10.X	>= 4.8	>= 3.3	>= 2012 (11.0)	>= 2.8	>= 1.53	>= 1.0	>= 0.5.0	>= 1.8 (recommended)	>= 2.7	== 2015.4

UHD 通过使用以太网、USB 和 PCI-Express 等标准接口方法来处理传输 I 和 Q 样本的控制（有关 I 和 Q 样本的信息，请参阅此处）。样本可以以连续流的形式发送，如图 4a 所示，也可以以突发的形式发送，如图 4b 所示。此外，用户还可以使用内置的突发和定时命令来指定何时接收或传输样本。在这里插入图片描述
USRP RF 前端可能支持无法满足所有或许多用户要求的特定频率步长。因此，UHD 在 FPGA 中包含数字上变频 (DUC) 和数字下变频 (DDC) DSP 模块，用于微调 RF 频率（请参阅此处）。这允许用户：

具有亚赫兹射频频率步长
缓解直接转换（零中频）硬件上存在的直流问题（请参阅此处）。
在可用带宽内快速调整

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不同的 SDR 配置、波形和应用需要不同的采样率。例如，用户可能希望监控 100 MHz 的瞬时 RF 带宽，但他们的主机 PC 可能只能分析 20 MHz 的实时带宽。对于这种情况和其他情况，UHD 允许用户设置各种采样率以满足他们的自定义应用程序。在 FPGA 内，UHD 包括抽取和插值模块，以便执行这些采样率转换。

所有直接变频（零中频）射频架构所固有的就是 IQ 不平衡的影响。此处的标题为“正交损伤对 802.11ac EVM 的影响”的视频演示了此属性。在此查找更多信息。总之，使用直接转换架构的设备上的任何给定信号都有两条用于 TX 的路径和两条用于 RX 的路径。一条路径是同相或“I”，另一条路径是正交“Q”，也称为实数和虚数。

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由于组件、温度和其他因素的差异导致了细微的差异，I 和 Q 信号路径会受到不同条件的影响，从而改变初始捕获时存在的原始信号。当 I 或 Q 的相位或幅度发生改变时，结果显示为原始信号中实际不存在的信号。例如，请注意在 GNU Radio Companion 中创建的 GNU Radio Flowgraph 中的以下 IQ 损伤模拟。
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通过使用“HW Impairments”模块，您可以模拟 I 和 Q 信号路径中断时发生的情况。在图 8a 中，没有添加任何损伤。然而，当 I 路径的幅度稍微增加时，您会得到如图 8b 所示的伪影

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在数字领域减轻一些不良影响是可能的。UHD 包含 FPGA 内的功能块，以补偿 IQ 损伤；这些块在图 1 中显示为 IQC 块。用户可以根据经验测量自定义这些模块的参数，或者允许 UHD 执行自动分析并根据内置 IQ 校正算法提供参数。有关详细信息，请参阅UHD 手册中的以下功能：

uhd_cal_rx_iq_balance：- 最大限度地减少 RX IQ 不平衡与 LO 频率的关系
uhd_cal_tx_dc_offset：- 最大限度地减少 TX DC 偏移与 LO 频率的关系
uhd_cal_tx_iq_balance：- 最大限度地减少 TX IQ 与 LO 频率的不平衡

多个 USRP

UHD 将 USRP 系统上的所有通道视为一个复合设备，从而简化了通道数量的扩展，请参见下图 9。对于 X300/X310，当在此多 USRP 配置中使用 USRP 时，用户可以使用外部时钟源（具有 10 MHz 时钟参考和 PPS 信号）来同步所有设备。

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例如，在 8 通道接收系统中，GNU Radio Companion 中的“USRP Source”块将如下图 10 所示

通用输入输出 (GPIO) 引脚可以通过 UHD 手动控制，也可以从 UHD 设置为在发生 TX 或 RX 等事件时自动触发。在何处或如何使用此自动触发的示例：当用户将射频放大器连接到 USRP 的 TX 或 RX 端口时，只有当 USRP 正在发射时才能打开放大器。您可以在此处了解有关 E3x0/X3x0 上的辅助 GPIO 的更多信息。