ユニバーサルソフトウェア無線周辺機器（USRP ）は、Ettus Researchとその親会社であるNational Instrumentsによって設計・販売されているソフトウェア無線製品群です。Matt Ettus率いるチームによって開発されたUSRP製品群は、研究室、大学、そして愛好家の間で広く利用されています。[1]
ほとんどのUSRPは高速リンクを介してホストコンピュータに接続し、ホストベースのソフトウェアはこれを使用してUSRPハードウェアを制御し、データを送受信します。一部のUSRPモデルでは、ホストコンピュータの一般的な機能を組み込みプロセッサに統合し、USRPデバイスをスタンドアロンで動作させることもできます。
USRPファミリはアクセシビリティを重視して設計されており、製品の多くはオープンソースハードウェアです。一部のUSRPモデルのボード回路図は無料でダウンロードできます。すべてのUSRP製品は、オープンソースのUHDドライバ（無料のオープンソースソフトウェア）で制御されます。[2] USRPは、複雑なソフトウェア無線システムを構築するために、 GNU Radioソフトウェアスイート と組み合わせて使用されることがよくあります。
デザイン
USRP製品ファミリには、類似のアーキテクチャを採用した様々なモデルが含まれています。マザーボードは、クロック生成と同期、FPGA、ADC、DAC、ホストプロセッサインターフェース、電源レギュレーションといったサブシステムを提供します。これらは、信号のベースバンド処理に必要な基本コンポーネントです。ドーターボードと呼ばれるモジュール式フロントエンドは、アップ/ダウンコンバージョン、フィルタリング、その他の信号調整といったアナログ操作に使用されます。このモジュール性により、USRPはDCから6GHzまで動作するアプリケーションに対応できます。
標準構成では、FPGAは複数のDSP演算を実行し、最終的にはアナログ領域の実信号からデジタル領域の低速で複雑なベースバンド信号への変換を行います。ほとんどのユースケースでは、これらの複雑なサンプルは、DSP演算を実行するホストプロセッサ上で動作するアプリケーションとの間で転送されます。FPGAのコードはオープンソースであり、FPGAで高速かつ低レイテンシの演算を実行できるように変更可能です。
ソフトウェア
USRPハードウェアドライバ（UHD）は、Ettus ResearchがUSRP製品ファミリで使用するために提供するデバイスドライバです。[3] Linux、MacOS、Windowsプラットフォームをサポートしています。GNU Radio、LabVIEW、MATLAB 、Simulinkなど、複数のフレームワークがUHDを使用しています。UHDが提供する機能には、C++をネイティブサポートするUHD APIを介して直接アクセスすることもできます。C++関数をインポートできる他の言語でもUHDを使用できます。例えば、 PythonではSWIGを介してこれを実現できます。
UHDはUSRP製品ファミリ全体にわたる移植性を提供します。特定のUSRPモデル向けに開発されたアプリケーションは、サンプルレートやその他のパラメータを適切に考慮すれば、他のUSRPモデルでもサポートできます。
いくつかのソフトウェア フレームワークが UHD をサポートしています。
- GNU Radioは、ソフトウェア無線の開発に使用できるフリー/リブレのツールキットです。このフレームワークは、C++とPythonを組み合わせてDSPパフォーマンスを最適化しながら、使いやすいアプリケーションプログラミング環境を提供します。GNU Radio Companionは、GNU Radioに付属するグラフィカルプログラミング環境です。[4]
- ナショナルインスツルメンツは、Ettus Research USRP N210と機能的に同等のNI USRP 292xシリーズを販売しています。また、NIはNI-USRPドライバを通じてこのデバイスのLabVIEWサポートも提供しています。[5]
- USRP N210とUSRP2はMATLABとSimulinkでサポートされています。[6]このパッケージには、両方のデバイスで使用するためのプラグインといくつかのサンプルが含まれています。
- OpenLTEは、3GPP LTE仕様をSDRとしてオープンソースで実装したものです。[7] [循環参照]
- 多くのユーザーは独自のカスタムフレームワークを使用して開発を行っています。この場合、USRPデバイスにはUHD APIを使用してアクセスできます。[8] UHDには、APIの使用方法を示すサンプルも提供されています。[9]
製品
ネットワークシリーズ
USRP N200およびUSRP N210は、バスシリーズよりも高いダイナミックレンジと帯域幅を提供する高性能USRPデバイスです。ギガビットイーサネットインターフェースを使用して、ネットワークシリーズのデバイスは、最大50MS/sの複雑なベースバンドサンプルをホストとの間で転送できます。このシリーズは、デュアル14ビット、100MS/s ADCとデュアル16ビット、400MS/s DACを搭載しています。また、このシリーズはMIMO拡張ポートも備えており、このシリーズのデバイス2台を同期させることができます。これはMIMOシステムに最適なソリューションです。
X300とX310は、2つの全二重ドーターボードスロットと、フル200MS/sのDACとADCを備えた第3世代USRPです。ネットワークインターフェースとして、10GBase over SFP+により、全二重動作時に両チャネルでフル200MS/sの速度を実現します。
N300、N310、N320、N321 は、SFP+ 接続、最大 200 MS/s、および検証可能なソフトウェア展開のためのローカル発振器と TPM モジュールの共有 (オプション) を提供する最新のデュアル チャネル モデルです。
バスシリーズ
Ettus Research Bus シリーズのすべての製品は、USB 2.0またはUSB 3.0インターフェイスを使用して、ホスト コンピューターとの間でサンプルを転送します。
埋め込みシリーズ
Embeddedシリーズは、他のUSRPデバイスと同じ機能とOMAP 3組み込みプロセッサを組み合わせた製品です。2014年11月にリリースされたE310は、Zynq SoCプラットフォームとアナログ・デバイセズのAD9361 RFICを採用した、非常にコンパクトな組み込みUSRPです。このファミリのデバイスは、動作のために外部PCに接続する必要はありません。Embeddedシリーズは、スタンドアロン動作を必要とするアプリケーション向けに設計されています。
生産終了モデル
USRP2はUSRPの後継として開発され、2008年9月に初めて提供されました。USRP2はサポート終了となり、USRP N200およびUSRP N210に置き換えられました。USRP2はオリジナルのUSRPを置き換えることを意図したものではなく、USRPはUSRP2と並行して販売され続けました。この第一世代のUSRPも、一般向けには販売されなくなりました。
組み込み USRP の E100 シリーズは、現在販売されていません。
ドーターボードモジュール
オリジナルのUSRP、USRP2、USRP E1xx、USRP N2xx、およびX3xxファミリは、RFフロントエンドとして機能する交換可能なドーターボードモジュールを備えたモジュラーアーキテクチャを採用しています。ドーターボードモジュールには、レシーバー、トランスミッター、トランシーバーといった複数のクラスがあります。
- 送信機ドーターボードモジュールは、出力信号をより高い周波数に変調することができます。
- 受信機ドーターボードモジュールはRF信号を取得し、それをベースバンドに変換することができます。
- トランシーバー ドーターボード モジュールは、トランスミッターとレシーバーの機能を組み合わせています。
USRP B2xxおよびE3xxには交換可能なドーターボードがありません。N3xxシリーズにはAD9371フロントエンドを搭載したJESD204B接続のドーターボードがありますが、現在、代替のドーターボードは市販されていません。
参照
参考文献
- ^ クイン・ノートン. 「GNUラジオが未知の世界を開く」. Wired.com . 2014年4月18日閲覧。
- ^ 「UHD Start」. Ettus Research LLC . 2012年9月5日閲覧。
- ^ “Index of /downloads”. 2010年9月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ GNUラジオ + UHD
- ^ NI-USRPドライバ
- ^ MATLABとSimulink
- ^ オープンLTE
- ^ UHD API
- ^ "/host/examples - リポジトリ - uhd - Ettus Research LLC". 2012年6月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
- エタス・リサーチLLC
- UHDドキュメントとマニュアル
- GNUラジオウィキ
- USRPプラットフォームに関するWiredの記事
- FirasのUSRPプラットフォームドキュメント
