應用程序不斷增多，適用的無線設備也隨之增加，造成需求和設計越發(fā)復雜。由于人們需要的數(shù)據(jù)越來越多，硬件設計便向著更寬的帶寬、更高的頻率和更多的通道發(fā)展，而軟件則需要提供更大的靈活性，并縮短產(chǎn)品上市時間。

無論是在實驗室中對新的無線技術進行原型驗證，還是在真實環(huán)境中對系統(tǒng)進行評估，軟件無線電(SDR)都提供了理想的解決方案，可確保性能和設計目標均得到滿足。

本文介紹了NI Ettus USRP X410及其應用。這種通用軟件無線電外設(USRP)旨在滿足商業(yè)通信和國防應用程序的全新先進無線需求，無論是研究階段還是部署階段，皆可滿足。

無線原型驗證的演變

無人機防御和信號情報等應用的發(fā)展瞬息萬變，在這樣的情況下，更快速的部署和快速適應能力將是關鍵。我們需要具有強大RF和信號處理能力的商用現(xiàn)成(COTS)系統(tǒng)，但為了能夠支持靈活的增強功能，防范各種威脅，還必須要有一個開放的平臺。對于部署應用場景，小巧、輕便的低功率(SWAP) SDR支持可移動的便攜式解決方案。

商用無線通信測試臺和原型往往需要處理蜂窩和無線連接的多個頻段和標準。要跟上5G等新無線標準的步伐，這意味著通常需要借助空口(OTA)無線原型驗證，在有相應能力的硬件上開發(fā)和測試軟件IP，以此證明從新編碼方案到先進的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)等技術符合預期。

新一代的軟件無線電

Ettus Research和NI聯(lián)合推出了新一代高性能SDR，NI Ettus USRP X410便是首款。它將NI和Ettus Research的優(yōu)點結(jié)合到單一的無線電中，不僅支持熱門的開源工具流，包括USRP硬件驅(qū)動(UHD)和GNU無線電，還支持LabVIEW軟件。NI Ettus USRP X410基于Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC構(gòu)建，配備了高性能的RF發(fā)射器和接收器硬件，可提供NI迄今為止功能最為強大的SDR。RFSoC與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(ADC/DAC)集成，為嵌入式處理器和可編程FPGA技術奠定了基礎。四核Arm處理器支持獨立運行（嵌入式模式）或基于主機的模式，并通過外部主機來運行您的應用。

圖3.NI Ettus USRP X410集成了硬件和軟件，有助于對高性能無線系統(tǒng)進行原型驗證

助力未來創(chuàng)新的開放平臺

Xilinx Zynq UltraScale+ FPGA的可編程邏輯組件擁有的FPGA資源比其他USRP產(chǎn)品多一倍，可提供高吞吐量的數(shù)字信號處理(DSP)和加固的IP內(nèi)核，如板載軟決策前向糾錯(SD-FEC)和數(shù)字上變頻/下變頻(DUC/DDC)內(nèi)核。SD-FEC對5G原型驗證特別有效，可用于實時低密度奇偶校驗(LDPC)編碼/解碼，這是5G中最密集的計算操作之一。在純FPGA設計中，SD-FEC邏輯可以跨越多個大型Virtex-7 FPGA。因此，將其作為預建內(nèi)核納入硅片，可以節(jié)省巨大的空間和開發(fā)精力。

對于熱門RF Network-on-Chip (RFNoC)框架，NI Ettus USRP X410提供全方位支持，通過軟件應用程序編程接口和FPGA基礎結(jié)構(gòu)，更容易實現(xiàn)FPGA加速。它可幫助您快速啟動和運行，讓您可以專注于增值型IP。您可以通過GNU無線電圖形化界面、C++或Python，將基于主機和基于FPGA的處理無縫集成到應用程序中。用于快速傅里葉變換(FFT)和有限脈沖響應(FIR)濾波器等常見功能的RFNoC模塊庫是一個很好的著手點。然后，您可以使用偏好的硬件描述語言(HDL)將自己的IP塊添加到模塊化架構(gòu)中。

除了系統(tǒng)的FPGA架構(gòu)，Xilinx UltraScale+ RFSoC還配備了四個板載應用程序處理單元(APU)和兩個實時處理單元(RPU)，為需要板載嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)獨立運行的應用程序提供支持。

圖4.Xilinx UltraScale+ RFSoC的簡化程序框圖顯示了板載APU和RPU，可用于需要板載嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)獨立運行的應用程序

用于擴展的RF硬件

NI Ettus USRP X410的頻率范圍為1 MHz至7.2 GHz，不僅可以處理sub-6 GHz傳統(tǒng)的RF頻段，還可以處理最近開放的5.925 GHz至7.125 GHz的Wi-Fi 6E未授權(quán)頻段。憑借400 MHz的瞬時帶寬，您可以利用更寬的通道，實現(xiàn)通道綁定和載波聚合，獲得更高的數(shù)據(jù)吞吐量。RF前端架構(gòu)采用低于3 GHz的超外差兩級轉(zhuǎn)換和高于3 GHz的單級轉(zhuǎn)換，再加上濾波和功率電平控制，可發(fā)射和接收高保真信號。

NI Ettus USRP X410將四個發(fā)射和四個接收通道整合到一個緊湊的?機架1U組成結(jié)構(gòu)中，不僅用途廣泛，還易于運輸，可為現(xiàn)場測試和運行提供支持。每個通道都相互獨立，這意味著可以將每個通道調(diào)整到不同的頻率，實現(xiàn)頻分雙工(FDD)應用或同時模擬多個信號。這些通道還可以通過一個內(nèi)部恒溫晶體振蕩器(OCXO，可以將其校準到50 ppb以內(nèi))、一個用于時間標記的內(nèi)部GPS指定振蕩器(GPSDO)，以及10 MHz參考和脈沖/秒(PPS)生成來進行同步。若通道數(shù)更多，則可以通過導入外部參考時鐘并使用PPS生成來同步多個設備，這些情況需要大規(guī)模MIMO等精準時間對齊。

隨著帶寬變寬和通道增多，將大量數(shù)據(jù)移入和移出無線電可能會成為一個挑戰(zhàn)。為了解決這個問題，NI Ettus USRP X410采用了兩個可配置的四路小型可插拔(QSFP)端口，可充分利用雙10 GbE或雙100 GbE板載的優(yōu)勢。此外，該無線電還包含一個PCI Express x8 Gen 3端口，傳輸速率高達8 GB/s。

圖5.NI Ettus USRP X410的程序框圖顯示了其RF和數(shù)字功能

總結(jié)

NI Ettus USRP X410的強大性能為您實現(xiàn)新創(chuàng)新提供了一個理想平臺。將這款軟件無線電與您選擇的軟件工具鏈結(jié)合使用，憑借出色的功能和靈活性充分滿足您的需求。無論您是在研究5G及更高的技術，還是在部署系統(tǒng)以期緩和不斷變化的威脅，NI Ettus USRP X410都可以加快無線設備原型驗證的速度。

編輯：hfy