作者介紹

一、Skydel與NI USRP

軟件定義架構（Software Defined Architecture）是一種新型的架構模式，它是一種基于軟件的架構，通過軟件來定義系統(tǒng)的功能，從而提高系統(tǒng)的運行效率和能量效率。軟件定義架構可以將硬件資源抽象化，從而使得應用程序可以更好地利用硬件資源，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

Skydel GNSS仿真引擎是創(chuàng)新型的軟件定義GNSS模擬仿真引擎，它利用PC的GPU的計算能力并借助Nvidia GPU極快的數(shù)學計算能力處理星座、頻率與軌跡信息，并生成IQ信號，使用SDR進行IQ信號的處理與RF信號的輸出兼具兩全其美的優(yōu)勢：頂級GNSS模擬器獲得的高端性能，以及使用其GNSS軟件架構的硬件所帶來的規(guī)模經濟性和靈活性。

NI（National Instruments，美國國家儀器公司）是一家總部位于美國的跨國公司，成立于1976年，專注于測試、測量和自動化領域的產品和服務，是測試測量行業(yè)的世界級龍頭企業(yè)。

NI的核心產品之一USRP（Universal Software Radio Peripheral，通用軟件無線電外設）系列，是一套開源的軟件定義無線電（SDR）設備。USRP允許研究人員、工程師和愛好者通過軟件編程來定義和重新定義無線電的通信協(xié)議，而無需更改硬件。這使得USRP非常適合于無線通信研究、原型設計、教育和業(yè)余無線電活動。

Ettus Research是USRP（Universal Software Radio Peripheral）產品的原始開發(fā)商，這是一家專注于軟件定義無線電（SDR）技術的公司。2010年，Ettus Research被National Instruments（NI）收購。這次收購使得NI能夠擴大其在無線通信和軟件定義無線電領域的影響力。

Skydel允許用戶使用NI USRP294xR/295xR系列以及同級別的Ettus Reserch的X300/X310/N310系列進行GNSS信號的仿真模擬，為各個行業(yè)的技術工程師帶來直觀、高效的GNSS仿真與測試方法。

二、硬件部署

Skydel可以在NI USRP-294xR/USRP-295xR部署環(huán)境下實現(xiàn)單一場景與多場景的仿真。

使用一個USRP

在使用一個USRP的情況下，允許仿真單個場景，實現(xiàn)單頻雙頻GNSS信號輸出。

使用USRP時，需要Skydel所在的計算機具有10GbE網(wǎng)卡，并使用10 GbE SFP光纜與SDR端口1連接，推薦的萬兆網(wǎng)卡有：

● Intel X710-BM2

● Intel E810XXV-AM2

● Intel XXV710-AM2

● Intel E81oXXV-DA2

● Intel XXV710-DA2

注意：一個 Skydel 實例只能與一個USRP通信，兩個Skydel實例無法與一個USRP同時通信。

使用多個USRP

在使用一個USRP的情況下，允許仿真復數(shù)個場景，實現(xiàn)單頻雙頻GNSS信號輸出或反正一個場景，實現(xiàn)三頻GNSS信號輸出。

與之前相同，使用USRP時，需要Skydel所在的計算機具有10GbE網(wǎng)卡，并使用10 GbE SFP光纜與SDR端口1連接。

為了執(zhí)行準確的GNSS模擬，SDR需要精確的參考時鐘，每個 SDR都需要共享相同的10MHz參考時鐘并具有共同的每秒脈沖 (PPS) 信號才能同步。

需要注意的是，USRP本身具有80dB的增益，因此在使用線纜連接GNSS接收機時，一定要使用足夠的衰減與隔直器以確保兩端設備的安全使用。

三、軟件部署

-固件安裝

Skydel要正常使用，需要為USRP安裝非常特定版本的FPGA映像，在首次將Skydel用于您的設備之前，您必須將此特定映像刻錄到您的設備中。我們提供了簡單可用的UHD驅動包（windows/Linux），直接安裝應用即可，詳細的固件安裝方法請查閱Skydel使用手冊。

為什么Safran Skydel需要這個特定版本呢?——GNSS信號模擬有一個非常重要的要求：RF信號傳輸絕不能中斷。缺少單個 I/Q樣本會將誤差引入載波相位，從而使整個模擬對于GNSS 接收器測試來說太不精確。為了實現(xiàn)不間斷的RF信號，SDR 必須具有I/Q樣本緩沖區(qū)。緩沖區(qū)必須足夠大，以減輕軟件和SDR之間I/Q樣本傳輸?shù)闹袛唷榱舜_保I/Q樣本流穩(wěn)定，這個特殊的FPGA映像使用板載DDR RAM作為流緩沖區(qū)；這種 FPGA映像稱為“HG”映像。

-軟件配置

本文將會介紹在WINDOW環(huán)境下如何快速實現(xiàn)NI USRP的部署并使用Skydel進行GNSS仿真，Ubuntu下的部署請咨詢我們的相關技術工程師。

Skydel 支持以下 Microsoft Windows 版本：

● Windows 10 家庭版/專業(yè)版

● Windows 11 家庭版/專業(yè)版

-BIOS設置

我們強烈建議您在BIOS中修改以下設置：

● 禁用Intel SpeedStep；

● 禁用Intel Turbo Boost。

需要禁用這些設置才能強制CPU始終以相同頻率運行。否則，當CPU頻率變化時，可能會導致計算機與SDR之間的通信鏈接不穩(wěn)定。這反過來可能會導致GNSS信號傳輸中斷。

-windows系統(tǒng)設置

① 電源計劃

● 打開控制面板、電源選項，然后單擊“選擇電源計劃”。

● 選擇“高性能”電源計劃。

● 點擊“更改計劃設置”，將所有時間設置為“從不”。

說明：在GNSS模擬期間始終保持顯示器打開。Windows能夠檢測顯示器是打開還是關閉，當顯示器關閉時，Windows可能會降低GPU的性能，從而導致模擬錯誤（例如，流緩沖區(qū)不足）。

② 注冊表項：FastSendDatagramThreshold

僅在使用Ettus或NI SDR時需要設置。使用regedit工具打開Windows注冊表：

●在HKEY_LOCAL_MACHINESystemCurrentControlSet ServicesAFDParameters下添加或修改DWORD注冊表項 FastSendDatagramThreshold；

● 確保該值為9000（十進制）；

● 重新啟動PC使之生效。

③ 通知

GNSS 模擬期間，強烈建議關閉所有 Windows 通知以避免中斷。為此，請打開通知與操作，然后禁用通知。

-Nvidia GPU驅動程序

安裝的Nvidia顯卡驅動程序必須支持CUDA Runtime API 11.8.0或更高版本。確保您的計算機使用的是最新的WHQL認證的Nvidia GPU驅動程序（520.06或更高版本）。您可以在 Nvidia網(wǎng)站下載最新版本。

-網(wǎng)卡設置

① 驅動程序

僅在使用Ettus或NI SDR時需要設置，從英特爾網(wǎng)站下載并安裝最新版本。

② 巨幀數(shù)據(jù)包

打開控制面板、網(wǎng)絡和共享中心，然后更改適配器設置。右鍵單擊連接到 SDR 的適配器并選擇屬性。單擊配置，然后在高級選項卡中查找“巨幀數(shù)據(jù)包”：

● 啟用巨幀數(shù)據(jù)包，并將大小設置為最大值。

● 在高級選項中，將傳輸緩沖區(qū)設置為最大值 (16384)

③ 靜態(tài) IP 地址

打開控制面板、網(wǎng)絡和共享中心、更改適配器設置。右鍵單擊連接到 SDR 的適配器并選擇屬性。雙擊 Internet 協(xié)議版本 4 (TCP/IPv4)：

● 選擇單選按鈕“使用以下 IP 地址”；

● IP地址：192.168.40.1

● 子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0

四、硬件連接

1. 軟件配置完成后，關閉計算機，NI USRP連接電源

2. 黃色光纖連接到兩臺設備，聽到“咔噠”一聲就說明連接好了。如果需要拔出，拉住光纖頭的塑料手柄平行拔除即可。

a. USRP插“1”端口，PC插入對應設置靜態(tài)IP為“192.168.40.1”的SFP端口。

b. 拔出塑料把手如圖

3. 連接好之后，在命令行輸入“ping 192.168.40.2”。如果沒有ping通，嘗試檢查硬件后重啟電腦。

五、啟動Skydel

至此，您可以正常打開Skydel，并選擇對應的SDR開始您的仿真。

打開Skydel，如果需要直接使用，可打開例程“usrp-testing.sdx”(usrp-testing.sdx)，即可進行Skydel GUI的測試，如需要API控制，也需要打開Skydel。

警告：

一定要加隔直器單元，否則反向電流會打壞USRP！

一定要加衰減器，否則過大功率會損壞待測件！

審核編輯 黃宇