Программно определяемое радиосистема USRP N321 - Ettus Research

USRP N321 (PN 786504-01) представляет собой высокопроизводительную сетевую радиосистему SDR от Ettus Research для разработки, прототипирования и построения масштабируемых и распределённых радиосистем. Устройство объединяет радиочастотный тракт, высокопроизводительную цифровую обработку на базе Xilinx Zynq-7100 SoC, сетевые интерфейсы, средства синхронизации и программируемую ПЛИС в едином корпусе.
Ettus USRP N321 обеспечивает 2 канала приёма и 2 канала передачи, до 200 МГц мгновенной полосы на канал и рабочий диапазон 3 МГц–6 ГГц. Такая архитектура позволяет использовать платформу для широкополосной радиосвязи, MIMO, радиолокации, радиомониторинга, исследования радиоканалов и разработки современных беспроводных технологий.
Основное отличие Ettus USRP N321 от N320 — возможность не только принимать внешние опорные TX/RX локальные гетеродины, но и распределять собственные TX и RX LO на несколько других устройств USRP N320 или N321. Благодаря этому N321 позволяет создавать масштабируемые фазокогерентные MIMO-системы, в которых несколько SDR работают с общей частотно-фазовой опорой.
Платформа выполнена как полностью интегрированное устройство и не предусматривает использование сменных дочерних ВЧ-модулей. Все основные радиочастотные и вычислительные компоненты уже интегрированы в систему, что сокращает время разработки и упрощает создание законченных радиотехнических комплексов.
Цифровая часть построена на Xilinx Zynq-7100, который объединяет программируемую ПЛИС (FPGA) и двухъядерный ARM-процессор. ПЛИС может использоваться для обработки сигналов в реальном времени и реализации пользовательских алгоритмов, а ARM-процессор обеспечивает автономную работу и управление ресурсами устройства.
Высокоскоростные интерфейсы 1/10 Gigabit Ethernet и Aurora через два SFP+, а также QSFP+ обеспечивают передачу больших потоков IQ-данных на рабочую станцию, сервер или FPGA-копроцессор. Благодаря этому USRP N321 может использоваться как сетевой SDR в распределённых системах обработки сигналов.
Гибкая система синхронизации включает 10 МГц reference, PPS, встроенный GPSDO, внешние TX/RX LO и поддержку White Rabbit, что позволяет создавать когерентные многоканальные системы с синхронизацией нескольких радиоустройств.
Ettus USRP N321 поддерживает программную экосистему UHD, RFNoC и GNU Radio, а также работу под OpenEmbedded Linux. Это позволяет использовать платформу как для стандартной потоковой обработки IQ на внешнем компьютере, так и для создания автономных SDR-приложений с обработкой непосредственно внутри устройства.

Основные преимущества
1. Широкий диапазон частот 3 МГц–6 ГГц
Позволяет использовать одну платформу для широкого спектра задач в области радиосвязи, SDR, радиомониторинга и исследований беспроводных технологий.
2. До 200 МГц мгновенной полосы на канал
Обеспечивает возможность работы с широкополосными сигналами и высокоскоростной цифровой обработкой.
3. Архитектура 2×2 MIMO
Два канала приёма и два канала передачи позволяют создавать многоканальные радиосистемы и проводить исследования MIMO.
4. Распределение TX/RX LO
Позволяет объединять несколько USRP N320/N321 в фазово-когерентные системы и масштабировать количество радиоканалов. Это ключевая особенность N321. (ettus.com)
5. ПЛИС FPGA Xilinx Zynq-7100
Обеспечивает обработку сигналов непосредственно на устройстве и возможность реализации пользовательских алгоритмов с низкой задержкой.
6. Высокоскоростные интерфейсы
SFP+ и QSFP+ позволяют организовывать высокоскоростную передачу I/Q-данных между USRP и вычислительными системами.
7. Расширенные возможности синхронизации
GPSDO, 10 МГц, PPS и White Rabbit позволяют строить синхронизированные и распределённые радиосистемы. (ettus.com)

Области применения
Ettus USRP N321 может использоваться для:
•    разработки и исследования SDR-систем;
•    разработки и тестирования систем беспроводной связи;
•    исследований 5G/6G;
•    построения MIMO-систем;
•    создания фазово-когерентных радиосистем;
•    радиомониторинга и анализа радиочастотного спектра;
•    разработки и прототипирования радиолокационных систем;
•    исследований GNSS и навигационных технологий;
•    разработки алгоритмов цифровой обработки сигналов;
•    ПЛИС-прототипирования и обработки сигналов в реальном времени;
•    построения распределённых SDR-систем;
•    аппаратного прототипирования телекоммуникационного оборудования;
•    научных исследований и университетских лабораторий;
•    создания масштабируемых фазово-когерентных MIMO-тестовых стендов.

 
Поддержка программного обеспечения
Ettus USRP N321 поддерживает программную экосистему Ettus Research и может использоваться с различными инструментами разработки SDR.
UHD (USRP Hardware Driver) — основной программный интерфейс для управления USRP. Общий API UHD позволяет переносить существующие приложения и код между различными платформами USRP. Для N321 требуется UHD версии 3.14.0.0 или более поздней согласно официальной спецификации устройства.
RFNoC (RF Network on Chip) — среда разработки для реализации пользовательской обработки непосредственно в FPGA USRP. RFNoC позволяет переносить вычислительно интенсивные операции с хост-компьютера на FPGA и создавать собственные блоки обработки сигналов. (ettus.com)
GNU Radio — поддерживается через интерфейс GR-UHD и позволяет создавать программные радиосистемы, прототипировать алгоритмы обработки сигналов и управлять USRP из GNU Radio Companion.
Также поддерживается разработка собственных приложений на C/C++ и Python. Экосистема UHD обеспечивает возможность интеграции USRP с различными средами и программными платформами.
Для разработки FPGA-приложений может использоваться Xilinx Vivado 2017.4; лицензия Vivado в комплект поставки USRP N321 не входит.
 
Комплект поставки
В стандартный комплект поставки входят:
•    программно-определяемая радиосистема Ettus Research USRP N321;
•    кабель Ethernet RJ45;
•    адаптер SFP+ → RJ45;
•    кабель Micro-USB;
•    карта microSD с установленным образом ПО;
•    блок питания.
Сетевой кабель и адаптер позволяют подключить устройство к соответствующей сетевой инфраструктуре для управления и передачи данных.
Важно: региональный сетевой кабель питания необходимо выбирать в соответствии с регионом эксплуатации. На официальной странице Ettus он указан как отдельная позиция при заказе.
 
Дополнительные аксессуары
Для расширения возможностей USRP N321 могут применяться:
•    10 Gigabit Ethernet Card for Desktops
Сетевая карта для подключения USRP к рабочей станции через высокоскоростной Ethernet.
•    10 Gigabit Ethernet Cable with SFP+ termination, 1 m
Кабель SFP+ для высокоскоростной передачи данных между N321 и сетевой картой/сетевым оборудованием.
•    OctoClock CDA-2990
Устройство распределения тактового сигнала и PPS для синхронизации нескольких SDR и построения когерентных радиосистем.
•    GPIO Expansion Kit
Дополнительный комплект для расширения возможностей взаимодействия с внешними устройствами.
•    3V Active GPS Antenna
Активная GPS-антенна для использования встроенного GPSDO и получения высокоточного опорного сигнала синхронизации.
Эти аксессуары указаны Ettus Research как рекомендуемые для Ettus USRP N321.

Ettus USRP N321 — это вариант USRP N320 для задач, где требуется не просто высокая полоса и 2×2 MIMO, а возможность построения масштабируемой фазокогерентной системы из нескольких SDR!

Почему стоит купить Ettus USRP N321 в STEM Instruments
Компания «СТЕМ Инструментс» поставляет оригинальные программно-определяемые радиосистемы Ettus Research и оказывает комплексную инженерную поддержку при выборе оборудования. Мы помогаем подобрать оптимальную конфигурацию SDR-платформы, консультируем по вопросам интеграции, FPGA-разработки, совместимости программного обеспечения и аксессуаров, а также сопровождаем проекты на всех этапах — от выбора оборудования до ввода в эксплуатацию.