USRPN210使用说明
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USRP-N210平台结构和使用介绍
北京海曼无限信息技术有限公司
Beijing Highmesh Info. Tech. Corp. Ltd. http://www.open-mesh.com.cn 2012年5月5日
介绍内容
软件无线电技术和USRP N210 平台结构 UHD和GNU Radio 编程和开发指南 应用案例（OpenBTS）
Receiver
User-defined Code
ETH FPGA
ADC
RF Front end
PC
USRP-N210 (mother board)
Daughter board
20
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
RX2400 2.3-2.9 GHz Transceiver 50mW output (17dBm) 0-70dB Gain Direct conversion architecture Transceiver switch
• Two 400 MS/s 16-bit digital to analog converters
• Digital down-converters with programmable decimation rates
• Digital up-converters with programmable interpolation rates
integrator-comb (CIC) filters, decimator and interpolator
24
体系结构-软件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
PC
Configure （Sampling Rate，Frequency…） Based on UHD API GR-UHD is available in GNU Radio 3.4.0 or higher GNU Radio Companion Code may be Python，C++
Definition From SDR Forum:
SW defines all waveform properties, cryptography and applications, is re-programmable, and may be upgraded in the field with new capabilities
1. Hardware driven radios: Transmit frequencies, modulation type and other radio frequency (RF) parameters are determined by hardware and cannot be changed without hardware changes.
2. Digital radios: A digital radio performs part of the signal processing or transmission digitally, but is not programmable in the field
3. Software Defined Radios:. All functions, modes and applications can be configured and reconfigured by software.
• 1 MB of on-board high-speed SRAM • TCXO Frequency Reference
19
体系结构
Transmitter
User-defined Code
ETH
FPGA
DAC
PC
USRP-N210 (mother board)
RF Front end
Daughter board
目标
电视 塔
12
软件定义无线电体系结构
天线 射频
中频
基带（软件部分）
ADC 带通滤波器 DAC
频率振荡器
FPGA DSP CPU GPU
13
体系结构-总体
Hardware Software
14
体系结构
Transmitter
User-defined Code
ETH
FPGA
DAC
PC
USRP-N210 (mother board)
GLFSR source Wav File source Message source Pad source Virtual source
30
List of GNU Radio Blocks
Signal Sinks
Null sinks Vector sinks File sinks Audio sink TCP/UDP sink Wav File sink Message sink Pad sink Virtual Sink
更短的市场投放时间（Shorter time-to-market） 更快的提供更有针对性得差异化产品 向后的兼容性
6
软件无线电的优点-性能方面
低硬件成本 硬件设备可以复用 使用更多标准的硬件模块
“灵活”的无线软件架构 应用复用
应用可被移植到不通的硬件平台 应用可根据需要灵活调整 改善开发生产效率 标准的APIs, 开放的体系结构 第三方应用的即插即用
integrator-comb (CIC) filters, decimator and interpolator
22
Fra Baidu bibliotek
体系结构-硬件
CIC & HB
RX FIFO
射频子板 PC端接口
CORDIC
CIC Interp
TX FIFO
23
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
Operators
Add Const Add Subtract Multiply constant Multiplier Divider Log function Or RMS …
31
List of GNU Radio Blocks
Type Conversions Complex to Arg Synchronizers Complex to Real Level Controls
4
理想的软件无线电体系结构
天线
基带（软件部分）
ADC DAC
GPU
5
软件无线电的优点-功能方面
可配置（Re-configurability） 增强可能的潜在应用 能最优化网络资源 便于演进到新的标准
多功能设备（Multifunctional devices） 可工作在多种模式（Multi-mode） 可工作在多个频段（Multi-band）
7
应用--无线电监测
对于传统的无线电监测任务可以有更灵活的解决方案 提供对新的智能认知无线电监测的能力。
8
应用--科学研究
认知无线电 新的调制解调方法 新的通信协议
9
应用--业余无线电台
可配置/可编程 多频段/多模式 可联网 同时收发语音、数据
和视频
10
应用--电子战
17
N210基本情况简介
• Gigabit Ethernet Interface • Capable of processing signals
up to 100 MHz wide • Capable of streaming signals
up to 50 MHz wide • Modular architecture supports a
25
LED指示
A：transmitting C: receiving
E: reference lock
B: mimo cable link D: firmware loaded F: CPLD loaded
26
UHD和GNU Radio
安装 UHD
Source Code C++ compiler CMake Boost Python Cheetah Doxygen （Optional） Docutils （Optional）
Sources
Constant source Signal source Noise source Null source Vector source Random source File source Audio source TCP/UDP source
Sources
电子战的最主要的特点是频段宽（几乎复盖整个无线 频段），待处理的信号种类多，而且是处有被动接收 的条件下工作。
而目前的电子战系统往往都是已知的，或者在事先假 设的几种信号样式下工作，一旦目标信号的特征或信 号的通信方式发生变化，该系统就无能为力了，必须 研制开发新的电子战系统来适应变化，这样必然贻误 战机。
2
软件无线电技术和USRP
软件无线电
From FCC : “We view software radios as the result of an evolutionary process from purely hardware-based equipment to fully software-based equipment. In this regard, the process can be roughly described in three stages
See： http://files.ettus.com/uhd_docs/manual/html/build.html
http://code.ettus.com/redmine/ettus/projects/uhd/wiki
28
GNU Radio
29
List of GNU Radio Blocks
wide variety of RF daughter boards
18
N210基本情况简介
• Auxiliary analog and digital I/O support complex radio controls such as RSSI and AGC
• Fully coherent multi-channel systems (MIMO capable)
ADC DAC
RF Front end
Spartan-3A DSP FPGA XC3D3400A UHD FPGA Firmware in flash, loaded in power-cycle Digital down converters (DDC) implemented with cascaded
RF Front end
Daughter board
Receiver
User-defined Code
ETH FPGA
ADC
RF Front end
PC
USRP-N210 (mother board)
Daughter board
15
N210平台结构
N210基本情况简介
• Two 100 MS/s 14-bit analog to digital converters
所以研究开发一种工作频段宽，波形适应能力强，可 扩展性好，既能适应通信信号，又能适应雷达信号， 还能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现 代信息战的必然要求。软件无线电正好是解决这一问 题的最佳途径。
11
应用--雷达/声纳
雷达的种类繁多，每一种雷达用于某一种特殊的用途。不同的雷达其信 号叁数不一样，使其功能单一，无法适应在不同的环境下对不同属性的 目标进行智能化跟踪探测的需求。而在软件无线电基础上的软件雷达恰 是解决这问题的途径
21
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
Spartan-3A DSP FPGA XC3D3400A UHD FPGA Firmware in flash, loaded in power-cycle Digital down converters (DDC) implemented with cascaded
北京海曼无限信息技术有限公司
Beijing Highmesh Info. Tech. Corp. Ltd. http://www.open-mesh.com.cn 2012年5月5日
介绍内容
软件无线电技术和USRP N210 平台结构 UHD和GNU Radio 编程和开发指南 应用案例（OpenBTS）
Receiver
User-defined Code
ETH FPGA
ADC
RF Front end
PC
USRP-N210 (mother board)
Daughter board
20
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
RX2400 2.3-2.9 GHz Transceiver 50mW output (17dBm) 0-70dB Gain Direct conversion architecture Transceiver switch
• Two 400 MS/s 16-bit digital to analog converters
• Digital down-converters with programmable decimation rates
• Digital up-converters with programmable interpolation rates
integrator-comb (CIC) filters, decimator and interpolator
24
体系结构-软件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
PC
Configure （Sampling Rate，Frequency…） Based on UHD API GR-UHD is available in GNU Radio 3.4.0 or higher GNU Radio Companion Code may be Python，C++
Definition From SDR Forum:
SW defines all waveform properties, cryptography and applications, is re-programmable, and may be upgraded in the field with new capabilities
1. Hardware driven radios: Transmit frequencies, modulation type and other radio frequency (RF) parameters are determined by hardware and cannot be changed without hardware changes.
2. Digital radios: A digital radio performs part of the signal processing or transmission digitally, but is not programmable in the field
3. Software Defined Radios:. All functions, modes and applications can be configured and reconfigured by software.
• 1 MB of on-board high-speed SRAM • TCXO Frequency Reference
19
体系结构
Transmitter
User-defined Code
ETH
FPGA
DAC
PC
USRP-N210 (mother board)
RF Front end
Daughter board
目标
电视 塔
12
软件定义无线电体系结构
天线 射频
中频
基带（软件部分）
ADC 带通滤波器 DAC
频率振荡器
FPGA DSP CPU GPU
13
体系结构-总体
Hardware Software
14
体系结构
Transmitter
User-defined Code
ETH
FPGA
DAC
PC
USRP-N210 (mother board)
GLFSR source Wav File source Message source Pad source Virtual source
30
List of GNU Radio Blocks
Signal Sinks
Null sinks Vector sinks File sinks Audio sink TCP/UDP sink Wav File sink Message sink Pad sink Virtual Sink
更短的市场投放时间（Shorter time-to-market） 更快的提供更有针对性得差异化产品 向后的兼容性
6
软件无线电的优点-性能方面
低硬件成本 硬件设备可以复用 使用更多标准的硬件模块
“灵活”的无线软件架构 应用复用
应用可被移植到不通的硬件平台 应用可根据需要灵活调整 改善开发生产效率 标准的APIs, 开放的体系结构 第三方应用的即插即用
integrator-comb (CIC) filters, decimator and interpolator
22
Fra Baidu bibliotek
体系结构-硬件
CIC & HB
RX FIFO
射频子板 PC端接口
CORDIC
CIC Interp
TX FIFO
23
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
Operators
Add Const Add Subtract Multiply constant Multiplier Divider Log function Or RMS …
31
List of GNU Radio Blocks
Type Conversions Complex to Arg Synchronizers Complex to Real Level Controls
4
理想的软件无线电体系结构
天线
基带（软件部分）
ADC DAC
GPU
5
软件无线电的优点-功能方面
可配置（Re-configurability） 增强可能的潜在应用 能最优化网络资源 便于演进到新的标准
多功能设备（Multifunctional devices） 可工作在多种模式（Multi-mode） 可工作在多个频段（Multi-band）
7
应用--无线电监测
对于传统的无线电监测任务可以有更灵活的解决方案 提供对新的智能认知无线电监测的能力。
8
应用--科学研究
认知无线电 新的调制解调方法 新的通信协议
9
应用--业余无线电台
可配置/可编程 多频段/多模式 可联网 同时收发语音、数据
和视频
10
应用--电子战
17
N210基本情况简介
• Gigabit Ethernet Interface • Capable of processing signals
up to 100 MHz wide • Capable of streaming signals
up to 50 MHz wide • Modular architecture supports a
25
LED指示
A：transmitting C: receiving
E: reference lock
B: mimo cable link D: firmware loaded F: CPLD loaded
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UHD和GNU Radio
安装 UHD
Source Code C++ compiler CMake Boost Python Cheetah Doxygen （Optional） Docutils （Optional）
Sources
Constant source Signal source Noise source Null source Vector source Random source File source Audio source TCP/UDP source
Sources
电子战的最主要的特点是频段宽（几乎复盖整个无线 频段），待处理的信号种类多，而且是处有被动接收 的条件下工作。
而目前的电子战系统往往都是已知的，或者在事先假 设的几种信号样式下工作，一旦目标信号的特征或信 号的通信方式发生变化，该系统就无能为力了，必须 研制开发新的电子战系统来适应变化，这样必然贻误 战机。
2
软件无线电技术和USRP
软件无线电
From FCC : “We view software radios as the result of an evolutionary process from purely hardware-based equipment to fully software-based equipment. In this regard, the process can be roughly described in three stages
See： http://files.ettus.com/uhd_docs/manual/html/build.html
http://code.ettus.com/redmine/ettus/projects/uhd/wiki
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GNU Radio
29
List of GNU Radio Blocks
wide variety of RF daughter boards
18
N210基本情况简介
• Auxiliary analog and digital I/O support complex radio controls such as RSSI and AGC
• Fully coherent multi-channel systems (MIMO capable)
ADC DAC
RF Front end
Spartan-3A DSP FPGA XC3D3400A UHD FPGA Firmware in flash, loaded in power-cycle Digital down converters (DDC) implemented with cascaded
RF Front end
Daughter board
Receiver
User-defined Code
ETH FPGA
ADC
RF Front end
PC
USRP-N210 (mother board)
Daughter board
15
N210平台结构
N210基本情况简介
• Two 100 MS/s 14-bit analog to digital converters
所以研究开发一种工作频段宽，波形适应能力强，可 扩展性好，既能适应通信信号，又能适应雷达信号， 还能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现 代信息战的必然要求。软件无线电正好是解决这一问 题的最佳途径。
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应用--雷达/声纳
雷达的种类繁多，每一种雷达用于某一种特殊的用途。不同的雷达其信 号叁数不一样，使其功能单一，无法适应在不同的环境下对不同属性的 目标进行智能化跟踪探测的需求。而在软件无线电基础上的软件雷达恰 是解决这问题的途径
21
体系结构-硬件
User-defined Code
ETH FPGA
ADC DAC
RF Front end
Spartan-3A DSP FPGA XC3D3400A UHD FPGA Firmware in flash, loaded in power-cycle Digital down converters (DDC) implemented with cascaded