Periférico de radio de software universal

Universal Software Radio Peripheral ( USRP ) es una gama de radios definidas por software diseñadas y comercializadas por Ettus Research y su empresa matriz, National Instruments . Desarrollada por un equipo liderado por Matt Ettus , la familia de productos USRP es utilizada habitualmente por laboratorios de investigación, universidades y aficionados. ^{[ 1 ]}

La mayoría de los USRP se conectan a una computadora anfitriona mediante un enlace de alta velocidad, que el software de la computadora anfitriona utiliza para controlar el hardware del USRP y transmitir/recibir datos. Algunos modelos de USRP también integran la funcionalidad general de una computadora anfitriona con un procesador integrado que permite que el dispositivo USRP funcione de forma autónoma.

La familia USRP fue diseñada para ser accesible, y muchos de sus productos son hardware de código abierto . Los esquemas de las placas para algunos modelos USRP están disponibles para su descarga gratuita; todos los productos USRP se controlan con el controlador UHD de código abierto, que es software libre y de código abierto . ^{[ 2 ]} Los USRP se utilizan comúnmente con el paquete de software GNU Radio para crear sistemas de radio definidos por software complejos.

La familia de productos USRP incluye diversos modelos con una arquitectura similar. La placa base integra los siguientes subsistemas: generación y sincronización de reloj, FPGA , convertidores analógico-digitales (ADC) , convertidores digital -analógicos (DAC) , interfaz con el procesador principal y regulación de potencia. Estos son los componentes básicos necesarios para el procesamiento de señales en banda base. Una placa frontal modular, denominada placa hija, se utiliza para operaciones analógicas como la conversión ascendente/descendente, el filtrado y otros procesos de acondicionamiento de señal. Esta modularidad permite que el USRP funcione en aplicaciones que operan entre CC y 6  GHz.

En su configuración estándar, la FPGA realiza varias operaciones DSP que, en última instancia, traducen señales analógicas reales a señales de banda base complejas de menor frecuencia en el dominio digital. En la mayoría de los casos, estas muestras complejas se transfieren desde y hacia aplicaciones que se ejecutan en un procesador anfitrión, el cual realiza operaciones DSP. El código de la FPGA es de código abierto y puede modificarse para permitir operaciones de alta velocidad y baja latencia.

El controlador de hardware USRP (UHD) es el controlador de dispositivo proporcionado por Ettus Research para su uso con la familia de productos USRP. ^{[ 3 ]} Es compatible con las plataformas Linux, macOS y Windows. Varios frameworks, como GNU Radio, LabVIEW, MATLAB y Simulink, utilizan UHD. También se puede acceder a la funcionalidad que ofrece UHD directamente mediante la API de UHD, que proporciona soporte nativo para C++. Cualquier otro lenguaje que pueda importar funciones de C++ también puede utilizar UHD. Esto se logra en Python mediante SWIG , por ejemplo.

UHD ofrece portabilidad en toda la familia de productos USRP. Las aplicaciones desarrolladas para un modelo USRP específico serán compatibles con otros modelos USRP si se tienen en cuenta las frecuencias de muestreo y otros parámetros.

Varios marcos de software son compatibles con UHD:

• GNU Radio es un conjunto de herramientas de software libre que se puede utilizar para desarrollar radios definidas por software. Este marco utiliza una combinación de C++ y Python para optimizar el rendimiento del DSP, a la vez que proporciona un entorno de programación de aplicaciones fácil de usar. GNU Radio Companion es un entorno de programación gráfica que se incluye con GNU Radio. ^{[ 4 ]}
• National Instruments vende la serie NI USRP 292x , que es funcionalmente equivalente a la Ettus Research USRP N210. NI también ofrece soporte para LabVIEW para este dispositivo con el controlador NI-USRP. ^{[ 5 ]}
• USRP N210 y USRP2 son compatibles con MATLAB y Simulink . ^{[ 6 ]} Este paquete incluye complementos y varios ejemplos para su uso con ambos dispositivos.
• OpenLTE es una implementación de código abierto de las especificaciones LTE de 3GPP como un SDR . ^{[ 7 ]}
• Muchos usuarios desarrollan con sus propios marcos de trabajo personalizados. En este caso, se puede acceder al dispositivo USRP mediante la API UHD. ^{[ 8 ]} También se proporcionan ejemplos con UHD que muestran cómo usar la API. ^{[ 9 ]}

Las familias originales USRP, USRP2, USRP E1xx, USRP N2xx y X3xx presentan una arquitectura modular con módulos de placa secundaria intercambiables que funcionan como interfaz de radiofrecuencia. Existen varias clases de módulos de placa secundaria: receptores, transmisores y transceptores.

• Los módulos de la placa hija del transmisor pueden modular una señal de salida a una frecuencia más alta.
• Los módulos de la placa hija del receptor pueden adquirir una señal de RF y convertirla a banda base.
• Los módulos de placa hija transceptora combinan la funcionalidad de un transmisor y un receptor.

Los modelos USRP B2xx y E3xx no cuentan con placas secundarias intercambiables. La serie N3xx dispone de una placa secundaria con chip JESD204B que incluye el controlador AD9371, pero actualmente no hay placas secundarias alternativas disponibles comercialmente.

• Lista de radios definidas por software

• Ettus Research LLC
• Documentación y manual de UHD
• Wiki de GNU Radio
• Artículo de Wired sobre la plataforma USRP
• Documentación de la plataforma USRP de Firas