透過 Software Defined Radio 提升無線原型製作技術

無人機防禦及訊號情報等應用的發展瞬息萬變，在此情況下，加快部署速度和迅速適應的能力就是關鍵所在。雖然具備強大 RF 及訊號處理功能的商用現成 (COTS) 系統已成為必需品，但是若要靈活地進行各項增強，以搶先一步因應威脅，您還需要開放式平台的支援。針對部署使用情況，小巧、輕量的低功率 (SWAP) SDR 可打造出支援行動性的可攜式解決方案。

圖 1.SkySafe 運用開放原始碼 USRP，對抗商業無人機的威脅。 

商用無線通訊測試台及原型製作，往往需要處理手機和無線連線的多頻段及標準問題。如要跟上 5G 等新無線標準的發展腳步，就代表必須在有相應能力的硬體上開發及測試軟體 IP，以驗證從新編碼架構到先進多輸入多輸出 (MIMO) 系統的技術，而這又通常需透過空中傳輸 (OTA) 無線原型製作來進行。

圖 2.這些短版 SDR 具有可實現大規模 5G 測試台的效能特色。

NI Ettus USRP X410 是 Ettus Research 與 NI 共同推出的首款新世代高效能 SDR。這項產品將 NI 與 Ettus Research 的強項結合至單一無線電中，不僅支援 USRP 硬體驅動程式 (UHD) 與 GNU Radio 等常見開放原始碼工具流，也能支援 LabVIEW 軟體。NI Ettus USRP X410 以 Xilinx Zynq UltraScale+ RFSoC 為基礎，並配備高效能 RF 傳輸器及接收器硬體，可說是 NI 至今功能最強大的 SDR。RFSoC 可整合資料轉換器 (ADC/DAC)，為嵌入式處理器及可程式化 FPGA 技術奠定基礎。4 核心 Arm® 處理器可獨立運作 (嵌入模式)，也可以搭配外部主機以主機模式執行應用程式。

圖 3.NI Ettus USRP X410 將軟硬體整合在一起，可協助您針對高效能無線系統進行原型製作。

Xilinx Zynq UltraScale+ FPGA 的可程式化邏輯組件，所擁有的 FPGA 資源是其他 USRP 產品的兩倍以上，因此可提供高通量的數位訊號處理 (DSP) 及加硬 IP 核心，例如內建軟決策前向錯誤修正 (SD-FEC) 與數位升/降轉換 (DUC/DDC) 核心。SD-FEC 對 5G 原型製作特別有效，可用於即時低密度同位元檢查 (LDPC) 編碼/解碼，這是 5G 運算最密集的作業之一。針對純 FPGA 的設計，SD-FEC 邏輯可延伸至多個大型 Virtex-7 FPGA，因此，將 SD-FEC 加入矽晶圓的預建核心就能節省大量空間和開發心力。

NI Ettus USRP X410 可全方位支援常見的 RF 網路晶片 (RFNoC) 架構，能讓您運用軟體應用程式設計介面及 FPGA 基礎架構，更便利地進行 FPGA 加速。這可協助您快速開發產品，將重心聚焦在加值 IP 上。您可以透過 GNU Radio 圖形介面、C++ 或 Python，將主機式及 FPGA 式處理無縫整合至您的應用程式中。適用於快速傅利葉轉換 (FFT) 及有限脈衝反應 (FIR) 濾波器等常見功能的 RFNoC 區塊函式庫，是一個開始著手的好起點。接著，您可以使用個人偏好的硬體敘述語言 (HDL)，將自有 IP 區塊加入模組化架構。

除了系統的 FPGA 結構之外，Xilinx UltraScale+ RFSoC 還配備了 4 個內建應用處理單元 (APU) 和 2 個即時處理單元 (RPU)，為需要內建嵌入式作業系統的獨立運作式應用程式提供完善支援。

圖 4.Xilinx UltraScale+ RFSoC 的簡化程式方塊圖顯示內建 APU 及 RPU，適用於需要內建嵌入式作業系統進行獨立運作的應用程式。

NI Ettus USRP X410 的頻率涵蓋範圍為 1 MHz 至 7.2 GHz，不僅能處理傳統 RF 6 GHz 以下頻段，還能處理近期開通的 5.925 GHz 至 7.125 GHz 的 Wi-Fi 6E 免執照頻段。運用 400 MHz 的瞬間頻寬，您就能利用更寬的通道執行通道捆合及載波聚合資料，取得更高的資料傳輸量。RF 前端架構針對 3 GHz 以下採用超外差 2 階轉換，並針對 3 GHz 以上採用單階轉換，另外也採用濾波和功率等級控制，以提供高精確度的訊號收發。

NI Ettus USRP X410 將 4 個傳輸及 4 個接收通道整合在精巧的 ½ 機架 1U 規格中，不僅用途廣泛，運送上也更簡便，十分適合用於現場測試及操作。各通道皆可獨立運作，代表此系統可針對分頻雙工 (FDD) 應用或同步模擬多重訊號，將個別通道切換至不同頻率。這些通道也能透過內建恆溫槽控制石英震盪器 (OCXO，可校準至 50 ppb 以內)、時間戳記用的內建 GPS 授時震盪器 (GPSDO)，以及 10 MHz 參考與每秒脈衝 (PPS) 產生的功能來進行同步。針對更高的通道數，您可以藉由匯入外部參考時脈與使用 PPS 產生能力來同步多台裝置，以因應 Massive MIMO 等需要精確時間調正的應用情境。

隨著頻寬及通道增加，將大量資料移入及移出無線電可能會是一大挑戰。為了因應這項挑戰，NI Ettus USRP X410 具有 2 個可設定的四通道 SFP (QSFP) 連接埠，讓您能完整發揮內建雙 10 GbE 或雙 100 GbE 的潛力。另外，該無線電還包含 PCI Express x8 Gen 3 連接埠，傳輸率最高可達 8 GB/s。

圖 5.NI Ettus USRP X410 RF 及數位功能的程式方塊圖。 

具備強大效能的 NI Ettus USRP X410，是您打造最新創新產品的理想平台。您可以將自選的軟體工具鏈與此 Software Defined Radio 結合，藉由強大的功能與彈性因應您的各項需求。無論您是在進行 5G 或更高技術的研究，還是在部署系統來因應不斷變化的威脅，NI Ettus USRP X410 都能讓您更快完成無線裝置的原型製作。

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