USRP¶

USRP (Universal Software Radio Peripheral) — професійна SDR платформа від Ettus Research (National Instruments). Стандарт індустрії для дослідницьких та комерційних проектів.

ℹ️ Чому USRP?

USRP — найпоширеніша SDR платформа в академічному та професійному середовищі: - **Стабільність** — перевірена роками в продакшені - **Документація** — найкраща серед SDR - **UHD** — потужний уніфікований драйвер - **Масштабованість** — від B200 до X310

flowchart LR
    subgraph usrp_line["Лінійка USRP"]
        direction TB
        B["📦 B-серія<br/>USB, $700-2000"]
        N["📦 N-серія<br/>10GbE, $3000-6000"]
        X["📦 X-серія<br/>High-perf, $6000-15000"]
        E["📦 E-серія<br/>Embedded, $3000-5000"]
    end

    B -->|"Хоббі, навчання"| USE1["💻 GNU Radio<br/>srsRAN"]
    N -->|"Дослідження, продакшн"| USE2["🔬 MIMO<br/>Radar"]
    X -->|"Комерція"| USE3["📡 5G<br/>Spectrum sensing"]

    style B fill:#dbeafe
    style N fill:#d1fae5
    style X fill:#fef3c7
    style E fill:#fee2e2

Огляд¶

Лінійка продуктів¶

Серія	Призначення	Ціна
B-серія	Настільні	$700-2000
N-серія	Мережеві	$3000-6000
X-серія	Високопродуктивні	$6000-15000
E-серія	Embedded	$3000-5000

USRP B200/B210¶

Параметр	B200	B210
Частоти	70 МГц - 6 ГГц	70 МГц - 6 ГГц
Ширина	56 МГц	56 МГц
Канали	1x1	2x2 MIMO
ADC/DAC	12 біт	12 біт
Інтерфейс	USB 3.0	USB 3.0
FPGA	Spartan-6	Spartan-6

USRP N310¶

Параметр	Значення
Частоти	10 МГц - 6 ГГц
Ширина	100 МГц
Канали	4x4 MIMO
Інтерфейс	10GbE
Синхронізація	GPS, PPS, 10 МГц

Встановлення UHD¶

Linux¶

# Ubuntu/Debian
sudo apt install uhd-host libuhd-dev

# Завантажити FPGA images
sudo uhd_images_downloader

# Перевірка
uhd_find_devices
uhd_usrp_probe

Збірка з джерел¶

git clone https://github.com/EttusResearch/uhd.git
cd uhd/host
mkdir build && cd build
cmake ..
make -j$(nproc)
sudo make install
sudo ldconfig

Windows¶

1. Завантажити UHD інсталятор з Ettus
2. Встановити
3. Додати в PATH
4. uhd_images_downloader

Базове використання¶

Виявлення пристроїв¶

# Пошук
uhd_find_devices

# Детальна інформація
uhd_usrp_probe

# З параметрами
uhd_usrp_probe --args "type=b200"

Командна строка¶

# Прийом
uhd_rx_cfile -f 100e6 -r 1e6 -g 30 rx.bin

# Передача
uhd_tx_cfile -f 100e6 -r 1e6 -g 30 tx.bin

# Benchmark
uhd_benchmark_rate --rx_rate 10e6 --tx_rate 10e6

Параметри¶

--args        Параметри пристрою
-f, --freq    Центральна частота
-r, --rate    Sample rate
-g, --gain    Підсилення
-A, --ant     Антена (TX/RX, RX2)
-c, --chan    Канал (для MIMO)

GNU Radio¶

Встановлення¶

sudo apt install gnuradio

UHD блоки¶

Блок	Призначення
UHD: USRP Source	Прийом
UHD: USRP Sink	Передача

Приклад flowgraph¶

#!/usr/bin/env python3
from gnuradio import gr, uhd, blocks, analog

class usrp_rx(gr.top_block):
    def __init__(self):
        gr.top_block.__init__(self)

        # USRP джерело
        self.usrp = uhd.usrp_source(
            device_addr="",
            stream_args=uhd.stream_args(
                cpu_format="fc32",
                channels=[0]
            )
        )
        self.usrp.set_samp_rate(1e6)
        self.usrp.set_center_freq(100e6)
        self.usrp.set_gain(30)

        # Запис у файл
        self.sink = blocks.file_sink(gr.sizeof_gr_complex, "rx.bin")

        self.connect(self.usrp, self.sink)

Python API¶

Прийом¶

import uhd
import numpy as np

# Створити USRP
usrp = uhd.usrp.MultiUSRP()

# Налаштування
usrp.set_rx_rate(1e6)
usrp.set_rx_freq(uhd.types.TuneRequest(100e6))
usrp.set_rx_gain(30)

# Streamer
st_args = uhd.usrp.StreamArgs("fc32", "sc16")
rx_streamer = usrp.get_rx_stream(st_args)

# Прийом
metadata = uhd.types.RXMetadata()
buffer = np.zeros(1000, dtype=np.complex64)

stream_cmd = uhd.types.StreamCMD(uhd.types.StreamMode.start_cont)
rx_streamer.issue_stream_cmd(stream_cmd)

num_samps = rx_streamer.recv(buffer, metadata)
print(f"Received {num_samps} samples")

Передача¶

import uhd
import numpy as np

usrp = uhd.usrp.MultiUSRP()

usrp.set_tx_rate(1e6)
usrp.set_tx_freq(uhd.types.TuneRequest(100e6))
usrp.set_tx_gain(30)

st_args = uhd.usrp.StreamArgs("fc32", "sc16")
tx_streamer = usrp.get_tx_stream(st_args)

# Генерація сигналу
samples = np.exp(1j * 2 * np.pi * np.arange(1000) / 100)

metadata = uhd.types.TXMetadata()
tx_streamer.send(samples.astype(np.complex64), metadata)

Синхронізація¶

Зовнішня опора¶

# 10 МГц + PPS
uhd_usrp_probe --args "clock_source=external,time_source=external"

GPS (N-серія)¶

# GPSDO
uhd_usrp_probe --args "clock_source=gpsdo,time_source=gpsdo"

MIMO синхронізація¶

# Синхронізація каналів
usrp.set_clock_source("internal")
usrp.set_time_now(uhd.types.TimeSpec(0.0))

# Для зовнішньої опори
usrp.set_clock_source("external")
usrp.set_time_source("external")
usrp.set_time_unknown_pps(uhd.types.TimeSpec(0.0))

Daughterboards¶

Типи¶

Плата	Частоти	TX/RX
WBX	50 МГц - 2.2 ГГц	TRx
SBX	400 МГц - 4.4 ГГц	TRx
UBX	10 МГц - 6 ГГц	TRx
TwinRX	10 МГц - 6 ГГц	2x Rx
BasicTX/RX	DC - 250 МГц	Tx/Rx

Вибір антени¶

# Перегляд доступних
print(usrp.get_rx_antennas())
# ['TX/RX', 'RX2', 'CAL']

# Встановлення
usrp.set_rx_antenna("RX2")

Практичні проекти¶

LTE eNodeB (srsRAN)¶

# Конфігурація
[rf]
device_name = uhd
device_args = type=b200,num_recv_frames=64,num_send_frames=64

# Запуск
sudo srsenb enb.conf

Radar¶

# FMCW radar приклад
class FMCWRadar:
    def __init__(self):
        self.usrp = uhd.usrp.MultiUSRP()
        self.bw = 100e6
        self.sweep_time = 1e-3

    def generate_chirp(self):
        t = np.linspace(0, self.sweep_time, int(self.bw * self.sweep_time))
        return np.exp(1j * np.pi * self.bw/self.sweep_time * t**2)

Spectrum Sensing¶

def spectrum_scan(start_freq, end_freq, step):
    usrp = uhd.usrp.MultiUSRP()
    usrp.set_rx_rate(20e6)

    results = []
    for freq in np.arange(start_freq, end_freq, step):
        usrp.set_rx_freq(uhd.types.TuneRequest(freq))
        samples = receive_samples(usrp, 10000)
        power = 10 * np.log10(np.mean(np.abs(samples)**2))
        results.append((freq, power))

    return results

Оптимізація¶

USB Buffer¶

# Збільшити буфер
uhd_usrp_probe --args "num_recv_frames=128"

Network (N-серія)¶

# MTU 9000 (jumbo frames)
sudo ip link set eth0 mtu 9000

# Аргументи
uhd_usrp_probe --args "addr=192.168.10.2,recv_frame_size=8000"

Sample rate¶

B200: до 56 MSPS
N310: до 100 MSPS

Стабільні значення:
- USB: 1, 2, 5, 10, 20, 25 MSPS
- Ethernet: кратні master clock

Troubleshooting¶

Пристрій не знайдено¶

# USB
lsusb | grep Ettus
sudo dmesg | tail

# Мережа
uhd_find_devices --args "addr=192.168.10.2"

Dropped samples¶

O: overflow (прийом)
U: underflow (передача)

Рішення:
1. Зменшити sample rate
2. Збільшити буфери
3. Перевірити USB/мережу

Late commands¶

L: пізні команди

Рішення:
1. Збільшити затримку
2. Синхронізувати час
3. Зменшити навантаження CPU

Пов'язані теми¶

SDR Overview — огляд SDR пристроїв
LimeSDR — альтернативний SDR
HackRF — бюджетний SDR
srsRAN — LTE стек
SDR Software — програми для роботи