أجهزة الراديو الطرفية من Universal Software

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
منصة USRP1 من الإصدار 3، الرقم التسلسلي 140، مع لوحة فرعية TVRX مرفقة

تُعدّ أجهزة الراديو الطرفية البرمجية العالمية ( USRP ) مجموعة من أجهزة الراديو المُعرّفة برمجياً، والتي صممتها وباعتها شركة إيتوس ريسيرش وشركتها الأم، ناشونال إنسترومنتس . وقد طوّرها فريق بقيادة مات إيتوس ، وتُستخدم عائلة منتجات USRP على نطاق واسع في مختبرات الأبحاث والجامعات وبين الهواة. [ 1 ]

تتصل معظم أجهزة USRP بجهاز كمبيوتر مضيف عبر وصلة عالية السرعة، يستخدمها البرنامج الموجود على جهاز الكمبيوتر المضيف للتحكم في جهاز USRP وإرسال واستقبال البيانات. كما تدمج بعض طرازات USRP الوظائف العامة لجهاز الكمبيوتر المضيف مع معالج مدمج يسمح لجهاز USRP بالعمل بشكل مستقل.

صُممت عائلة أجهزة USRP لتكون سهلة الاستخدام، والعديد من منتجاتها عبارة عن أجهزة مفتوحة المصدر . تتوفر مخططات لوحات بعض طرازات USRP للتنزيل مجانًا؛ ويتم التحكم بجميع منتجات USRP باستخدام برنامج تشغيل UHD مفتوح المصدر، وهو برنامج مجاني ومفتوح المصدر . [ 2 ] تُستخدم أجهزة USRP عادةً مع حزمة برامج GNU Radio لإنشاء أنظمة راديو معقدة مُعرّفة برمجياً.

تصميم

تضم عائلة منتجات USRP مجموعة متنوعة من الطرازات التي تستخدم بنية متشابهة. توفر اللوحة الأم الأنظمة الفرعية التالية: توليد ومزامنة الساعة، ووحدة FPGA ، ومحولات تناظرية رقمية (ADC) ، ومحولات رقمية تناظرية (DAC) ، وواجهة معالج المضيف، وتنظيم الطاقة. هذه هي المكونات الأساسية اللازمة لمعالجة إشارات النطاق الأساسي. تُستخدم وحدة أمامية معيارية، تُسمى لوحة فرعية، للعمليات التناظرية مثل التحويل التصاعدي/التنازلي، والترشيح، وغيرها من عمليات تهيئة الإشارة. تتيح هذه المعيارية لجهاز USRP خدمة التطبيقات التي تعمل بين التيار المستمر و6  جيجاهرتز.

في التكوين الافتراضي، يقوم معالج FPGA بتنفيذ عدة عمليات معالجة الإشارات الرقمية (DSP) ، والتي تُترجم في النهاية الإشارات الحقيقية في المجال التناظري إلى إشارات النطاق الأساسي المعقدة ذات معدل نقل بيانات منخفض في المجال الرقمي. في معظم حالات الاستخدام، تُنقل هذه العينات المعقدة من وإلى التطبيقات التي تعمل على معالج مركزي، والذي يقوم بدوره بتنفيذ عمليات معالجة الإشارات الرقمية. شفرة معالج FPGA مفتوحة المصدر، ويمكن تعديلها لتمكين تنفيذ عمليات عالية السرعة ومنخفضة زمن الاستجابة داخل المعالج.

برمجة

برنامج تشغيل أجهزة USRP (UHD) هو برنامج تشغيل الأجهزة الذي توفره شركة Ettus Research لاستخدامه مع عائلة منتجات USRP. [ 3 ] وهو يدعم أنظمة Linux وMacOS وWindows. تستخدم العديد من الأطر البرمجية، بما في ذلك GNU Radio وLabVIEW و MATLAB وSimulink، برنامج UHD. كما يمكن الوصول إلى الوظائف التي يوفرها UHD مباشرةً من خلال واجهة برمجة تطبيقات UHD، التي توفر دعمًا أصليًا للغة C++. ويمكن لأي لغة أخرى تدعم استيراد وظائف C++ استخدام UHD أيضًا. ويتم ذلك في لغة Python من خلال SWIG ، على سبيل المثال.

توفر تقنية UHD إمكانية النقل بين منتجات عائلة USRP. ويمكن للتطبيقات المطورة لطراز معين من USRP أن تدعم طرازات USRP الأخرى إذا تم مراعاة معدلات أخذ العينات والمعايير الأخرى بشكل صحيح.

تدعم العديد من أطر البرمجيات تقنية UHD:

  • GNU Radio عبارة عن مجموعة أدوات حرة/مفتوحة المصدر تُستخدم لتطوير أجهزة الراديو المعرفة برمجياً. يستخدم هذا الإطار مزيجًا من لغتي C++ و Python لتحسين أداء معالجة الإشارات الرقمية (DSP) مع توفير بيئة برمجة تطبيقات سهلة الاستخدام. GNU Radio Companion هي بيئة برمجة رسومية مُرفقة مع GNU Radio. [ 4 ]
  • تبيع شركة National Instruments سلسلة NI USRP 292x ، وهي مكافئة وظيفيًا لجهاز Ettus Research USRP N210. كما توفر NI دعم LabVIEW لهذا الجهاز من خلال برنامج تشغيل NI-USRP. [ 5 ]
  • يدعم كل من MATLAB و Simulink جهازي USRP N210 وUSRP2 . [ 6 ] تتضمن هذه الحزمة إضافات والعديد من الأمثلة لاستخدامها مع كلا الجهازين.
  • OpenLTE هو تطبيق مفتوح المصدر لمواصفات 3GPP LTE كجهاز SDR . [ 7 ]
  • يستخدم العديد من المستخدمين أطر عمل مخصصة لتطوير تطبيقاتهم. في هذه الحالة، يمكن الوصول إلى جهاز USRP باستخدام واجهة برمجة تطبيقات UHD. [ 8 ] كما تتوفر أمثلة مع UHD توضح كيفية استخدام واجهة برمجة التطبيقات. [ 9 ]

منتجات

مسلسلات مترابطة

يُعدّ كلٌّ من USRP N200 وUSRP N210 من أجهزة USRP عالية الأداء، حيث يوفران نطاقًا ديناميكيًا وعرض نطاق ترددي أعلى من سلسلة ناقل البيانات. وباستخدام واجهة إيثرنت جيجابت ، تستطيع أجهزة سلسلة الشبكة نقل ما يصل إلى 50 ميجا عينة/ثانية من عينات النطاق الأساسي المعقدة من وإلى المضيف. تستخدم هذه السلسلة مُحوِّل تناظري رقمي مزدوج 14 بت، 100 ميجا عينة/ثانية، ومُحوِّل رقمي تناظري مزدوج 16 بت، 400 ميجا عينة/ثانية. كما توفر هذه السلسلة منفذ توسعة MIMO يُمكن استخدامه لمزامنة جهازين من هذه السلسلة. يُعدّ هذا الحل الأمثل لأنظمة MIMO.

يُعدّ كلٌّ من X300 وX310 من الجيل الثالث من أجهزة USRP، ويتميزان بفتحتين للوحات الفرعية ثنائية الاتجاه، بالإضافة إلى محولات رقمية تناظرية (DAC) ومحولات تناظرية رقمية (ADC) بسرعة 200 ميجا عينة/ثانية. وتتيح واجهة الشبكة 10GBase عبر SFP+ سرعة 200 ميجا عينة/ثانية كاملة على كلا القناتين في وضع التشغيل ثنائي الاتجاه.

تُعد N300 و N310 و N320 و N321 نماذج ثنائية القناة حالية توفر اتصال SFP+، بسرعة تصل إلى 200 ميجا عينة/ثانية، ومشاركة اختيارية للمذبذبات المحلية ووحدات TPM لعمليات نشر البرامج القابلة للتحقق.

سلسلة الحافلات

تستخدم جميع منتجات سلسلة Ettus Research Bus واجهة USB 2.0 أو USB 3.0 لنقل العينات من وإلى الحاسوب المضيف. تشمل الطرازات USRP B206mini-i وB205mini-i وB200mini-i وB200mini. [ 10 ] كما تتوفر إصدارات اللوحة فقط بدون الغلاف الواقي الخارجي.

سلسلة مضمنة

تجمع سلسلة الأجهزة المدمجة نفس وظائف أجهزة USRP الأخرى مع معالج OMAP 3 مدمج. يستخدم جهاز E310، الذي طُرح في نوفمبر 2014، منصة Zynq SoC ووحدة التحكم اللاسلكية AD9361 من Analog Devices، مما يجعله جهاز USRP مدمجًا صغير الحجم للغاية. لا تحتاج أجهزة هذه السلسلة إلى الاتصال بجهاز كمبيوتر خارجي للتشغيل، إذ صُممت سلسلة الأجهزة المدمجة خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب التشغيل المستقل.

الموديلات المتوقفة

طُوّر جهاز USRP2 بعد جهاز USRP، وطُرح في الأسواق لأول مرة في سبتمبر 2008. وقد انتهى عمره الافتراضي، واستُبدل بجهازي USRP N200 وUSRP N210. لم يكن الهدف من USRP2 استبدال جهاز USRP الأصلي، الذي استمر بيعه بالتوازي مع USRP2. كما أن الجيل الأول من USRP لم يعد متوفرًا للجمهور.

لم تعد سلسلة E100 من أجهزة USRP المدمجة متوفرة.

وحدات اللوحة الفرعية

لوحات فرعية أساسية للاستقبال (RX) والإرسال (TX)

تتميز عائلات أجهزة USRP الأصلية، وUSRP2، وUSRP E1xx، وUSRP N2xx، وX3xx ببنية معيارية مع وحدات فرعية قابلة للتبديل تعمل كواجهة أمامية للترددات اللاسلكية. وتوجد عدة فئات من الوحدات الفرعية: أجهزة الاستقبال، وأجهزة الإرسال، وأجهزة الإرسال والاستقبال.

  • يمكن لوحدات لوحة الإرسال الفرعية تعديل إشارة الخرج إلى تردد أعلى
  • يمكن لوحدات لوحة الاستقبال الفرعية التقاط إشارة تردد لاسلكي وتحويلها إلى نطاق أساسي
  • تجمع وحدات لوحة الإرسال والاستقبال الفرعية بين وظائف جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال.

لا تحتوي أجهزة USRP B2xx و E3xx على لوحات فرعية قابلة للاستبدال. أما سلسلة N3xx فتضم لوحة فرعية مزودة بمعالج JESD204B وواجهة أمامية AD9371، ولكن لا تتوفر حاليًا أي لوحات فرعية بديلة في الأسواق.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ كوين نورتون. "راديو جنو يفتح عالماً خفياً" . Wired.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2014 .
  2. ↑ "بداية UHD" . شركة إيتوس للأبحاث. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 أغسطس 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 سبتمبر 2012 .
  3. ↑ "فهرس /التنزيلات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20-09-2010.
  4. ↑ راديو جنو + UHD
  5. ↑ "برنامج تشغيل NI-USRP" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-04-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-04-2012 .
  6. ↑ MATLAB و Simulink
  7. ↑ OpenLTE
  8. ↑ واجهة برمجة تطبيقات UHD
  9. ↑ "/host/examples - Repository - uhd - Ettus Research LLC" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13-06-2012.
  10. ↑ "Ettus Research - USB Software Defined Radio (SDR)" . Ettus Research . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-11-2025 .{{cite web}}: CS1 maint: url-status ( link )