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[轉載]三款SDR平台對比:HackRF,bladeRF和USRP

這篇文章是 Taylor Killian 13年8月發表在自己的部落格上的。他對比了三款平價的SDR平台,認為這三款産品将是未來一年中最受歡迎的SDR平台。我覺得這篇文章很有參考價值,簡單翻譯一份轉過來。

原文在這裡:

<a href="http://www.taylorkillian.com/2013/08/sdr-showdown-hackrf-vs-bladerf-vs-usrp.html" target="_blank">http://www.taylorkillian.com/2013/08/sdr-showdown-hackrf-vs-bladerf-vs-usrp.html</a>

翻起來才發現,太長了。覺得這麼長就沒必要翻譯了,不符合快速閱讀的習慣,深度閱讀的人顯然應該直接看原文。但是既然開了個頭,就翻完吧。

以下是原文翻譯:

今年或者明年看起來是SDR的黃金年代。将有三款新的SDR平台面世,使用者可以有很多選擇。這篇文章将比較這三款SDR平台:Great Scott Gadgets生産的HackRF, nuand生産的bladeRF, 和Ettus生産的USRP (B200/210)。

剛開始,這篇文章是想拿Ettus的USRP B100和N210跟HackRF、bladeRF比較。但當我把初稿發給Ettus公司看的時候,他們說新的USRP B200/210很快就要釋出了,而且給我寄了一塊開發版的B210。是以後來我重新修訂了這篇文章。現在B210已經釋出了,可以從Ettus購買。

下表是三款硬體的對比!(Alin:重點看這個表就夠了^_^)

<a href="http://greatscottgadgets.com/hackrf/">HackRF</a>

<a href="http://nuand.com/">bladeRF</a>

<a href="http://ettus.com/">USRP</a>

x40

x115

B100 Starter

B200

B210

Radio Spectrum

30 MHz – 6 GHz

300 MHz – 3.8 GHz

50 MHz –

2.2 GHz [1]

50MHz –

6 GHz

Bandwidth

20 MHz

28 MHz

16 MHz [2]

61.44 MHz [3]

Duplex

Half

Full

2x2 MIMO

Sample Size (ADC/DAC)

8 bit

12 bit

12 bit /

14 bit

Sample Rate (ADC/DAC)

20 Msps

40 Msps

64 Msps /

128 Msps

61.44 Msps

Interface (Speed)

USB 2 HS

(480 megabit)

USB 3 (5 gigabit)

USB 3

(5 gigabit)

FPGA Logic Elements

[4]

<a href="http://www.altera.com/literature/hb/cyclone-iv/cyclone4-handbook.pdf">40k</a>

<a href="http://www.altera.com/literature/hb/cyclone-iv/cyclone4-handbook.pdf">115k</a>

<a href="http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds529.pdf">25k</a>

<a href="http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds160.pdf">75k</a>

<a href="http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds160.pdf">150k</a>

Microcontroller

<a href="http://www.nxp.com/documents/data_sheet/LPC4350_30_20_10.pdf">LPC43XX</a>

<a href="http://www.cypress.com/fx3">Cypress FX3</a>

<a href="http://www.cypress.com/?id=193">Cypress FX2</a>

Open Source

<a href="https://github.com/mossmann/hackrf">Everything</a>

<a href="https://github.com/Nuand/bladeRF">HDL + Code</a>

<a href="https://github.com/EttusResearch/uhd">HDL + Code</a>

<a href="http://code.ettus.com/redmine/ettus/projects/public/documents">Schematics</a>

Availability

January 2014

Now

Cost

<a href="http://www.nuand.com/blog/product/bladerf-x40/">$420</a>

<a href="http://www.nuand.com/blog/product/bladerf-x115/">$650</a>

<a href="https://www.ettus.com/product/details/UB100D-BDL">$675</a>

<a href="https://www.ettus.com/product/details/UB200-KIT">$675</a>

<a href="https://www.ettus.com/product/details/UB210-KIT">$1100</a>

[1] – Separate daughterboards are required to receive/transmit. The WBX transceiver is included in this kit

[2] – Half this if 16 bit samples are used

[3] – 56 MHz for single half duplex channel, 30.72 MHz per channel full duplex

[4] – There is a CPLD on the board, but no FPGA

[5] – Ettus confirmed that the HDL + Code + Schematics will be released for the B210/B200

[6] - Estimated retail price, cheaper though Kickstarter

射頻性能

對于更老的USRP B100來說,它可以用不同的子闆來覆寫不同的頻段。WBX子闆可以覆寫50MHz~2.2GHz。新的CBX子闆可以覆寫到6GHz。不過這種單獨購買子闆的方案的缺點是,成本會比HackRF和bladeRF高。

雙工性能

值得注意的是,HackRF不同于其他兩款硬體,它不支援全雙工。這意味着要切換收和發的話,必須每次給控制器發送指令。微控制器處理切換可能要花費微秒級的時間。如果要算上信号到達計算機的時間,切換時間會更長。

bladeRF和USRP B210/200都可以支援全雙工。USRP B100也支援全雙工。有一些比較老的子闆在B100上使用的時候,不支援全雙工。但大部分的子闆都可以支援。

需要注意的是,如果同時進行接收和發送。發射機可能會對接收機産生一些噪聲,因為畢竟發射機距離接收機很近。

與主機的通信

對SDR而言,與主機的通信方式是非常重要的,因為它決定了信号的帶寬和可靠性。

USRP B100和HackRF都使用USB2.0接口。這決定了最高的資料傳輸速率是35MB/s。然而,由于我們常常會在多個USB接口上插入其他裝置,他們是共享帶寬的,是以實際的資料速率比這更低。

USRP B210/200和bladeRF使用USB3.0接口。它可以支援400MB/s的傳輸速率。這對于大部分SDR應用來說,帶寬已經足夠了。與USB2.0類似,多個USB接口會共享帶寬。

有個潛在的問題是,USB3.0可能會被幹擾。Intel警告說,2.4GHz頻段的信号可能會對USB3.0造成幹擾,建議采取一些屏蔽措施。一個簡單的辦法是,你可以給闆卡包一張錫箔。bladeRF和B210/200的開發者都做了一些測試,并認為這不算什麼大問題。bladeRF的射頻子產品外面是包有外殼的。B210/200也很容易添加銅外殼。另外B210/200的電路闆上還有大面積的“鋪地”,這也能起到很好的屏蔽作用。

經過我的測試,USRP B210與我的ASMedia控制器連接配接還是有問題的。它隻能工作在USB2。實際上在我收到B210之前,Ettus的工程師就提醒過我,ASMedia USB3晶片不完全符合USB3标準。最後,我買了一個PCIe USB3接口卡,它用的是VL805晶片,價格大約$20,現在我可以正常工作在USB3模式了。鑒于bladeRF也用的是FX3晶片,是以我想它可能也跟ASMedia不比對。

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ADC/DAC

另一個名額是ADC和DAC的轉換速度。更高的采樣率需要更大的處理帶寬。許多老的通信系統可以使用非常低速的ADC或DAC,但比較新的通信系統,例如WiFi a/b/g,需要至少20MSps的ADC/DAC。在這三款硬體中,隻有USRP B210/B200能夠處理40MHz的802.11n信号。不過,即使USRP能夠處理,計算機是否能夠處理如此高速的資料,仍然是個巨大的挑戰。實際上,即使僅僅想把這樣高速的資料儲存下來,都是一件麻煩事。

帶寬

FPGA

如何使用這些基帶信号呢?要麼傳到計算機上處理,要麼在闆卡上處理。bladeRF和USRP B210/200都有比較強大的FPGA,還有FX3微控制器。B210使用Spartan 6 LX150 FPGA,它有150k邏輯單元;B200使用LX75 FPGA,有75k的邏輯單元。bladeRF使用Cyclone 4 FPGA,x40有40k邏輯單元,x115有115k邏輯單元。USRP B100用的是比較小的FPGA,有25k邏輯單元。而HackRF使用的是CPLD,信号處理主要依賴于闆上的微控制器。

邏輯單元的數量決定了FPGA的處理能力,顯然越大越好。FPGA的長處是并行處理,短處是主頻一般比微控制器低。如果開發者不是很擅長HDL語言的話,處理效率可能會比較低。

有一個差别需要注意的是,Ettus使用的是Xilinx的晶片,而nuand使用的是Altera的晶片,是以稍有不同。相比Altera,Xilinx的FPGA中有更多的DSP子產品,包括預加法器,乘法器和累加器;而Altera FPGA在DSP子產品部分隻有乘法器。這意味着,加法需要用邏輯陣列來實作,是以同樣的功能,Altera FPGA需要更多的邏輯單元。而且,Altera的RAM比Xilinx少。不過對于bladeRF,晶片上的RAM可能也夠用了。還有一點需要注意的是,B210的LX150不支援免費的Xilinx ISE,而LX75和Altera的FPGA是可以使用免費的開發軟體的。

最後強調一下FPGA的價格。x40 Cyclone IV價格大約100美元,x115 Cyclone IV大約315美元。這都是Digi-Key上的報價,可能不是廠家的成本價。不過這個晶片選型,至少說明了nuand不是一塊高質高端的硬體。

微控制器

除了較老的USRP B100,其他幾款闆卡都有非常強大的微控制器。B100用的是FX2來提供USB2.0連接配接,隻有16KB的RAM。bladeRF和B210/200都用的是FX3,提供USB3.0連接配接。HackRF用的是一個雙核LPC43XX晶片,處理USB2.0接口,以及控制射頻晶片。

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開發者社群

軟體無線電是個很大的概念,已經存在了十多年。一個硬體平台的使用者論壇或者社群是非常重要的。這些人可以互相提供技術支援,分享新創意。他們推動着創新的車輪持續前進。是以,對于一個生産SDR平台的公司,開發者社群是非常重要的,而且應給予大力支援。最簡單的一個方法就是,開放源碼,開放硬體。下面說說這三家公司都是怎麼做的。

源代碼

這三款硬體闆卡,所有的代碼,HDL檔案和電路原理圖都可以免費獲得,除了USRP B210/B200的還沒有釋出。HackRF更為開放,它甚至公布了所有的KiCad制闆檔案,包括原始格式的電路原理圖(不是PDF)和PCB布線圖。USRP B100和bladeRF的電路原理圖是PDF格式的。我希望B210/200也能盡快開放原理圖。HackRF的開放程度,使得其他人可以繼續改進HackRF的設計,而且也是開發者社群的讀者們非常好的學習材料。我想其他人可以很容易重用其中的一些設計。

HackRF比USRP的曆史要短得多,才剛開始開發一套代碼(Alin:開發環境驅動什麼的),不過進展很快。它應該能與GNU Radio相容,正在測試當中。HackRF的優勢在于,它有很多黑客型粉絲。已經有至少500塊免費的HackRF傳遞使用,到本文寫作的時間為止,又有1100塊HackRF已經在Kickstarter上被預定了。這些使用者可以為軟體開發做出很大的貢獻。相比USRP在學術界影響力,HackRF在黑客界有更大的影響力。當然,這兩個人群有一部分重合的地方。但我認為黑客們更有能力寫出更多更優秀的代碼。

nuand團隊是最近才釋出的bladeRF的GNU Radio驅動。我估計大約有400個使用者從Kickstarter上得到了bladeRF闆卡。另外,還有相當一部分使用者直接從nuand的網站訂購了bladeRF。所有這些使用者都能夠為bladeRF的代碼開發做出貢獻。因為bladeRF跟USRP B210一樣,使用了FX3,大容量的FPGA和單晶片的射頻收發晶片,我估計兩款硬體的驅動代碼中,有相當一部分可以共享。雖然Xilinx和Altera之間的差别,給代碼重用帶來了一點麻煩,但是我想隻要黑客們做出足夠的努力,bladeRF就可以與UHD接口相容,于是可以相容USRP已有的大量的應用程式。

硬體

在硬體的開放性方面,HackRF是做得最好的。而USRP呢,B210/B200使用的AD9361晶片可能是一個開放性的障礙。因為Analog Devices網站上隻提供了1頁的datasheet。是以除了Ettus公司以外,其他人很難獲得更詳細的資訊,除非你也跟AD公司簽過NDA。不過Ettus公司的人承諾說,他們會開放相關的驅動的源代碼。除了AD9361晶片以外,B210/B200上的其他晶片都有比較詳細的資料。關于bladeRF,LMS6002D晶片有長達15頁的datasheet,而且還有45頁的程式設計和校準指南,這些對于其他開發者來說都是現成的。

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最後的點評

HackRF,是一款覆寫頻率最寬,而且價格最低廉的SDR闆卡。它幾乎所有的資訊都是開源的,甚至包括KiCad檔案。缺點是它沒有FPGA,使用的低速的USB2接口,ADC/DAC的精度比較低。總的來說,HackRF非常适合那些對開放性要求很高的黑客,和那些那些對價格敏感的使用者。

bladeRF,它的亮點在于大容量的FPGA和高速的USB3接口。它能夠支援比較寬的頻段,但是不如另外兩者。它的ADC/DAC精度也還不錯。我建議那些想脫機運作程式,并且射頻頻點不需要太高的人們,考慮選擇這款硬體,

USRP B100,這是一款比較老的闆卡了,不能支援高帶寬的應用。它通過替換子闆來改變射頻頻段,最高可以支援到6GHz。它支援UHD接口。B100的價格跟B200是一樣的,但能力卻比B200差很多。是以我建議,隻有當你有一些很特殊的應用,或者你要使用自己開發的子闆時,才考慮B100。

USRP B210/B200,可以支援很寬的頻段,也支援高速的接口帶寬。它們有大容量的FPGA和快速的USB3接口。不過AD9361這款晶片的開放性略差。B210/B200是三款硬體中價格最貴的。但它們的很多名額已經與Ettus的另一款高端的N210闆卡可以媲美。而且,B210還是唯一一款直接支援2x2 MIMO的闆卡。我相信B210/B200将是最近市場上,性能最強的SDR平台,而且将得到Ettus公司的大力支援。我建議那些需要高帶寬、寬頻段,而且不需要脫機使用的應用,考慮這款硬體平台。

Alin評論:

有兩款硬體都是USB3.0接口的,說明USB3.0将成為SDR平台的主流接口。這與我們兩年前的看法也是一緻的。USB3的優點是USB接口數量多,而且很普及,速度也夠快。但缺點是傳輸距離可能不夠遠,是以我個人認為10G或者更高速率的以太網接口也将是另一種主流的接口。

另外我發現這三款硬體的電路闆都印成了黑底白字,比原來綠色的酷多了。看來硬體工程師們也開始注意“櫃子背面的闆子也要漂亮”了。

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本文轉自 K1two2 部落格園部落格,原文連結:http://www.cnblogs.com/k1two2/p/4611003.html  ,如需轉載請自行聯系原作者

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