USRP7440-通用软件无线电平台

1、产品描述

USRP7440基于第三代XILINX Zynq UltraScale+ RFSoC架构，它将射频ADC、DAC、ARM、FPGA等集成一体，瞬时带宽可以达到2.5GHz，尤其适合于射频直采应用，比如通信与雷达。

第一代RFSOC高达4GHz

• 8x 或 16x 6.554GSPS DAC
• 8x 4.096GSPS

          或16x 2.058GSPS ADC

第二代RFSOC高达5GHz

• 16x 6.554GSPS DAC
• 16x 2.220GSPS ADC

第三代RFSOC高达6GHz

• 8x 或 16x 9.851GSPS DAC
• 高达 8x 5.0GSPS

         或 16x 2.5GSPS 的 ADC

USRP7440采用第三代RFSOC芯片XCZU47DR-FFVG1517，其ADC最大支持5.0GSPS，DAC最大支持9.8GSPS，支持8路 14bit ADC，8路14bit DAC，仪表级的高速ADC与DAC，可实现2.5G的实时带宽，它不但可以满足现有各类商用协议的最高带宽要求，也可以支持包括6G、卫星通信、太赫兹等超高带宽的场景。

Zynq UltraScale+ RFSoC产品系列可为部署5G无线通信系统、有线电视接入、高级相控阵雷达解决方案，以及包括测量测试和卫星通信在内的其它应用，提供所需的广泛频段覆盖范围。通过取代分立式组件，这些器件可将功耗及封装尺寸锐降50%，是电信运营商部署5G系统实现大规模多输入多输出基站的理想选择。

2、系统框图

3、指标特征 

RFSOCSOC主处理器：XCZU47DR-FFVG1517

射频通路：8收8发

最大工作频率：6GHz

幅度平坦度：≤2dB@1GHz带宽

最大允许输入功率：14.6dBm

最大输出功率：6dBm

接收SFDR：≥60dBc

发射SFDR：≥55dBc

接收杂散：≤-70dBc

发射带外杂散：≤-75dBm/MHz

接收NSD：≤-140dBFs/Hz

发射NSD：≤-150dBm/Hz

接收HD2：≤-55dBc；接收HD3：≤-60dBc

发射HD2：≤-50dBc；发射HD3：≤-50dBc

接收IM3：≤-65dBc

发射IM3：≤-55dBc

灵敏度：-60dBm（BW=20MHz）

EVM：0.7%

通道隔离度：≤-70dBc

通道相位差：≤1°

高速ADC：14bit，采样率可配置

高速DAC：14bit，采样率可配置

数据接口：

1*千兆网、2*100G QSFP+（兼容40G）

1*10G SFP+、1*TF卡、1*USB3.0、12*GPIOs

1*USB-UART/JTAG

存储空间：

PS端DDR4：4GByte*1@64bit 2400MT/s

PL端DDR4：4GByte*2@64bit 2666MT/s

eMMC：64GBytes

QSPI Flash：64MByte

同步接口：支持参考时钟输入输出

功耗：＜65W

供电：DC 9~14V（典型12V）

尺寸：340mm*260mm*74mm

工作温度：-40℃～60℃

工作湿度：2%～95%（25℃），无凝结

4、 整机功能指标

项目

功能描述

通道数量

8路接收，8路发送，支持多通道相位同步功能

工作模式

FDD/TDD模式

通信带宽

单通道最高实时带宽2GHz

外参考

支持外部参考时钟输入

增益控制

支持AGC和MGC

信号采集

支持1-8任意通道数据采集上传，需搭配前传卡并配合bhSDR Studio软件

接收采样率

支持动态采样率配置

ADC最大5GSPS，可支持的插值或抽取模式为x1,x2,x3,x4,x5,x6,x8,x10,x12,x16,x20,x24,x40

回放采样率

支持动态采样率配置

DAC最大9.8GSPS，可支持的插值或抽取模式为x1,x2,x3,x4,x5,x6,x8,x10,x12,x16,x20,x24,x40

信号回放

支持1-8个任意通道数据回放，需搭配前传卡并配合bhSDR Studio软件

信号源

支持产生单音、多音、AM、FM、BPSK、QPSK、QAM等多种信号并发送，搭配前传卡并配合bhSDR VSG软件

频谱分析

支持简易频谱分析显示, 搭配前传卡并配合bhSDR Studio软件

数据存储

支持1-8通道数据连续采集并存储；选配存储模块，或搭配前传卡数据存储

通信仿真

支持Matlab通信仿真，具备单音、典型波形收发案例

协议栈

支持5G OAI协议栈

数据通信

接口

光纤接口

两路100Gbps/40Gbps QSFP+光纤接口

万兆网

支持10Gbps,单路

千兆网

一路10/100/1000Mbps自适应以太网接口

USB

一路USB3.0接口

5、 功能特点

5.1、超高瞬时带宽至2GHz  

对于WIFI6信号最高160MHz带宽，WIFI7最高320MHz，5G毫米波最高达800MHz，卫星通信领域带宽通常需要960MHz。对于频谱对抗、阵列与相控雷达、信道仿真，则带宽越宽越好，可能需要高达2GHz。对于频谱对抗与侦查，射频直采的记录与领域，超大带宽也可以全面的对信号进行收集处理，可以替代传统的多种高端仪器或分布式设备。

5.2、8收8发的多通道支持  

USRP7440平台提供8路发送与8路接收，无论是通道数量或者是瞬时带宽，均达到了国内软无产品的高端水平。USRP7440的每个通道都是独立的，即每个通道都可以调谐到不同的频率，用于频分复用（FDD）应用或同时仿真多个信号。通道还可以通过恒温晶振，内部GPS带驯服功能振荡器（GPSDO）用于高精度的同步时间戳，对外可提供10MHz 参考和秒脉冲（1PPS），用于多设备分布式的射频信号采集与分析。

5.3、高性能的基带单元  

USRP7440平台采用XCZU47DR作为主处理器，具有丰富的片上资源，包括可4核的ARM Cortex-A53处理器核心，2核的ARM Cortex-R5实时处理器核心，双核的ARM Mali-400 MP2 GPU。

XCZU47DR也拥有丰富的FPGA逻辑资源，包括930K逻辑单元，4272个DSP资源等。

USRP7440提供三组64位宽的DDR4内存，其中PS端一组的运行频率为2400MT/s，PL端两组的运行频率为2666MT/s，可以充分满足高并发的数据吞吐需求。

 5.4、高速交互接口  

USRP7440平台提供2个100G QSFP+光口（可兼容40G）以及1路10G SFP+光口，通过与硬件加速卡互联，可用于将数据高速并行的传输到其它计算单元。

通过FPGA硬件加速卡，将100G光口转换成了PCIe3.0接口，并且提供了完善驱动和API接口库，用户可以直接调用接口函数来获取数据，可以支持100G接口的满速率通信。硬件加速卡FPGA采用开放接口，支持用户自己二次开发，使用户可以在加速卡上部署自己的算法功能。

 BAC500硬件加速卡采用Xilinx Ultrascale+系列FPGA的VU9P/VU13P作为加速芯片，该芯片采用16nm工艺，提供了丰富的片上逻辑资源。

 5.5、支持各类软件包  

USRP7440平台提供八通道射频记录、回放，以及频谱观测软件工具bhSDR Studio；支持bhSDR Matlab直接连接进行无线系统仿真；支持多通道同步校准与补偿工具包；面向5G领域，基于OAI协议栈提供基站（含CU+DU）、一体化核心网及UE软件套件。

得益于USRP7440的多通道与大带宽特性，它尤其适用于卫星通信领域、毫米波以及太赫兹研究。

 6、应用领域

6.1、5G及LTE无线技术

通过Zynq RFSoC，无线基础设施制造商可实现显著的占板面积及功耗减少，这对Massive MIMO 部署至关重要。

6.2、相控阵雷达/数字阵雷达

作为面向可扩展、多功能、相控阵雷达的单芯片TRX解决方案，Zynq UltraScale+ RFSoC能够在预警场景下实现低时延收发，获得最佳响应时间。

6.3、测试与测量

通过在Zynq UltraScale+ RFSoC中使用直接RF采样、高灵活、可重构逻辑及软件可编程性，为信号生成和信号分析构建高速度的多功能仪器。

 7、bhSDR系列硬件选型表

产品系列

USRP4120

UCRP4320

USRP6330

USRP7440

板载处理器

ZC7020

ZU19EG

ZU15EG

XCZU47DR

射频收发器

AD9361

2*ADRV9009

2*ADRV9026

XCZU47DR

射频带宽

（Hz）

接收

200K~56M

200M

200M

2G

发射

200K~56M

450M

450M

6G

射频通路

接收

2

4

8

8

发射

2

4

8

8

主机接口

PCIe电缆

●

USB3.0

●

●(2)

●

1G以太网

●

●

●

●

10G SFP+

●(4)

●

40G QSFP

●

●(2)

100G QSFP

外设接口

GPIO

●(12)

●(12)

GPSBD

○

○

○

GPU

○

TF卡

●

●

●

TRIG IN

●

●

TRIG OUT

●

●

REFIN

●

●

REFOUT

●

HDMI

○

UART

●

●

●

●

 注：○ 表示选配

bhSDR系列产品不仅提供通用化的硬件平台，还提供系列软件产品：

      ● bhSDR Studio：用于软件无线电系统调测以及射频直采和回放、观测

      ● bhSDR VSG：矢量信号源生成软件，可替代大部分中低端信号源功能

      ● bhSDR Driver：提供开源的bhSDR通信与控制接口，用户可进行二次开发

      ● bhSDR Matlab：连接bhSDR系列硬件与Matlab软件进行直观实时仿真

      ● bhSDR Ai：提供了基于AI的信号处理框架与软件

同时，面向5G、6G、雷达、卫星通道、毫米波通信、高清图传等领域，bhSDR也提供完整的软件解决方案，以加速用户产品的快速成型。

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