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[转载]三款SDR平台对比:HackRF,bladeRF和USRP

这篇文章是 Taylor Killian 13年8月发表在自己的博客上的。他对比了三款平价的SDR平台,认为这三款产品将是未来一年中最受欢迎的SDR平台。我觉得这篇文章很有参考价值,简单翻译一份转过来。

原文在这里:

<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>

翻起来才发现,太长了。觉得这么长就没必要翻译了,不符合快速阅读的习惯,深度阅读的人显然应该直接看原文。但是既然开了个头,就翻完吧。

以下是原文翻译:

今年或者明年看起来是SDR的黄金年代。将有三款新的SDR平台面世,用户可以有很多选择。这篇文章将比较这三款SDR平台:Great Scott Gadgets生产的HackRF, nuand生产的bladeRF, 和Ettus生产的USRP (B200/210)。

刚开始,这篇文章是想拿Ettus的USRP B100和N210跟HackRF、bladeRF比较。但当我把初稿发给Ettus公司看的时候,他们说新的USRP B200/210很快就要发布了,而且给我寄了一块开发版的B210。所以后来我重新修订了这篇文章。现在B210已经发布了,可以从Ettus购买。

下表是三款硬件的对比!(Alin:重点看这个表就够了^_^)

<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

射频性能

对于更老的USRP B100来说,它可以用不同的子板来覆盖不同的频段。WBX子板可以覆盖50MHz~2.2GHz。新的CBX子板可以覆盖到6GHz。不过这种单独购买子板的方案的缺点是,成本会比HackRF和bladeRF高。

双工性能

值得注意的是,HackRF不同于其他两款硬件,它不支持全双工。这意味着要切换收和发的话,必须每次给控制器发送命令。微控制器处理切换可能要花费微秒级的时间。如果要算上信号到达计算机的时间,切换时间会更长。

bladeRF和USRP B210/200都可以支持全双工。USRP B100也支持全双工。有一些比较老的子板在B100上使用的时候,不支持全双工。但大部分的子板都可以支持。

需要注意的是,如果同时进行接收和发送。发射机可能会对接收机产生一些噪声,因为毕竟发射机距离接收机很近。

与主机的通信

对SDR而言,与主机的通信方式是非常重要的,因为它决定了信号的带宽和可靠性。

USRP B100和HackRF都使用USB2.0接口。这决定了最高的数据传输速率是35MB/s。然而,由于我们常常会在多个USB接口上插入其他设备,他们是共享带宽的,因此实际的数据速率比这更低。

USRP B210/200和bladeRF使用USB3.0接口。它可以支持400MB/s的传输速率。这对于大部分SDR应用来说,带宽已经足够了。与USB2.0类似,多个USB接口会共享带宽。

有个潜在的问题是,USB3.0可能会被干扰。Intel警告说,2.4GHz频段的信号可能会对USB3.0造成干扰,建议采取一些屏蔽措施。一个简单的办法是,你可以给板卡包一张锡箔。bladeRF和B210/200的开发者都做了一些测试,并认为这不算什么大问题。bladeRF的射频模块外面是包有外壳的。B210/200也很容易添加铜外壳。另外B210/200的电路板上还有大面积的“铺地”,这也能起到很好的屏蔽作用。

经过我的测试,USRP B210与我的ASMedia控制器连接还是有问题的。它只能工作在USB2。实际上在我收到B210之前,Ettus的工程师就提醒过我,ASMedia USB3芯片不完全符合USB3标准。最后,我买了一个PCIe USB3接口卡,它用的是VL805芯片,价格大约$20,现在我可以正常工作在USB3模式了。鉴于bladeRF也用的是FX3芯片,所以我想它可能也跟ASMedia不匹配。

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ADC/DAC

另一个指标是ADC和DAC的转换速度。更高的采样率需要更大的处理带宽。许多老的通信系统可以使用非常低速的ADC或DAC,但比较新的通信系统,例如WiFi a/b/g,需要至少20MSps的ADC/DAC。在这三款硬件中,只有USRP B210/B200能够处理40MHz的802.11n信号。不过,即使USRP能够处理,计算机是否能够处理如此高速的数据,仍然是个巨大的挑战。实际上,即使仅仅想把这样高速的数据储存下来,都是一件麻烦事。

带宽

FPGA

如何使用这些基带信号呢?要么传到计算机上处理,要么在板卡上处理。bladeRF和USRP B210/200都有比较强大的FPGA,还有FX3微控制器。B210使用Spartan 6 LX150 FPGA,它有150k逻辑单元;B200使用LX75 FPGA,有75k的逻辑单元。bladeRF使用Cyclone 4 FPGA,x40有40k逻辑单元,x115有115k逻辑单元。USRP B100用的是比较小的FPGA,有25k逻辑单元。而HackRF使用的是CPLD,信号处理主要依赖于板上的微控制器。

逻辑单元的数量决定了FPGA的处理能力,显然越大越好。FPGA的长处是并行处理,短处是主频一般比微控制器低。如果开发者不是很擅长HDL语言的话,处理效率可能会比较低。

有一个差别需要注意的是,Ettus使用的是Xilinx的芯片,而nuand使用的是Altera的芯片,因此稍有不同。相比Altera,Xilinx的FPGA中有更多的DSP模块,包括预加法器,乘法器和累加器;而Altera FPGA在DSP模块部分只有乘法器。这意味着,加法需要用逻辑阵列来实现,所以同样的功能,Altera FPGA需要更多的逻辑单元。而且,Altera的RAM比Xilinx少。不过对于bladeRF,芯片上的RAM可能也够用了。还有一点需要注意的是,B210的LX150不支持免费的Xilinx ISE,而LX75和Altera的FPGA是可以使用免费的开发软件的。

最后强调一下FPGA的价格。x40 Cyclone IV价格大约100美元,x115 Cyclone IV大约315美元。这都是Digi-Key上的报价,可能不是厂家的成本价。不过这个芯片选型,至少说明了nuand不是一块高质高端的硬件。

微控制器

除了较老的USRP B100,其他几款板卡都有非常强大的微控制器。B100用的是FX2来提供USB2.0连接,只有16KB的RAM。bladeRF和B210/200都用的是FX3,提供USB3.0连接。HackRF用的是一个双核LPC43XX芯片,处理USB2.0接口,以及控制射频芯片。

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开发者社区

软件无线电是个很大的概念,已经存在了十多年。一个硬件平台的使用者论坛或者社区是非常重要的。这些人可以相互提供技术支持,分享新创意。他们推动着创新的车轮持续前进。因此,对于一个生产SDR平台的公司,开发者社区是非常重要的,而且应给予大力支持。最简单的一个方法就是,开放源码,开放硬件。下面说说这三家公司都是怎么做的。

源代码

这三款硬件板卡,所有的代码,HDL文件和电路原理图都可以免费获得,除了USRP B210/B200的还没有发布。HackRF更为开放,它甚至公布了所有的KiCad制板文件,包括原始格式的电路原理图(不是PDF)和PCB布线图。USRP B100和bladeRF的电路原理图是PDF格式的。我希望B210/200也能尽快开放原理图。HackRF的开放程度,使得其他人可以继续改进HackRF的设计,而且也是开发者社区的读者们非常好的学习材料。我想其他人可以很容易重用其中的一些设计。

HackRF比USRP的历史要短得多,才刚开始开发一套代码(Alin:开发环境驱动什么的),不过进展很快。它应该能与GNU Radio兼容,正在测试当中。HackRF的优势在于,它有很多黑客型粉丝。已经有至少500块免费的HackRF交付使用,到本文写作的时间为止,又有1100块HackRF已经在Kickstarter上被预定了。这些用户可以为软件开发做出很大的贡献。相比USRP在学术界影响力,HackRF在黑客界有更大的影响力。当然,这两个人群有一部分重合的地方。但我认为黑客们更有能力写出更多更优秀的代码。

nuand团队是最近才发布的bladeRF的GNU Radio驱动。我估计大约有400个用户从Kickstarter上得到了bladeRF板卡。另外,还有相当一部分用户直接从nuand的网站订购了bladeRF。所有这些用户都能够为bladeRF的代码开发做出贡献。因为bladeRF跟USRP B210一样,使用了FX3,大容量的FPGA和单芯片的射频收发芯片,我估计两款硬件的驱动代码中,有相当一部分可以共享。虽然Xilinx和Altera之间的差别,给代码重用带来了一点麻烦,但是我想只要黑客们做出足够的努力,bladeRF就可以与UHD接口兼容,于是可以兼容USRP已有的大量的应用程序。

硬件

在硬件的开放性方面,HackRF是做得最好的。而USRP呢,B210/B200使用的AD9361芯片可能是一个开放性的障碍。因为Analog Devices网站上只提供了1页的datasheet。因此除了Ettus公司以外,其他人很难获得更详细的信息,除非你也跟AD公司签过NDA。不过Ettus公司的人承诺说,他们会开放相关的驱动的源代码。除了AD9361芯片以外,B210/B200上的其他芯片都有比较详细的资料。关于bladeRF,LMS6002D芯片有长达15页的datasheet,而且还有45页的编程和校准指南,这些对于其他开发者来说都是现成的。

[转载]三款SDR平台对比:HackRF,bladeRF和USRP

最后的点评

HackRF,是一款覆盖频率最宽,而且价格最低廉的SDR板卡。它几乎所有的信息都是开源的,甚至包括KiCad文件。缺点是它没有FPGA,使用的低速的USB2接口,ADC/DAC的精度比较低。总的来说,HackRF非常适合那些对开放性要求很高的黑客,和那些那些对价格敏感的用户。

bladeRF,它的亮点在于大容量的FPGA和高速的USB3接口。它能够支持比较宽的频段,但是不如另外两者。它的ADC/DAC精度也还不错。我建议那些想脱机运行程序,并且射频频点不需要太高的人们,考虑选择这款硬件,

USRP B100,这是一款比较老的板卡了,不能支持高带宽的应用。它通过替换子板来改变射频频段,最高可以支持到6GHz。它支持UHD接口。B100的价格跟B200是一样的,但能力却比B200差很多。所以我建议,只有当你有一些很特殊的应用,或者你要使用自己开发的子板时,才考虑B100。

USRP B210/B200,可以支持很宽的频段,也支持高速的接口带宽。它们有大容量的FPGA和快速的USB3接口。不过AD9361这款芯片的开放性略差。B210/B200是三款硬件中价格最贵的。但它们的很多指标已经与Ettus的另一款高端的N210板卡可以媲美。而且,B210还是唯一一款直接支持2x2 MIMO的板卡。我相信B210/B200将是最近市场上,性能最强的SDR平台,而且将得到Ettus公司的大力支持。我建议那些需要高带宽、宽频段,而且不需要脱机使用的应用,考虑这款硬件平台。

Alin评论:

有两款硬件都是USB3.0接口的,说明USB3.0将成为SDR平台的主流接口。这与我们两年前的看法也是一致的。USB3的优点是USB接口数量多,而且很普及,速度也够快。但缺点是传输距离可能不够远,所以我个人认为10G或者更高速率的以太网接口也将是另一种主流的接口。

另外我发现这三款硬件的电路板都印成了黑底白字,比原来绿色的酷多了。看来硬件工程师们也开始注意“柜子背面的板子也要漂亮”了。

[转载]三款SDR平台对比:HackRF,bladeRF和USRP

本文转自 K1two2 博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/k1two2/p/4611003.html  ,如需转载请自行联系原作者

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