NI USRP 하드웨어란?

개요

NI USRP (Universal Software Radio Peripheral)는 컴퓨터에서 구동되는 RF 트랜시버로 소프트웨어 정의 라디오를 개발하고 연구하는데 사용됩니다. NI USRP 트랜시버는 몇 가지 대역에서 라디오 주파수를 송수신할 수 있으며 통신 관련 강의 및 연구용 어플리케이션에 사용할 수 있습니다. NI USRP 트랜시버를 NI LabVIEW 소프트웨어와 결합하면 실제 신호를 사용하여 유기적으로 소프트웨어를 개발하고 실습 강의를 진행할 수 있는 경제적인 솔루션이 완성됩니다.

내용

소프트웨어 정의 라디오(SDR)

NI USRP 하드웨어와 LabVIEW 소프트웨어는 유연성과 기능을 갖춘 경제적인 솔루션으로, 학교나 통신 연구소에 적합한 소프트웨어 정의 라디오 프로토타이핑 플랫폼입니다.

기가비트 이더넷이 연결된 호스트 컴퓨터에서 실행되는 LabVIEW에는 NI USRP 하드웨어로 스트리밍되는 신호를 변조 및 복조하기 위한 신호 프로세싱 엔진이 포함되어 있습니다. LabVIEW 소프트웨어 확장 툴킷은 여러 가지 보편적인 아날로그 및 디지털 변조 기술과 실제 무선 신호에 맞게 최적화된 신호 프로세싱 알고리즘을 위한 기능을 제공합니다.

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그림 1. NI USRP 하드웨어를 LabVIEW 소프트웨어와 결합하여 쉽게 사용할 수 있는 소프트웨어 정의 라디오를 완성합니다.

 

일반적인 활용 사례

NI USRP 하드웨어, LabVIEW 소프트웨어, 관련 코스웨어를 결합하면 이상적인 실습 솔루션이 탄생합니다. 기초 통신 교육과정에서 이 플랫폼을 사용하면 학생들이 전체 통신 시스템을 제대로 이해하고 실제 신호를 다루어볼 수 있게 됩니다. 이보다 수준이 높은 고급 디지털 통신 교육과정에서는 학생들이 직접 LabVIEW나 LabVIEW MathScript RT Module이 지원하는 .m 파일 구문으로 알고리즘을 작성하여 통신 시스템의 여러 가지 요소를 구현하고 최적화 할 수 있습니다. 이러한 방식을 보다 확장하면 다이나믹 스펙트럼 접근, 화이트 스페이스, 물리적 계층 및 MAC 계층 등의 연구 분야에 활용할 수 있습니다. NI USRP 플랫폼은 맞춤형 프로토콜을 구축하거나 스펙트럼을 디스크에 로깅하는데 사용할 수 있는 간단한 송수신 어플리케이션에도 유용합니다.

 

하드웨어 개요

일반적인 소프트웨어 정의 라디오 아키텍처에 따라 NI USRP 하드웨어는 고속 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 디지털-아날로그 변화기(DAC)로 직접 변환 아날로그 프런트 엔드를 구현하며, 디지털 다운 변환(DDC)과 디지털 업 변환(DUC) 단계를 위한 고정된 특성의 FPGA를 갖추고 있습니다. 리시버 체인은 아주 작은 신호도 수신할 수 있으며 직접 다운 변환을 사용하여 이러한 신호를 동위상(I) 및 직교위상(Q) 베이스밴드로 디지타이징 할 수 있는 높은 민감도의 아날로그 프런트 엔드로 시작합니다. 다운 변환 후, 고속 아날로그-디지털 변환 및 DDC를 사용하여 샘플링 속도를 줄이고 I 및 Q를 패킷으로 묶은 다음 추가적인 처리를 위해 기가비트 이더넷을 통해 호스트 컴퓨터로 전송합니다. 트랜스미터 체인은 I와 Q가 생성되어 이더넷 케이블을 통해 NI USRP 하드웨어로 전달되는 호스트 컴퓨터에서 시작됩니다. DUC는 신호가 DAC를 통과할 수 있도록 준비하며, 그 이후에는 I-Q 믹싱이 일어나 신호를 직접 업 변환하여 RF 주파수 신호를 생성합니다. 이 주파수 신호는 다시 증폭되어 전송됩니다.

 

 

그림 2. NI USRP 2920 시스템 레벨 다이어그램

 

소프트웨어 개요

LabVIEW는 통신 알고리즘을 설계하고 구현하는데 적합한 그래픽 기반 데이터 흐름 프로그래밍 언어입니다. 기본적으로 LabVIEW 소프트웨어는 NI-USRP 드라이버를 사용하여 NI USRP 하드웨어 설정을 지정하고 올바르게 포맷된 베이스밴드 I/Q 데이터를 주고받습니다. LabVIEW Modulation ToolkitLabVIEW MathScript RT Module은 통신 분야에 특화된 추가적인 기능을 제공하고 LabVIEW가 네이티브 .m 파일 스크립트를 지원할 수 있도록 해주는 모듈입니다. 채널 코딩, 펄스 형성, 채널 손상 시뮬레이션, 시각화 등의 기능 블록을 제공하는 LabVIEW Modulation Toolkit은 대부분의 어플리케이션에 필수적입니다. 툴킷에 포함된 예제는 바로 활용할 수 있으며, 다양한 변조 방식을 사용하는 통신 링크를 구현하기 위한 시작점의 역할을 합니다. LabVIEW MathScript RT Module은 .m 파일 구문을 지원하여 최대한 코드를 이동시키고 재활용할 수 있도록 해줍니다. .m 파일 구문을 사용하면 구성한 시뮬레이션을 하드웨어 기반 시스템에 통합하여 신속하게 검증할 수 있습니다. NI USRP 하드웨어 키트를 구매하면 LabVIEW Modulation Toolkit과 LabVIEW MathScript RT Module이 모두 포함되어 있습니다.

 

 

그림 3. NI LabVIEW Modulation Toolkit은 통신에 특화된 추가적인 기능을 제공합니다.

 

왜 NI를 선택해야 할까요?

내쇼날인스트루먼트가 기술지원을 제공하는 NI USRP 하드웨어의 품질 보증 기간은 1년이며, 연장이 가능합니다. NI는 완전히 조립되어 있으며 CE (European Conformity)의 인증을 받은 소프트웨어와 하드웨어 플랫폼을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. NI가 제공하는 툴에는 처음 제품을 사용할 때부터 실제로 신호를 송신하거나 수신할 때까지 유용하게 활용할 수 있는 상세한 단계별 도움말이 포함되어 있습니다. NI USRP 하드웨어에 LabVIEW와 어플리케이션용 코스웨어를 결합하면 RF 및 통신 교육과 연구에 유용한 솔루션이 탄생합니다.