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、2100G QSFP+（兼容40G） 110G SFP+、1TF卡、1USB3.0、12GPIOs 1*USB-UART/JTAG	存储空间： PS端DDR4：4GByte1@64bit 2400MT/s PL端DDR4：4GByte2@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：340mm260mm74mm
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
射频带宽（Hz）	发射	200K~56M	450M	450M	6G
射频通路	接收	2	4	8	8
射频通路	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				●(2)
外设接口	GPIO		●(12)		●(12)
	GPSBD		○	○	○
	GPU		○
	TF卡	●	●		●
	TRIG IN		●		●
	TRIG OUT		●		●
	REFIN		●		●
	REFOUT				●
	HDMI		○
	UART	●	●	●	●