硬件需求
本页面介绍搭建 5G NR 实验环境所需的硬件设备。
计算平台
推荐配置
| 配置项 | 最低要求 | 推荐配置 |
|---|---|---|
| CPU | 4 核 x86_64 | 8+ 核, 支持 AVX2 |
| 内存 | 8 GB | 16+ GB |
| 存储 | 50 GB SSD | 100+ GB NVMe |
| 网卡 | 1 Gbps | 10 Gbps |
| USB | USB 3.0 | USB 3.0 (SDR 用) |
提示
实时性能对于基站非常重要。建议禁用 CPU 节能功能，使用低延迟内核。
SDR 设备
USRP B210 (推荐)
Ettus Research USRP B210 是最常用的 5G 实验 SDR：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 频率范围 | 70 MHz - 6 GHz |
| 带宽 | 56 MHz (2x2 MIMO) |
| ADC/DAC | 12-bit, 61.44 MS/s |
| 接口 | USB 3.0 |
| 价格 | ~$1,500 USD |
适用场景：
- n78 (3.5 GHz) 频段实验
- 20 MHz 带宽 5G NR
SDR 架构解析
理解 SDR 的内部架构有助于调试和优化：
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ USRP B210 │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ USB 3.0 │◄──►│ FPGA │◄──►│ AD9361 │◄──► RF
│ │ Interface │ │ Spartan 6 │ │ Transceiver │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ ▲ │ │
│ │ Sample Rate │
│ │ Conversion │
│ └───────── USB 3.0 ~30 MB/s ────────────────────────│
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘核心组件：
| 组件 | USRP B210 | 功能 |
|---|---|---|
| FPGA | Xilinx Spartan 6 | 数字信号处理、采样率转换、USB 接口控制 |
| RF 芯片 | AD9361 | 射频收发器，支持 70MHz-6GHz，2x2 MIMO |
| USB 芯片 | Cypress FX3 | USB 3.0 SuperSpeed 接口 |
AD9361 射频芯片 是这类 SDR 的核心：
- 集成 ADC/DAC、混频器、滤波器、PLL
- 可编程带宽 200kHz - 56MHz
- 支持 TDD 和 FDD 模式
LibreSDR B210 (开源替代品)
LibreSDR B210 是 USRP B210 的开源硬件克隆，价格更低：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 频率范围 | 70 MHz - 6 GHz |
| 带宽 | 56 MHz (2x2 MIMO) |
| FPGA | Xilinx Artix 7 (XC7A100T) |
| RF 芯片 | AD9361 |
| 接口 | USB 3.0 |
| 价格 | ~$300-500 USD |
重要差异
LibreSDR 使用 Artix 7 FPGA，而非原版 B210 的 Spartan 6。这意味着需要使用专门编译的固件！
为什么需要不同的固件？
原版 USRP B210: Spartan 6 FPGA → usrp_b210_fpga.bin (官方)
LibreSDR B210: Artix 7 FPGA → usrp_b210_fpga.bin (LibreSDR 定制)FPGA 固件包含：
- 时钟管理逻辑 - 不同 FPGA 系列的 PLL 原语不同
- I/O 引脚配置 - 引脚映射可能不同
- DSP 核心 - 数字下变频、滤波器等
由于 Artix 7 和 Spartan 6 的架构差异，官方固件无法直接使用。LibreSDR 社区提供了重新编译的固件。
驱动架构 (UHD)
UHD (USRP Hardware Driver) 是 Ettus Research 开发的开源驱动框架：
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 应用层 (srsRAN, GNU Radio) │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ UHD API (C++/Python) │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ UHD 核心 (设备发现、流控制) │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ USB 传输层 (libusb) │ 网络传输层 (UDP) │
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
│ FPGA 固件 │ 固件加载器 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘| 组件 | 许可证 | 说明 |
|---|---|---|
| UHD 驱动 | GPLv3 | 开源，可自由使用和修改 |
| FPGA 源码 | 部分开源 | Ettus 提供部分源码 |
| AD9361 驱动 | GPLv2 | ADI 官方开源驱动 |
LibreSDR 设置步骤
- 安装 UHD 驱动
bash
# Ubuntu/Debian
sudo add-apt-repository ppa:ettusresearch/uhd
sudo apt update
sudo apt install libuhd-dev uhd-host- 下载 UHD 镜像
bash
sudo /usr/lib/uhd/utils/uhd_images_downloader.py- 替换为 LibreSDR 固件
bash
# 下载 LibreSDR 专用固件
wget https://github.com/lmesserStep/LibreSDRB210/raw/main/usrp_b210_fpga.bin
# 替换官方固件 (备份原文件)
sudo cp /usr/share/uhd/images/usrp_b210_fpga.bin \
/usr/share/uhd/images/usrp_b210_fpga.bin.bak
sudo cp usrp_b210_fpga.bin /usr/share/uhd/images/- 验证设备
bash
uhd_usrp_probe预期输出：
[INFO] [B200] Detected Device: B210
[INFO] [B200] Loading FPGA image: /usr/share/uhd/images/usrp_b210_fpga.bin...
[INFO] [B200] Operating over USB 3.
[INFO] [B200] Register loopback test passed兼容性
LibreSDR 固件已在 UHD 4.0-7.0 版本上测试通过。
许可证与法律注意事项
| 方面 | 说明 |
|---|---|
| 硬件设计 | LibreSDR 是开源硬件，可自由复制 |
| UHD 驱动 | GPLv3，可商业使用但需开源修改 |
| FPGA 固件 | 社区编译，基于开源 USRP FPGA 代码 |
| RF 使用 | ⚠️ 需遵守当地无线电法规 |
射频合规
无论使用哪种 SDR，发射信号前必须：
- 获得适当的无线电执照
- 使用屏蔽箱进行实验
- 确保发射功率和频率合规
USRP N310
高性能版本，适合更大带宽实验：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 频率范围 | 10 MHz - 6 GHz |
| 带宽 | 100 MHz (4x4 MIMO) |
| ADC/DAC | 14-bit, 153.6 MS/s |
| 接口 | 10 Gbps Ethernet |
| 价格 | ~$8,000 USD |
BladeRF x40/xA4
性价比较高的选择：
| 参数 | BladeRF x40 | BladeRF xA4 |
|---|---|---|
| 频率范围 | 300 MHz - 3.8 GHz | 47 MHz - 6 GHz |
| 带宽 | 40 MHz | 56 MHz |
| 接口 | USB 3.0 | USB 3.0 |
| 价格 | ~$420 USD | ~$480 USD |
LimeSDR
开源社区选择：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 频率范围 | 100 kHz - 3.8 GHz |
| 带宽 | 61.44 MHz |
| MIMO | 2x2 |
| 接口 | USB 3.0 |
| 价格 | ~$300 USD |
天线
频段选择
常用 5G NR 频段：
| 频段 | 频率范围 | 带宽 | 说明 |
|---|---|---|---|
| n78 | 3300-3800 MHz | 100 MHz | Sub-6 主力频段 |
| n77 | 3300-4200 MHz | 100 MHz | 覆盖 n78 |
| n41 | 2496-2690 MHz | 194 MHz | TDD 频段 |
| n1 | 1920-2170 MHz | 60 MHz | FDD 频段 |
推荐天线
- 全向天线: 适合实验室测试
- 定向天线: 适合特定方向覆盖
- PCB 天线: 适合短距离测试
注意
确保天线频率范围覆盖你的实验频段。阻抗应为 50Ω。
SIM 卡
可编程 SIM
推荐使用 sysmoUSIM-SJS1：
| 特性 | 规格 |
|---|---|
| 类型 | USIM (4G/5G) |
| 算法 | Milenage, TUAK |
| 接口 | PC/SC 编程 |
| 价格 | ~$10 USD |
SIM 卡编程
使用 pySim 工具写入参数：
bash
pip install pysim
# 写入 IMSI 和 Key
pySim-prog.py -p 0 -t sysmoUSIM-SJS1 \
-i 001010000000001 \
-k 465B5CE8B199B49FAA5F0A2EE238A6BC \
-o E8ED289DEBA952E4283B54E88E6183CA \
-a 12345678测试终端
COTS 手机
支持 5G SA 的商用手机：
- Samsung Galaxy S21+ 及以上
- Google Pixel 5 及以上
- OnePlus 8T 及以上
提示
确保手机支持你使用的频段，并且可以强制 5G SA 模式。
srsUE
软件 UE 方案，需要额外一套 SDR：
- 无需真实手机和 SIM 卡
- 便于自动化测试
- 可查看详细日志
屏蔽箱
为避免干扰，强烈建议使用 RF 屏蔽箱：
| 类型 | 隔离度 | 用途 |
|---|---|---|
| 小型屏蔽箱 | 60-80 dB | 手机 + 天线 |
| 中型屏蔽箱 | 80-100 dB | 完整测试台 |
采购清单
基础实验环境
| 设备 | 数量 | 预算 |
|---|---|---|
| USRP B210 | 1 | $1,500 |
| 天线 (n78) | 2 | $100 |
| SIM 卡 | 5 | $50 |
| SIM 读卡器 | 1 | $20 |
| 小型屏蔽箱 | 1 | $500 |
| 合计 | - | ~$2,200 |
进阶实验环境
| 设备 | 数量 | 预算 |
|---|---|---|
| USRP N310 | 1 | $8,000 |
| USRP B210 (UE 用) | 1 | $1,500 |
| 天线套装 | 1 | $300 |
| 中型屏蔽箱 | 1 | $2,000 |
| 合计 | - | ~$12,000 |
下一步
- 快速开始 - 开始搭建实验环境
- Open5GS 安装 - 核心网部署