Protocollo UHD per il controllo del SDR tramite software O-RAN

This thesis focuses on the implementation, configuration, and analysis of a private 5G network using the open-source Software Radio System RAN (srsRAN) suite and Universal Software Radio Peripheral (USRP) devices, with particular emphasis on an in-depth study of the USRP Hardware Driver (UHD) protocol, a key component for interfacing between radio software and Software Defined Radio (SDR) hardware. The objective is twofold: on the one hand, to understand the role of the UHD protocol within the transmission chain, highlighting its strengths and weaknesses; on the other, to demonstrate, through a series of practical experiments, how it is possible to build a reliable, fully functional, low-cost standalone 5G network. A complete configuration was set up during the project, including the 5G core, the Next Generation Node Base (gNB), and one or more end-user devices, using a USRP B210 as the radio front-end. Several configurations were tested in terms of frequency, bandwidth, and PHY/MAC parameters, with particular interest in the 3.9 GHz to 4.1 GHz range. The behavior of the UHD driver was analyzed in detail to understand data flow, timing mechanisms, synchronization, and buffer management between the host and the SDR, shedding light on critical aspects related to latency and reliability in real-time scenarios. The results demonstrate that even with limited resources, it is possible to replicate advanced mobile network functionalities and develop flexible platforms for research and experimentation in the 5G domain.

Il presente lavoro di tesi si concentra sull’implementazione, configurazione e analisi di una rete 5G privata attraverso l’utilizzo della suite open-source Software Radio System RAN (srsRAN) e di dispositivi Universal Software Radio Peripheral (USRP), con particolare attenzione allo studio approfondito del protocollo USRP Hardware Driver (UHD), componente essenziale per l’interfacciamento tra il software radio e l’hardware Software Defined Radio (SDR). L’obiettivo è duplice: da un lato comprendere il ruolo del protocollo UHD all’interno della catena di trasmissione, evidenziandone le criticità e i punti di forza; dall’altro dimostrare, tramite una serie di esperimenti pratici, come sia possibile generare una rete 5G standalone a basso costo, affidabile e pienamente funzionante. Nel corso del lavoro è stata realizzata una configurazione completa che include il 5G core, il Next Generation Node Base (gNB) e uno o più dispositivi terminali, sfruttando una USRP B210 come front-end radio. Sono state esaminate diverse configurazioni di frequenza, larghezza di banda e parametri PHY/MAC, con particolare interesse per la gamma di frequenze tra 3,9 GHz e 4,1 GHz. Il comportamento del driver UHD è stato analizzato in dettaglio per comprendere il flusso dati e i meccanismi di temporizzazione, sincronizzazione e gestione del buffer tra host e SDR, mettendo in luce aspetti critici legati alla latenza e all’affidabilità in scenari real-time. I risultati ottenuti evidenziano come sia possibile, anche con risorse limitate, replicare funzionalità di rete mobile avanzate e sviluppare piattaforme flessibili per la ricerca e la sperimentazione nel contesto del 5G.