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USBソフトウェア測定器 ADP5250 試用レポート1


920MHz受信機のI/Qベースバンド信号観測


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超長距離無線 LoRaレシーバを評価してみた

図1　ADP5250は設計業務にも利用できるといわれるUSBソフトウェア測定器 ．ソフトウェア無線機のI/Qベースバンド信号やSPIシリアル信号，USB高速信号の評価に利用してみた．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］加藤 隆志（ラジアン）

ADP5250の試用とLoRa受信機評価の概要

USBソフトウェア測定器「ADP5250」を用いて，開発中の920MHz帯LoRa規格受信機の基板評価を行いました．

技術解説記事「高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！USBソフトウェア測定器 ADP5250誕生」では，ADP5250を使用して得られたI/Qベースバンド信号やSPIシリアル信号，USB高速信号を観測し，それに基づく試験結果について紹介しています．ADP5250は，1MHz以下の帯域信号観測に適しており，LoRa受信機の信号処理過程を詳細に評価するのに役立ちました．

ADP5250の付属ケーブルに市販のテスト用フック・クリップを装着し，評価基板と接続しました．電源供給はADP5250の6V出力端子を利用しました．電源投入直後の消費電流の変化を長時間プロット可能な機能は，デバイスの特性把握を効率的に行うために重要な役割を果たします．

SPIシリアル信号とI/Qベースバンド信号の観測

SPIインターフェースの信号観測では，ADP5250のロジック・アナライザ機能を活用しました．EEPROMのデータ読み出しが成功し，クロック信号まで解析可能であることを確認できました．LoRa受信機の各信号処理段階を可視化し，問題の早期発見が可能となりました．

LoRa受信機で得られるI/Qベースバンド信号は，直交復調によって得られる複素信号であり，0Hzを中心に分布します．この信号の観測は，ソフトウェア無線技術におけるデータ処理の効率化や高精度な信号解析に直結します．

LoRa受信機の評価システム

920MHz帯のLoRa変調信号はソフトウェア無線ユニット「USRP B200」を用いて発生させました．この信号を開発中のLoRa受信基板に入力し，各観測ポイントでの信号特性をADP5250で評価しました．チャープ信号の周波数スイープ挙動を確認し，LoRa受信機の基本性能を明確にできました．

I/Qベースバンド信号とは

直交復調により得られる信号のことを指します．直交復調は，受信したRF信号をI信号（同相成分）とQ信号（直交成分）に分ける技術で，これら2つの信号を複素信号として扱います．LoRaのようなディジタル無線通信では，この複素信号を解析することで，効率的なデータ伝送を実現します．

直交復調により得られるI/Q信号は，RF信号の振幅や位相情報をもちます．同じ周波数帯域でより多くの情報を伝送できます．I/Q信号を用いることで，多重化や干渉除去の効率が上がります．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 1990年　無線通信機器メーカで設計開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
  • 2017年　フリーランスエンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
  • 2019年　株式会社ラジアンとして法人化，現在に至る

著書

  1. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.1　分散型マルチビーム無線機のハードウェア］，ZEPエンジニアリング．
  2. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.2　1エレメント1モジュール独立分散型の理由］，ZEPエンジニアリング．
  3. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.3　ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験］，ZEPエンジニアリング．
  4. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.4　非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張］，ZEPエンジニアリング．
  5. ［Webinar/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング．
  6. 高感度受信！ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計，ZEPエンジニアリング．
  7. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで！GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
  8. 自宅で設計・開発！USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生，ZEPエンジニアリング．
  9. 高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！
  10. プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生，ZEPエンジニアリング．
  11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1]，ZEPエンジニアリング．
  12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.2]，ZEPエンジニアリング．
  13. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.3]，ZEPエンジニアリング．
  14. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.4]，ZEPエンジニアリング．
  15. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.5]，ZEPエンジニアリング．
  16. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.6]，ZEPエンジニアリング．
  17. ，ZEPエンジニアリング．
  18. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.8]，ZEPエンジニアリング．
  19. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.9]，ZEPエンジニアリング．
  20. GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
  21. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz-mmcon1後継機），ZEPエンジニアリング．
  22. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】（生産終了，後継機 z-mmcon2），ZEPエンジニアリング．
  23. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】，ZEPエンジニアリング．
  24. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】，ZEPエンジニアリング．
  25. ［KIT］実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】，ZEPエンジニアリング．
  26. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】，ZEPエンジニアリング．

参考文献

  1. ［VOD］MATLAB/Simulink×FPGAで作るUSBスペクトラム・アナライザ，ZEPエンジニアリング．
  2. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング．
  3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング．
  4. ［VOD/KIT］初めてのソフトウェア無線＆信号処理プログラミング 基礎編/応用編，ZEPエンジニアリング．
  5. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング．