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GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機


オープンソフト＆ハードのモデルベース開発環境で始めよう


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一番お勧めのソフトウェア無線機の開発環境

図1　Ettus Research社が開発したUSBソフトウェア無線機 USRP（Universal Software Radio Peripheral）を活用すれば，ローカル5G通信システムを実験的に構築することが可能．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

USBソフトウェア無線機 USRPシリーズ

無線通信の技術革新が進む中で，特に注目されているのがソフトウェア無線機（SDR：Software Defined Radio）です．従来，無線機の開発には専用のICを設計・製造する必要があり，高い費用と工数が求められていました．しかし，パソコンやデバイスの処理能力が向上し，無線通信の変調・復調処理がソフトウェアで実現可能になったことで，無線機開発のハードルが大幅に下がりました．

Ettus Research社が開発したUSRP（Universal Software Radio Peripheral）は，ハードウェアもソフトウェアもオープンソースで提供されており，研究者や技術者の間で広く普及しています．手ごろな価格帯のモデルであるUSRP B200/B210は，初心者から専門家まで多くの支持を集めています．

USRPで構築するローカル5G通信システム

USRPを活用すれば，ローカル5G通信システムを実験的に構築することも可能です．実際，USRP B210を使用し，基地局と移動局の役割を果たす2台の装置を3台のLinuxゲーミングPCと接続することで，5GHz帯のローカル5G環境を作成した事例があります．

興味深い点は，従来数百万円以上かかる設備投資を，USRPによって大幅に抑えられる点です．送受信間を同軸ケーブルとアッテネータ（ATT）で接続することで不要な電波の放射を防ぎ，技術基準適合証明（技適）の未取得状態でも安全な実験環境を構築しています．

オープンなSDR開発環境の可能性

USRPシリーズは，GNU Radioなどのオープンソース・ソフトウェアと連携できます．ローカル5Gだけでなく，LoRaなどの超長距離通信やIoT用途にも適用可能です．研究者やエンジニアだけでなく，小規模なメーカや個人開発者も最先端の無線技術を試し，独自の通信システムを構築できるようになりました．

ソフトウェア無線機（SDR）の進化とUSRPの役割

SDRがもたらす柔軟性と効率性

SDR（ソフトウェア無線機）は，無線通信の設計・開発に革命をもたらしました．従来の通信システムは，ハードウェアベースで設計されることが一般的でしたが，SDRでは無線信号の処理をソフトウェアで行います．これにより，新しい通信プロトコルや変調方式の試験が容易になり，開発サイクルが短縮されました．また，既存のハードウェアをアップグレードすることなく，ソフトウェアの更新だけで新機能を追加できるため，コスト削減効果も非常に高いです．

USRPは，SDRの可能性を具現化するための最適なプラットフォームです．ハードウェアとソフトウェアがオープンソースであるため，個人から大規模な研究機関まで幅広いユーザ層が利用しています．また，情報共有が活発で，さまざまなチュートリアルやドキュメントがインターネット上に公開されているため，初心者でもスムーズに開発を始められます．USRPシリーズの中でも，特にB200やB210は入門用として最適であり，無線通信技術の基礎を学びながら実験を進めることができます．

ローカル5GやLoRaへの応用

USRPはローカル5GやLoRaといった，通信技術の最前線に位置するシステムにも対応可能です．これにより，IoTデバイスの実験，地方での通信インフラ構築，さらには学術研究に至るまで，幅広い分野での活用が期待されています．〈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．