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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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USRPのラインナップと開発環境

図1　USRPは，オープンソースのソフトウェア・ドライバ UHDを利用できる．UHDは，GNU RadioやMATLAB/Simulinkなどのモデルベース開発環境と連携してソフトウェア無線機を開発できる．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）

GNU RadioとUSRP（Universal Software Radio Peripheral）を活用することで，超長距離通信からローカル5Gに至るまで，柔軟で高精度な無線システムの構築が可能です．SDRを使うと，伝統的な無線機と比べて，ハードウェアの変更なしで通信方式を簡単に変更できます．

USRPのラインナップと特徴

USRPシリーズは，ユーザが自分の無線通信システムをカスタマイズするためのツールです．USRP B200やB210など，複数のモデルがあり，用途に応じて最適な選択肢を選べます．サンプリング・レートが速く，広範囲の周波数帯域に対応しています．USRP B200とB210は，受信範囲が70 MHz～6GHzと広いです．

USRPは，オープンソースのソフトウェア・ドライバ「UHD」を利用できます．このドライバは，GNU RadioやMATLAB/Simulinkなどのモデルベース開発環境と連携してソフトウェア無線機を開発できます．

ソフトウェア無線の利点

無線通信規格の変更や新しい技術の実験を行う際，SDRを使うことで，システムのハードウェアを変更することなく，通信方式をソフトウェアで変更できます．技術進化の早い5GやLoRa（低消費電力広域通信）の分野において有用です．

USRPとGNU Radioによるソフトウェア無線機開発

USRPの基本構成と動作原理

USRPは，アナログRF信号をディジタル信号に変換するハードウェアです．USRP B200やB210などのモデルには，AD9361やAD9364といったRFアジャイル・トランシーバICが搭載されています．これらのICは，信号の送信（TX）と受信（RX）を高精度で行い，ダイレクト・コンバージョン方式でディジタル信号に変換します．

USRPは，GPS同期を利用するオプションを提供しており，複数の無線機間での高精度な同期が可能になります．ローカル5Gネットワークでの通信精度が向上し，同期信号を共有していない無線機どうしでも，確実に通信が可能です．

GNU Radioによる開発環境

GNU Radioは，オープンソースのソフトウェア無線開発環境で，USRPとの組み合わせにより強力な無線通信システムを構築できます．GNU Radioは，ユーザがブロックを組み合わせることで，複雑な無線通信システムを簡単に作成できるツールです．伝送路のモデル化や変調方式の選択，周波数変換など，無線通信のあらゆる部分をソフトウェアで制御できます．

GNU Radioは，USRPを操作するためのドライバ（UHD）と連携し，ユーザは柔軟にサンプリング・レートや中心周波数，ゲインなどの制御パラメータを設定できます．このオープンソースの環境は，開発者が自分のニーズに合わせて無線システムをカスタマイズできます．〈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．