バナー

GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機


ソフトウェアLoRaレシーバの制作


［受講無料］広帯域ソフトウェア無線＆フェーズドアレイANT開発 要点100（2025年2月28日～3月7日）


オープンソース GNU Radioでモデルベース開発

図1　低消費電力で長距離通信が可能な無線通信規格LoRa準拠のソフトウェア受信機をオープンソース開発ソフト GNU Radioを使って開発．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）を組み合わせることで，開発者は自身の無線機をソフトウェア・ベースでカスタマイズでき，LoRaやローカル5G通信システムを実現できます．独自の通信プロトコルを設計し，簡単に試すことができます．

GNU Radioを使ったソフトウェア無線機の作成

GNU Radioは，オープンソースのソフトウェアで，無線信号の生成，変調，復調などの処理を簡単に行うことができます．ハードウェアの設計に依存することなく無線機を開発でき，柔軟で迅速なプロトタイピングが可能になります．GNU Radioの特徴的な点は，グラフィカルなインターフェースを使って信号処理フローを設計できる点です．これにより，初心者でも簡単にソフトウェア無線機を作成できます．

LoRaは，LPWA（Low Power Wide Area）通信において非常に注目されている技術で，低消費電力で長距離通信が可能です．このため，IoT（Internet of Things）などの分野で広く利用されています．GNU RadioのCoreツリーにはLoRa専用の変復調モジュールは備わっていないため，独自にモジュールを開発し，GRC（GNU Radio Companion）に組み込む必要があります．

LoRaレシーバの制作

LoRa無線の変復調を行うための信号処理モジュールをGRCに追加することで，LoRaレシーバを作成できます．最初は，ゼロから信号処理のソースコードを制作する必要があるかもしれませんが，スイス連邦工科大学（EPFL）が公開している「LoRa PHY based on GNU Radio」というソースコードを活用することで，実装が格段に楽になります．このコードは，実際のLoRa無線機をリバースエンジニアリングし，GNU Radio上で再合成されたものです．EPFLが提供する詳細なガイドラインとソースコードを使用することで，LoRa PHYの実装がスムーズに進みます．

GNU Radio 3.8をベースにしたLoRa PHY実装をGitHubからダウンロードし，Linux環境でビルドを行うことで，GRCに追加できます．この方法を用いることで，LoRaの通信を自分自身でカスタマイズし，実際の無線環境でテストすることが可能になります．

LoRa通信技術とその応用

LoRa（Long Range）は，IoT向けのLPWA通信技術で，長距離通信と低消費電力を実現するために設計されています．LoRaは，数kmの距離でデータを送受信することができるため，農業やスマートシティ，物流管理などの分野で広く利用されています．GNU Radioを使用してLoRaレシーバを作成することにより，独自のLoRa通信ネットワークを構築し，リアルタイムでデータを通信することが可能になります．〈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．