NI USRP​ハードウェア​と​は?

概要

NI USRP(Universal Software Radio Peripheral)​トランシーバ​は、​ソフトウェア​無線​の​開発​に​使用​する​コンピュータ​ホスト​デバイス​です。​複数​の​帯域​で​ラジオ​周波数​信号​を​送受信​する​こと​が​でき、​通信​関連​の​教育​や​研究​の​アプリケーション​に​使用​する​こと​が​可能​です。​NI LabVIEW​ソフトウェア​と​合わせ​て​使用​する​こと​で、​実​世界​信号​を​使​っ​た​低​コスト​ソリ​ュ​ー​ション​で​RF/​通信​を​実践​的​に​学ぶ​こと​が​でき​ます。

コンテンツ

ソフトウェア​無線

NI USRP​ハードウェア​と​LabVIEW​ソフトウェア​を​使用​すると、​その​優​れ​た​機能​と​柔軟性​により、​教育​用​実験​や​物理​層​通信​研究​に​最適​な​ソフトウェア​無線​試作​プラットフォーム​を​お​手頃​な​コスト​で​構築​でき​ます。

ギガ​ビット​イ​ー​サ​ネット​経由​で​接続​さ​れ​た​ホスト​コンピュータ​で​実行​する​LabVIEW​を​使用​すると、​NI USRP​ハードウェア​と​の​間​で​信号​の​変調​と​復調​が​行える​信号​処理​エンジン​を​利用​する​こと​が​でき​ます。​LabVIEW​ソフトウェア​に​含​ま​れる​ツール​キット​に​は、​実​世界​ラジオ​信号​向け​に​最適​化​さ​れ​た​多く​の​一般​的​な​アナログ/​デジタル​変調​テクニック​と​信号​処理​アルゴリズム​が​搭載​さ​れ​てい​ます。

 

NI-USRP Plus Monitor05171102.jpg

図​1. LabVIEW​を​使用​した​NI USRP​ハードウェア​インタフェース​で​使い​やすい​ソフトウェア​無線​を​提供

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代表​的​な​アプリケーション

NI USRP​ハードウェア、​LabVIEW​ソフトウェア、​そして​関連​する​コースウェア​の​組み合わせ​で、​実践​型​実験​学習​に​最適​な​ソリューション​が​構築​でき​ます。​入門​レベル​の​通信​コース​では、​この​プラットフォーム​を​使用​する​こと​で、​実​世界​信号​を​利用​し​ながら​通信​システム​全体​を​高​レベル​で​理解​する​こと​が​可能​となり​ます。​より​高度​な​デジタル​通信​トピック​の​場合、​学生​は​LabVIEW​または​LabVIEW MathScript RT​モジュール​で​サポート​さ​れる.m​ファイル​構文​の​いずれ​か​で​各​アルゴリズム​を​自分​で​実装​する​こと​で、​通信​システム​の​要素​を​実装​し​最適​化​する​こと​が​でき​ます。​この​方法​なら、​動的​スペクトル​アクセス、​ホワイト​スペース、​物理​層/​MAC​層​研究​など​の​研究​分野​に​そのまま​用いる​こと​が​でき​ます。​NI USRP​プラットフォーム​は、​カスタム​プロトコル​の​作成​や​スペクトル​の​ディスク​へ​の​記録​など、​その他​の​シンプル​な​送受信​アプリケーション​でも​役​立ち​ます。

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ハードウェア​の​概要

NI USRP​は、​一般​的​な​ソフトウェア​無線​アーキテクチャ​に従い、​デジタル​ダウン​コン​バージョン​(DDC)​および​デジタル​アップ​コン​バージョン​(DUC)​ステップ​の​ため​の​機能​固定​の​FPGA​を​備え​た​高速​の​A/​D​コンバータ​(ADC)​と​D/​A​コンバータ​(DAC)​による​直接​変換​アナログ​フロント​エンド​を​実装​し​ます。​受信​機​チェーン​は、​極めて​小さな​信号​を​も​受信​し、​ダイレクト​ダウン​コン​バージョン​により​同相​(I)​および​直角​位相​(Q)​ベース​バンド​信号​に​デジタル​化​する​高​感度​の​アナログ​フロント​エンド​から​始まり​ます。​ダウン​コン​バージョン​の​次​は、​高速​A/​D​変換​と、​サンプリングレートを低下させて​I​と​Q​を​パケット​化​する​DDC​を​行い、​ギガ​ビット​イ​ー​サ​ネット​を​使用​し​て​ホスト​コンピュータ​に​送信​し、​さらに​処理​を​行い​ます。​送信​機​チェーン​では、​まず​ホスト​コンピュータ​で​I​と​Q​が生成され、​イ​ー​サ​ネット​ケーブル​経由​で​NI USRP​ハードウェア​に​転送​さ​れ​ます。​DUC​は​DAC​用​に​信号​を​準備​し、​その後​I-​Q​ミキサー​によって​信号​が​直接​アップ​コンバート​さ​れ​ます。​そして​RF​周波数信号が生成され、​増幅​さ​れ​て​送信​さ​れ​ます。

 

 

図​2. NI USRP 2920​システム​レベル図

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ソフトウェア​の​概要

LabVIEW​は、​通信​アルゴリズム​の​開発​と​実装​に​最適​な​グラフィカル​データ​フロー​プログラミング​言語​です。​最も​基本​的​な​レベル​では、​LabVIEW​ソフトウェア​は​NI-​USRP​ドライバ​を​使用​し​て​NI USRP​ハードウェア​構成​を​指定​し、​正しく​フォーマット​さ​れ​た​ベース​バンド​I/​Q​データ​を​送受信​し​ます。​LabVIEW​モ​ジ​ュ​レ​ー​ション​ツール​キット​と​LabVIEW MathScript RT​モジュール​を​使用​すると、​さらに​その他​の​通信​専用​関数​が​利用​できる​ほか、.m​ファイル​スクリプト​が​LabVIEW​で​サポート​さ​れ​ます。​チャンネル​符号​化、​パルス​整形、​チャンネル​障害​の​シミュレーション、​視覚​化​など​の​ブロック​を​備え​た​LabVIEW​モ​ジ​ュ​レ​ー​ション​ツール​キット​は、​多く​の​アプリケーション​に​役​立ち​ます。​付属​の​サンプル​は、​様々​な​変調​スキーム​を​使​って​通信​リンク​を​実装​する​ため​の​足がかり​として、​購入​後​すぐ​に​使用​でき​ます。​LabVIEW MathScript RT​モジュール​は、.m​ファイル​構文​を​サポート​し​てい​ます​ので、​極めて​高い​コード​移植​性​と​再​利用​性​が​あり​ます。.m​ファイル​構文​を​使用​し​て​作成​した​シミュレーション​は、​ハードウェア​ベース​の​システム​に​す​ば​やく​統合​し​て​検証​を​行う​こと​が​でき​ます。​LabVIEW​モ​ジ​ュ​レ​ー​ション​ツール​キット​と​LabVIEW MathScript RT​モジュール​は、​全て​の​NI USRP​ハードウェア​キット​に​付属​さ​れ​てい​ます。

 

 

図​3. NI LabVIEW​モ​ジ​ュ​レ​ー​ション​ツール​キット​を​使用​すると、​さらに​多く​の​通信​専用​関数​が​利用​でき​ます。

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NI​製品​を​使用​する​メリット

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​では、​NI USRP​ハードウェア​の​技術​サポート​を​提供​し​てい​ます。​標準​では​1​年​保証​ですが、​延長​も​可能​です。​NI​は、​完全​に​組み立て​て​テスト​し、​さらに​CE(European Conformity)​認証​さ​れ​た​ソフトウェア/​ハードウェア​プラットフォーム​の​提供​に​全力​で​取り​組​んで​い​ます。​ツール​は、​箱​を​開​けた​時​から​最初​の​信号​を​送受信​する​時​まで、​ステップ​ごと​に​手順​を​説明​する​こと​で​使い​や​すく​設計​さ​れ​てい​ます。​LabVIEW​とアプリケーションに特化したコースウェアがセットになった​NI USRP​ハードウェアを使用すれば、​RF/​通信​テスト・​研究​用​の​利用​し​やすい​完全​な​ソリューション​が​実現​でき​ます。

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