IngeniArs社、NIのData Linkを活用しSATCOMにイノベーションを統合

IngeniArs:衛星通信の革新 

イタリアのスタートアップ企業であるIngeniArsは、衛星通信用の高速データ伝送技術を開発しています。同社は、特定機能を備えたマクロセル型IPコアを作成し、複数の設計に再利用できるように設計されたスタンドアロンのハードウェアブロックとして提供しています。これにより、高度なSATCOMやデータリンクに対応しつつ、FPGAおよびASICとの統合を効率化し、システム開発を加速します。これらのコアは、特定の規格に準拠して構築された統合型ハードウェアコンポーネントであり、ソフトウェアドライバに類似しています。そのため、専門的な知識や長期間の開発を必要とせずに導入できます。

IngeniArsには、多様な宇宙用途に対応する豊富なIPコアがあります。これには、Spacewire、SpaceFibre、WizardLinkなどの異なる機器間でのデータリンク、AIアルゴリズムを機上で実行可能にする革新的なGPU@SATコアによるデータ処理、衛星―地上―衛星および衛星間リンクに対応するRF通信および光通信の両方の衛星通信があります。IngeniArsは、NIと協力してNI Data Link Test Framework - NIを使用し、自社のSATCOM IPコアのテストおよび検証を行いました。これにより、現実的な衛星通信シナリオのシミュレーションが可能になりました。高帯域幅アプリケーションを実現するための堅牢かつコンパクトな検証プラットフォームが必要だったことから、IngeniArsはNIとのパートナーシップを築きました。同時に、業界内のより大手の競合他社との競争という課題にも対応するためでした。

IngeniArsにとって、信頼性の高いSATCOM性能は、高度に複雑なIPコアの検証が不可欠とされています。IPコアプロバイダは、特にSATCOM要件が複雑で高いデータレートを必要とする場合、互換性のあるハードウェアおよびソフトウェアソリューションの選定が大きな課題となります。効率的な信号送受信のためにフロントエンドとして高帯域幅RFシステムが必要なため、さらに深刻になります。IngeniArsは、NI Data Link Test Frameworkを使用して、衛星と地上局間の通信プロトコルを検証しました。これは、同社が重視していた主要な機能の一つです。NIの技術は、RFフロントエンドとデジタル信号処理の双方のニーズに対応する、高性能かつコンパクトな統合ソリューションを提供しました。リソースが限られている場合、これほどのデータレートやシステムの複雑性に対応可能な適切なハードウェアおよびソフトウェアソリューションの選定は大きな課題となります。

NI Data Link Test Framework

NI Data Link Test Framework - NIは、SATCOMおよびテレメトリシステム検証の高性能要件に対応する包括的なソリューションを提供します。数個から数千個の高速軌道衛星まで、小型衛星コンスタレーションの規模が大きくなるにつれ、衛星間および地上局データリンク間のシームレスな接続を維持するという課題はますます複雑になっています。NIのフレームワークは、最先端のRF技術と適応型ソフトウェア定義無線 (SDR) の組み合わせにより、さまざまなテレメトリ、追跡、制御 (TT&C) 要件を処理できる柔軟なプラットフォームを提供することで、この課題に対処しています。

NI PXIベクトル信号トランシーバ (VST) は、このソリューションの核となるRFテクノロジーです。VST単体でも、TT&CおよびSATCOMデータリンク信号の送受信が可能であり、変調確度、送信電力などの主要な信号忠実度計測を実行できます。これらの計測は、SATCOMアプリケーションにおいて高い信号整合性を確保するために不可欠です。モジュール式および拡張可能なSATCOMシステム、特に機械的動作なしでビームを動的に調整できるESA (Electronically Scaned Array) アンテナを備えたシステムの要求を満たすために、VSTは迅速かつ正確な信号処理が可能です。PXI Express FlexRIOコプロセッサを追加することで、VSTをオープンFPGAとの間にフルレートでストリーミングするように構成できます。このFPGAは、リアルタイムのインライン信号処理と複雑なチャンネルモデリングをサポートし、システムレベルの検証のためのRFチャンネルエミュレータに効果的に変換できます。

SATCOMシステムで使用されているESAテクノロジーにより、複数の衛星を1つの視野内で管理できます。FlexRIOコプロセッサによって強化されたNIのVSTは、これに正確に対応します。VSTのRFチャンネルエミュレーション機能を使用すると、これらの動的な衛星コンスタレーション内のシステム全体を検証することができ、CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) などのプロトコルに必要な適応および再構成可能なサポートを提供します。VST-FlexRIOのセットアップは、困難な環境をエミュレートするために組み合わされており、各コンポーネントが実際の導入に必要なパフォーマンス要件を満たしていることを確認します。

デジタルシステムテストでは、NI FlexRIOモジュールはカスタム構成をサポートし、衛星ペイロードサブシステムを高い忠実度で検証します。FlexRIOはFPGAをシリアルまたはパラレルデジタルI/Oと組み合わせることで、エンジニアはカスタムハードウェアなしでカスタムデジタルプロトコルをインポートし、デジタルインタフェースをエミュレートできます。この柔軟性により、衛星通信エンジニアはデータリンクとペイロードサブシステムを検証し、正確なRF信号忠実度とプロトコル検証の要件を満たしながら、高速デジタルシステムテストのニーズに対応できます。

 NI Data Link Test Frameworkのモジュール式PXI Expressプラットフォームにより、ユーザは特定のI/Oパフォーマンス要件を満たすように設定をカスタマイズできます。NI Data Link Test Frameworkの特徴は、市販のモジュール式ハードウェアと柔軟性のあるソフトウェアツールを使用して統合されたスケーラブルなシステムを実現することです。また、RFパラメトリックテストとリアルタイムHardware-in-the-Loop機能を同時に実行できます。さらに、NI VSTデバイスとNI FlexRIOデバイス間の最大データ転送レートを実現するためのターンキーフレームワークも提供します。

IPを統合する  

IngeniArsでは、NI Data Link Test Frameworkが最適であることが実証されました。IngeniArsは、独自のSATCOM IPをNIのフレームワークに統合することに成功し、FlexRIOを用いた高度な信号処理とVSTによるRF管理を実現しました。適応可能なアーキテクチャにより、IngeniArsはCCSDS 131.2-B-1送信チェーンと受信チェーン用にIPコアを効率的にデプロイしながら、IPをシームレスに統合および解析することができ、RFシステムをゼロから開発する必要がなくなりました。

この統合は、符号化や変調などの重要な機能が実装されたNI FlexRIO-7903デジタルプロセッサにIngeniArsのIPを組み込むことが中心でした。IPが統合されると、ビットファイルが生成され、包括的なRF信号テストに必要な実際のRFハードウェアへの接続が確立されます。この機能により、IngeniArsは複雑なSATCOMアプリケーションで重要な高いデータレートと信号忠実性を維持しながら、IP設計の改善に専念できるようになりました。

NI Data Link Test Frameworkは、aixi4Liteやaixi4StreamなどのIPが提供するインタフェースを介してIPパラメータを動的再構成できるようにすることで、システムの機能をさらに拡張しました。非常に直感的なグラフィカルユーザインタフェースにより、異なるパラメータをリアルタイムで変更し、送信チェーンへの影響を即座に監視することができます。たとえば、送信に適用される特定の変調および符号化 (MODCOD) スキームを変更し、その影響を信号の波形プロファイルやコンスタレーショングラフ上でモニタリングすることができます。NIのコンパクトで統合されたハードウェアは、複雑なSATCOM設計の検証において重要な役割を果たし、IngeniArsによる迅速かつスムーズな導入を可能にしました。この統合はFPGA開発者にとって大きな利点であり、NIハードウェアへの直接接続と実際のRF信号テストを容易にします。

要点

NIのエンドツーエンド検証ソリューションは、衛星通信の課題に取り組むために必要な信頼性とパフォーマンスを提供します。シームレスなIP統合を可能にし、RFシステムをゼロから開発する必要をなくしたNIの適応可能なData Link Test Frameworkアーキテクチャにより、SATCOMアプリケーションチームは、高度なアプリケーションに不可欠な高いデータレートと信号忠実度を確保しながら、設計の改善に専念できます。この統合は、FPGA開発者にとっても大きな転機となり、NIハードウェアとの直接接続を可能にするとともに、実環境での堅牢なRF信号試験を実現します。

NIのオープンなソフトウェア定義プラットフォームを活用することで、企業は実用的なアプリケーションへの実装に必要な安定性を確保しながら、国内の初期段階のプロトタイプを素早く作成できます。さらに、NIの耐久性と信頼性への取り組みにより、NIのプラットフォームは競争の激しい市場での差別化を図る企業にとって最適な選択肢となります。高度な検証ツールと柔軟なアーキテクチャを備えたNIのテレメトリおよびデータリンクテストフレームワークにより、衛星通信およびテレメトリ通信のリーダーは、急速に変化する技術環境において精度、機敏性、および成功を実現できます。