広帯域FR3/Ku SDRを電磁スペクトル操作に使用する

​商用システムと防衛システムの両方が高スペクトル化しているため、FR3（7 GHz～24 GHz）およびKu（12 GHz～18 GHz）の周波数カバレッジはますます重要になっています。上位FR3は、より広いチャンネル帯域幅を可能にするために5Gおよび初期の6Gでの使用が模索されていますが、Kuは伝播特性、アンテナサイズ、および達成可能な分解能のバランスのため、レーダーおよびEWアプリケーションのサポートを継続しています。これらの帯域を組み合わせることで、空中および地上での配置に適した小型で高ゲインのシステムが可能になります。 

​広い即時帯域幅は、このレンジの基本要件です。レーダーシステムでは、レンジ分解能は信号帯域幅に比例して向上するため、高密度環境でのより細かいターゲット識別とイメージングの向上が可能になります。EWでは、システムがステップチューニングなしでスペクトルの大部分を監視して応答できるため、検出および反応時間を短縮できます。 

​位相コヒーレントチャンネルは、MIMOレーダー、ビームフォーミング、方向検出などの複数チャンネル操作を可能にします。これらのテクニックは、特にチャンネルカウントがスケールされるにつれて、空間情報の抽出、角分解能の向上、感度の向上のために正確な位相アライメントに依存します。 

​リアルタイムデジタル信号処理も同様に重要です。FPGAおよびRFSoCベースのアーキテクチャは、チャンネル化、フィルタ処理、パルス圧縮、信号検出などの確定的なラインレート実行をサポートします。この機能により、遅延が低減され、閉ループ動作が可能になります。これは、時間依存型EWシナリオで特に重要です。 

​RFフロントエンドのパフォーマンスは、最終的にシステム制限を設定します。高出力のリニアトランスミッタは広帯域幅にわたって信号の整合性を維持し、低ノイズで高ダイナミックレンジのレシーバは強力な干渉が存在する場合に微弱な信号を検出できます。これらの特性は、競合する電磁環境において効果的に動作するために不可欠です。 

​広帯域FR3/Ku SDRは、特に分解能、機敏性、コンパクトなフォームファクタが重要な短～中距離アプリケーションで、さまざまなレーダーモダリティを可能にします。Kuバンドでは、これらのシステムはFMCW、パルス、パルスドップラーレーダーアーキテクチャをサポートし、すべて広い即時帯域幅の恩恵を直接受けます。帯域幅が増加すると、それに比例してレンジ分解能が向上し、サブメータターゲットの識別とより詳細なシーン再構成が可能になります。これは特に、近距離監視、UAV着陸システム、および精度と応答時間が密接に結びついた最新の車載および産業用レーダーアプリケーションに関連します。 

​チャンネル数とシステムの複雑さが増加すると、位相コヒーレント操作がパフォーマンスの中心になります。複数チャンネルSDRは、MIMOおよびデジタルビームフォーミング、適応ヌル、到達角度推定などのフェーズドアレイレーダー技術を有効にします。これらの機能により、空間選択性が向上し、干渉が抑制され、ゴーストターゲットなどのアーチファクトが減少し、システムが機械的動作なしでビームを動的に操縦および整形できるようになります。 

​SDRの再構成性により、適応およびコグニティブレーダー動作が可能になります。波形は、パルス反復周波数、チャープスロープ、帯域幅の変更など、リアルタイムで変更できるため、システムは環境条件やミッション目標に対応できます。この柔軟性により、信号の検出、分類、または妨害がより困難になるように設計された低インターセプト確率および低検出技術がサポートされます。 

​アクティブレーダーに加えて、広帯域SDRは環境内の日和見信号を利用するパッシブレーダーアプローチをサポートします。5Gおよび新しい6GシステムがFR3に拡張されたことにより、これらの信号は高周波数帯域で機会の照明器として使用できます。広帯域幅とリアルタイム処理の組み合わせにより、高速な相互相関、正確な時間遅延推定、および効果的なクラッター抑制が可能になり、複雑な電磁環境でも受動検出が可能になります。 

​広帯域FR3/Ku SDRは、柔軟性、帯域幅、タイミング精度が重要な電子戦アプリケーションに自然に拡張されます。主な用途の1つはレーダーエミュレーションおよび信号生成で、システムはテストおよびトレーニング用に現実的なRF環境を再現する必要があります。Kuおよび上位FR3で動作することで、正確なタイミング、ドップラー特性、およびマルチエミッタシナリオで最新のレーダー信号のシミュレーションが可能になります。これにより、実世界の状況を反映した高密度で動的な信号環境に対してレーダーおよびEWシステムを検証することができます。 

​同じハードウェアで、高速、低レイテンシの信号キャプチャと再送信に依存するデジタルRFメモリ（DRFM）技術をサポートできます。FPGAおよびRFSoCベースのアーキテクチャはコヒーレントループバックを可能にし、キャプチャされた信号を遅延と周波数を正確に制御しながら変更および再導入することができます。これは、偽ターゲット生成、レンジゲートプルオフ、速度ゲートプルオフなどのだまし技術をサポートします。これらはすべて位相とタイミングの忠実性の維持に依存します。 

​また、広い即時帯域幅により、EWサポート機能の中心となるスペクトルの大部分で連続的な検出が可能になります。システムは、レーダーおよび通信信号をリアルタイムで傍受、分類、追跡し、進化する電磁環境を理解することができます。 

​電波妨害では、SDRは周波数、帯域幅、変調を正確に制御して任意波形を生成する機能を提供します。この機能は、ナローバンドスポットジャミングからワイドバンドスイープ、アダプティブアプローチまで、さまざまな手法をサポートしています。これらの波形はソフトウェア定義であるため、観察された信号に基づいてリアルタイムで更新でき、機敏性または周波数ホッピングシステムに対する有効性が向上します。 

​これらは電子保護戦略にも対応できます。周波数ホッピングや低確率のインターセプト技術を含む俊敏な波形生成は、検出やジャミングの影響を低減します。受信側では、適応フィルタ処理と信号処理により、干渉を軽減し、競合する環境でのパフォーマンスを維持することができます。 

​広帯域FR3/Ku SDRは、拡張性と同期が重要な大規模の複数チャンネルテストベッドの一部として配置されることが多くあります。複数の位相整合無線を組み合わせることにより、システムはコヒーレントセンシング、空間的に分離された送受信構成、および高度なレーダーとEW技術をサポートする分散アパーチャを形成できます。これらの環境は通常、実際のRF信号を生成、キャプチャ、処理して現実的な条件下でシステム性能を評価するHIL (Hardware-In-the-Loop) 評価に使用されます。GPS制御発振器、10 MHz基準、パルス/秒信号、または共有局部発振器によって実現される正確な同期により、すべてのチャンネルで位相および時間アライメントが保証されます。 

​GHzクラスの即時帯域幅をサポートすると、大量のデータ移動と処理要求が発生します。RFフロントエンド、FPGAファブリック、およびホストシステム間でI/Qデータをボトルネックなく移動するには、高スループットのデータパスが必要です。FPGAおよびRFSoCベースの処理により、パルス圧縮、チャンネル化、DRFMループなどの機能を確定的にラインレートで実行でき、レイテンシを低減してリアルタイム操作を可能にします。 

​また、広帯域でRF性能を維持すると、特にKu帯域での線形性、ダイナミックレンジ、および温度管理に制約が生じます。ゲイン、ビーム幅、およびノイズファクターは検出と伝送の両方の効率に直接影響するため、アンテナの選択とフロントエンドの設計はシステム全体のパフォーマンスにさらに影響を与えます。 

​通信、レーダー、およびEWの境界は、システムがより高い周波数に押し込まれるにつれて曖昧になり続けています。5Gおよび将来の6GのFR3への拡張は、スペクトル密度と環境の複雑さを増加させながら、新たな機会信号をもたらします。 

​同時に、AIと機械学習はより適応的な処理を可能にし、アクセラレーションはリアルタイム操作のためにFPGAとGPUリソースにますます配置されています。また、複数のノードが協調して、より完全で復元性の高い電磁環境像を構築する分散センシングアーキテクチャも注目されています。 

​SDR技術の発展に伴い、KaおよびVなどの高帯域への移動により、使用可能な帯域幅とシステム分解能がさらに拡張され、新しいセンシングおよびEMSO機能が可能になります。 

​FR3およびKuで動作する広帯域SDRは、電磁スペクトル操作機能の段階的な変化を可能にします。GHzクラスの帯域幅、位相コヒーレントな複数チャンネル操作、およびリアルタイム処理を組み合わせることにより、システムは静的設計から適応性のあるミッション駆動アーキテクチャに移行できます。 

​スペクトル輻輳と敵対的機敏性によって定義される環境では、この柔軟性はもはやオプションではありません。それは不可欠です。 

​NI Ettus USRP X420などのデバイスは、これらの次世代システムの設計、プロトタイプ作成、およびデプロイに必要なアーキテクチャ基盤を提供し、エンジニアが技術の進歩と運用上の要求の両方に対応できるようにします。 

• 「使用目的に合ったUSRPの選択」ホワイトペーパーを読む
• EMSOソリューションポートフォリオの詳細を見る
• NI USRP X420の詳細