付属FPGAボードで試す ソフトウェア・ラジオ

2007年7月号 Design Wave Magazine
付属FPGAボードで試す
ソフトウェア・ラジオ
林 輝彦
(株)ソリトンシステムズ
付属FPGA基板のムーアの法則
04'年10月
106
05'年1月
Spartan-3E
XC3S250E
25万ゲート
FPGAのゲート数
ムーアの法則
18ヶ月で2倍!
105
Cyclone Spartan-3
EP1C3
XC3S50
5万ゲート 5万ゲート
07'年7月
104
'03
z
'04
'05
'06
'07
'08
２０１０年の付属基板は１００万ゲート規模？
'09
'10
'11
発行時期
PC上に実現するソフトウェア・ラジオ
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PCのサウンド・カードを2chの直交ADコンバータ（16bit、
48ksps）として利用。
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PC上で実行する復調ソフトウエアで受信信号の選択（同
調、帯域決定、妨害除去）、復調を行う。
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アンテナからの高周波信号を直交ミキサでベースバンドに変換。
（ダイレクトコンバージョン、アナログ方式）
DSP処理の特性を活かし、アナログ方式では実現が困難な性能
を実現。
ディジタル変調信号の復調。
比較的単純な構成でありながら、実用的な性能を実現で
きる。
ソフトウエアラジオの例
アナログ・フロントエンド部（CQ ham radio誌
2006年12月付属基板）
Dream （OFDM変調/DRM放送）
PowerSDR （AM/SSB/CW/FM）
FPGAに実装したDDCでソフトウェア・
ラジオを試す
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ベースバンドへの周波数変換も含め、無線受信機として
の信号処理の全てをディジタル化。
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DDC（Digital Down Converter）を付属FPGAに実装し、周
波数変換、デシメーション処理を実現。
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アンテナで捕らえた高周波信号をただちにADコンバータ
（61.44Msps）でデジタル化して信号処理を行う。
局部発振 → NCO
ミキサ → FPGA搭載 18bit×18bit 乗算器
デシメーション・フィルタ → CICフィルタ ・ FIRフィルタ
ウェブからダウンロード可能な無償FPGA設計環境を用い
て無線受信機の主要構成要素を実装、特性評価。受信
機としての実用性を確認。
FPGAに実装したディジタル・フロン
トエンド部
アンテナ
LPF/BPF
ADコンバータ
サンプリング周波数
FPGA内部
fsｂ =
デシメーション・フィルタ群
サンプリング周波数
fsｒ
64～1280
fsｒ
ミキサ
I 信号
CICフィルタ
1
CICフィルタ
2
FIR フィルタ
I 信号 各種復調
回路
ミキサ
Q信号
sin出力
NCO
CICフィルタ
1
CICフィルタ
2
cos出力
FIR フィルタ
Q信号
クロック分配
DCT/ FFT
ヒルベルト変換
CORDIC 等
S/PDIF
インター
フェース
PCの復調ソフトを使用
する時は省略
周波数設定（PCから）
DCM (PLL)
クロック入力
光送信
モジュール
光リンク
PCサウンド・カード
オーディオ用DAコ
ンバータへ
ディジタル受信機の実現
付属FPGA基板
プリアンプ（G=28dB）
S/PDIF
光リンク
USBポー
ト
Parallel Cable IV
2005年1月号付属FPGA基板（XC3S50搭載）
5V 電源
16文字x2行 LCD表示モジュール