Agilex 9 Direct RFは、動的で競争の激しい電磁スペクトル環境向けに高性能なRF処理を提供することで、高度な電子戦（EW）機能を実現します。現代の戦場では、レーダーシステム、通信ネットワーク、電子センサーへの依存度が高まっており、これらは新たな脅威を迅速に検知、分析、対応することを必要とします。EWシステムの中核を成す電子妨害（ECM）は、インテリジェントな受信機と送信機の連携により、リアルタイムのスペクトル認識、脅威の識別、適応的な対抗措置を実現します。これにより、EWプラットフォームは、敵のレーダーおよび通信システムを妨害、欺瞞、または抑制しながら、重要な資産を卓越した速度と精度で保護することが可能になります。
こうした高度な機能を備えているにもかかわらず、現代の電子戦システムはいくつかの重大な課題に直面している。これらのシステムは、広範囲の周波数帯域にわたる信号をリアルタイムで検出・処理する必要がある。従来のRFアーキテクチャは複数の個別部品を使用するため、システムの複雑さ、遅延、消費電力、および全体サイズが増大する。したがって、高速処理、低遅延、高精度な同期、および効率的なRF性能は、現代の電子戦アプリケーションにとって不可欠な要件となる。
これらの課題に対処するため、RF業界はダイレクトRFアーキテクチャへの移行を進めています。ダイレクトRFでは、高速RFデータコンバータとFPGA処理が単一のコンピューティングプラットフォームに統合されます。アンテナに近い場所でRF信号をデジタル化することで、ダイレクトRFは信号経路を大幅に簡素化し、帯域幅の拡大、同期性の向上、低遅延、システム複雑性の低減を実現します。
RFアーキテクチャの進化：スーパーヘテロダインから 直接RF
より広い帯域幅、より低い遅延、そしてより高い処理性能に対する需要の高まりが、RFアーキテクチャの進化を促してきました。図1に示すように、RFシステム設計はスーパーヘテロダイン方式からダイレクトIF方式、そして最終的にはダイレクトRF方式へと進化しており、各世代でハードウェアの複雑さを軽減しながら、システム全体の性能を向上させています。
図1. 従来のスーパーヘテロダインRFアーキテクチャ
従来のスーパーヘテロダイン方式では、入力されたRF信号をデジタル化する前に、複数の周波数変換ステージを通して処理します。RF信号は通常、局部発振器と混合され、フィルタリングやさらなる処理のために中間周波数（IF）に変換されます。この方式は優れた選択性と感度を実現しますが、ミキサー、フィルタ、局部発振器など、複数のディスクリート部品が必要となるため、システムの複雑さ、サイズ、消費電力、および遅延が増大する可能性があります。
Direct IFアーキテクチャでは、アナログ変換段数を削減し、RFデータコンバータとより多くの処理をRFパスに近いFPGA内に統合することで、信号チェーンを簡素化します。しかし、RF信号はデジタル化の前に中間周波数（IF）への周波数変換が必要であり、これが超広帯域アプリケーションのスケーラビリティを制限します。このアプローチは、従来のスーパーヘテロダイン設計と比較してシステム効率を向上させ、レイテンシを低減しますが、中間周波数処理は依然として必要です。これに対し、Agilex® 9 Direct RFの広帯域RF処理機能により、より広い帯域のRF信号を直接デジタル化できるため、IF周波数変換が不要になり、RF信号チェーンがさらに簡素化されます。
図2. 直接IF RFアーキテクチャ
最新のDirect RFアーキテクチャは、高速RFデータコンバータとFPGA処理を直接組み合わせることで、集積化をさらに一歩進めています。中間周波数段を排除し、外部部品を削減することで、帯域幅の拡大、レイテンシの低減、信号品質の向上、消費電力の削減、ハードウェアフットプリントの小型化を実現しています。これらの利点により、Direct RFアーキテクチャは、ソフトウェア無線（SDR）、電子戦（EW）、レーダー、スペクトル監視、衛星通信といった次世代アプリケーションに最適です。
図3. データコンバータを内蔵した直接RFアーキテクチャ
効率的なECM処理のためのアーキテクチャ概要:
画像提供：アルテラ
下図に示すように、Agilex® 9 Direct RF SoMは、広帯域RFモニタリングと高性能FPGAベースの信号処理を組み合わせることで、合理化された電子妨害（ECM）アーキテクチャを実現します。広帯域受信機は、RFスペクトルを継続的にスキャンし、広範囲の周波数帯域にわたるレーダー信号と通信信号を検出します。対象となる信号が検出されると、Agilex® 9 FPGAファブリック内に実装されたECM検出プロセッサが、周波数、帯域幅、パルス幅、変調などの主要な信号特性を分析し、潜在的な脅威を正確に特定します。
脅威の特定後、選択された信号は詳細な分析のために適切な狭帯域受信機にルーティングされます。帯域幅を狭くすることで、システムは信号品質を向上させ、干渉を低減し、デジタル信号処理リソースを最適化します。分析された脅威に基づいて、ECM応答プロセッサは必要な対抗措置波形を生成し、狭帯域送信機を介して送信します。Agilex® 9 Direct RF SoMのプログラマブルDSPリソースと低遅延アーキテクチャを活用することで、システムは妨害信号または欺瞞信号を迅速に生成でき、次世代電子戦アプリケーション向けのスケーラブルで効率的なソリューションを提供します。
Agilex® 9 ワイドバンドの主な特長：
- Agilex® 9 SoC FPGA (AGRW014) R17Bパッケージ
- 最大1,437,240個のロジック要素
- 最大16Gbps PAM58のFGTトランシーバ4個
- 最大64Gspsのサンプリングレートを備えた4×ADCおよび4×DACチャネル
- クアッドコア 64 ビット ARM® Cortex®-A53、最大 1.4GHz
- フォームファクター 82mm x 111mm、-40℃～+85℃（工業用）)
EWシステム向けAgilex® 9ダイレクトRFアーキテクチャの主な利点：
広帯域高速RFとFPGA処理を単一プラットフォームに統合することで、複数のRF変換段が不要になり、電子戦システムの性能が大幅に向上する。
- リアルタイムスペクトル認識のための広い瞬時帯域幅（IBW） 広範囲のRFスペクトル環境を迅速に監視および分析できます。
- 超低遅延信号処理 脅威の迅速な検知と即時の対策対応を支援します。
- 高速頻度アジリティ 変化する無線周波脅威への動的な適応を可能にする。
- マルチチャネルコヒーレント処理 高度な電子戦およびレーダーアプリケーション向けの同期処理をサポート
iWave Agilex® 9 ダイレクトRFシリーズ製品ポートフォリオ：
iWaveは、ダイレクトRFアーキテクチャの利点を活かし、高性能SDR、電子戦、レーダー、スペクトル監視アプリケーション向けに設計されたAgilex® 9ダイレクトRFプラットフォームの包括的なポートフォリオを提供しています。複数のフォームファクタで提供されるこのポートフォリオにより、エンジニアは次世代RFシステムを迅速に開発・展開できます。
| バリアント | Agilex® 9 デバイス | RFカテゴリ | 利用可能なプラットフォーム | RFデータコンバータ | 最大RF入力周波数 |
|---|---|---|---|---|---|
| MCP 1 | iG-G67 (R17B) AGF027 | ワイドバンド | SoM、3U VPX、PCIeカード | 4 ADC / 4 DAC @ 64 GSPS | 36 GHz |
| MCP 2 | iG-G82 (R28A) AGRW027 | ワイドバンド | SoM、3U VPX、PCIeカード | 8 ADC / 8 DAC @ 64 GSPS | 36 GHz |
| MCP 3 | iG-G78 (R31D) AGRM027 | ミッドバンド | SoM、3U VPX、PCIeカード | 20個のADC（4GSPS）/16個のDAC（12GSPS） | 7.125 GHz |
iWave Agilex® 9 ダイレクトRFプロダクション対応プラットフォームを選ぶ理由：
- 専用RFバラン子カード
RFバランと整合回路をメインのSoMから分離することで、設計の柔軟性が向上し、RFのカスタマイズが容易になります。
- 柔軟なRFカスタマイズ
ドーターカードを交換するだけで、異なるRF周波数帯域やコネクタタイプに対応できるため、ハードウェアプラットフォーム全体を再設計する必要がなくなります。
- 統合型直接RFアーキテクチャ
外部RFトランシーバーとJESD204インターフェースを排除することで、遅延、基板の複雑さ、消費電力、およびシステム全体のコストを削減します。
- ハードウェアへの投資を保護しましょう
複数のRFバリエーション間で同じAgilex® 9 SoMとキャリアボードを再利用することで、開発コストを削減し、製品の再利用を加速できます。
- 市場投入までの時間を短縮する
RFドーターカードを交換するだけで、新しいRF製品バリエーションを迅速に開発でき、設計の手間と開発時間を大幅に削減できます。
Agilex® 9 Direct RF FPGA SoMは、複数の電子戦機能を単一のSwaP-C Direct RFアーキテクチャに統合することで、電子戦システムの設計を簡素化します。広帯域RF処理、低遅延性能、柔軟なFPGAプログラマビリティを備え、次世代電子戦アプリケーションに最適です。
iWave Globalは、システムオンモジュール、FPGAプラットフォーム、ODMサービスを専門とする組み込みコンピューティングソリューションの大手プロバイダーです。高性能システムとRFシステムに関する深い専門知識を活かし、お客様の製品開発と市場投入までの時間を短縮します。
