ソフトウェア無線（SDR）プラットフォームでは、生のADCサンプルから実用的なRF信号解析結果を得るために、高性能なSDR解析ソフトウェアがますます必要とされています。高性能なFPGAハードウェアは解決策の一部に過ぎず、エンジニアは効率的なSDRデータ取得、リアルタイム信号処理、可視化、およびRF信号解析も必要としています。
iWave SDR解析ツールは、そのギャップを埋めるために開発されました。構成、ライブデータ取得、リアルタイム信号解析を単一のデスクトップアプリケーションで実現し、その基盤となる物理インターフェースやコンピューティングターゲットの種類に関わらず、あらゆる操作に対応します。統一されたグラフィカルインターフェースにより、プラットフォームの初期構成とデータ取得から、リアルタイム信号の可視化、詳細な信号解析まで、ワークフロー全体を簡素化します。
このツールは、主に2つの段階で構成されています。
- システム構成 – 対象プラットフォーム、データインターフェース、処理システム、チャネル、およびキャプチャパラメータを設定します。
- ソフトウェア無線（SDR）解析ワークステーション – 信号取得の制御、信号処理チェーンの設定、取得した信号の可視化、および信号特性の解析を行います。
SDRデータ取得とリアルタイム信号解析
起動構成プラットフォームとデータ取得
このビューでは、どこから、どのリンクを介して、どのプロセッサに、どのような形式でデータを取得しているのか、という疑問に答えます。
- プラットフォームの詳細： 処理ボードを選択します AMD RFSOC ZU47DR or アルテラ アジレックス® 9 等
- フレームワークインターフェース: ホストへの高速リンクとして、PCIe、イーサネット、またはAuroraを選択します。PCIeは最高のスループットを提供し、イーサネットはリモートセンサーに適しており、AuroraはFPGA間の軽量リンクです。
- データ処理システム: CPU処理かGPU処理かを選択します。CPUはシンプルで予測しやすい処理ですが、GPUによるオフロード処理は、広範囲のFFTや多数のチャネルをより高速に処理します。
- チャネル数： セッション中に実行される取得チャネルの数を設定します。
- データ・タイプ： 回線上のサンプルフォーマット（例えば、複素16ビットI/Qなど）を設定します。これにより、サンプルあたりのビット数と必要なリンク帯域幅が固定されます。
- サンプリングレート： 取得レートをMSPS単位で設定します（デフォルトは200 MSPS）。これにより、観測可能な帯域幅が固定されます。
- キャプチャの開始/停止: データパスを開始し、正常に停止します。
SDR信号処理とRFデータ可視化
データが流れ始めると、このビューはそれを整形して表示します。
- 削減値: サンプリングレートを下げ、関心のある帯域に視野を絞り込むことで、必要な信号を失うことなくデータ量を削減します。
- 補間値: フィルタリングされたサンプルを追加することでサンプリングレートを上げます。信号の再構成や、異なるレートで実行されるブロック間のレート変換に使用されます。
- サンプリングレート： MSPSにおける取得レートを制御します。
- 下士官周波数: 数値制御発振器はデジタルチューナーです。選択したスペクトル部分をベースバンドにシフト（デジタルダウンコンバージョン）することで、観測したい周波数を正確かつドリフトなく選択できます。
- キャプチャの開始/停止: セッションを閉じずに、ライブ処理を保留、再開、または終了します。
- キャプチャを保存: オフライン分析、デバッグ、検証、または後からの参照のためにデータを保存します。保存されたファイルは、同じツールで再度開くことができます。
実行ツールの外観
セッションが開始されると、分析ワークスペースには4つの同期ビューとライブ測定パネルが表示されます。
- 時間領域（I/Q）： 生のIおよびQ波形を時間に対してプロットすることで、波形の形状と振幅を即座に把握できます。
- スペクトル（FFT）： サイズ（デフォルト表示では2048）とウィンドウ処理（ブラックマン・ハリス法）を設定可能なライブFFTにより、ピークレベル、ノイズフロア、SNR、占有帯域幅を自動的にマークします。
- ウォーターフォール／スペクトログラム： 時間の経過に伴うスペクトルの履歴をスクロール表示することで、単一のFFTスナップショットでは見逃してしまうような断続的または変動する信号を検出するのに役立ちます。
- コンステレーション（I/Q）： 変調品質を検証する上で重要な、EVM、RMS、位相、およびDCオフセットの読み取り値を含むリアルタイムI/Q散布図。
- 測定： このセクションでは、すべてのアクティブなチャネルについて、チャネルごとの信号パラメータ（ピークレベル、ピーク周波数、ノイズフロア、SNR、SFDR、ENOB、占有帯域幅、チャネル電力、RMSレベル）を、検出されたピークの表と並べて表示します。
PCIeおよびイーサネットSDRデータ取得
- この設計の中核となるのは、展開要件に応じて、同じアプリケーションがPCIeまたはイーサネットのいずれかを介してハードウェアと通信できるようにするデュアルフレームワークアーキテクチャです。
- PCIeフレームワークでは、単一のリンクで制御信号とデータトラフィックの両方が伝送されます。これによりシステムが簡素化され、レイテンシが最小限に抑えられるため、FPGAカードの隣に設置されたワークステーションに最適です。
- DMA転送はサンプルをホストメモリに直接転送できるため、効率的な高速SDRデータ取得が可能になります。
高速SDRデータ取得が重要な理由
このツールの価値は、単一の測定値やプロットにあるのではなく、スペクトルアナライザやコンスタレーション表示といったよく理解されている構成要素にある。その価値は、それらの要素がどのように統合されているかにある。
1つのツールで、複数のトランスポートに対応。PCIe接続カードから100～400Gイーサネット接続シャーシに切り替える場合でも、ツールの切り替えやワークフローの再学習は不要です。
設定と分析が明確に分離されているため、GUIは各段階に集中でき、ユーザーがすべてのパラメータを一度に表示して混乱することはありません。
ライブテレメトリは最優先事項です。DMAスループット、測定サンプルレート、バッファステータスは常に表示され、ログファイルに埋もれることはありません。これは、高レートキャプチャにおけるドロップやスループットのボトルネックを診断する際に非常に重要です。
CPU/GPUの柔軟性は起動時に決定され、同じ取得フロントエンドが軽量な検証実行からGPUアクセラレーションによる処理パイプラインまで拡張可能となる。
iWave SDR解析ツールは、 FPGAベースのプラットフォーム全体にわたって、高速RFデータ取得、リアルタイム信号処理、可視化、およびSDR信号解析のための統合ソフトウェア環境を提供します。
システム構成とそれに続くSDR解析ワークステーションという2段階のワークフローにより、高度なSDRアプリケーションに必要な柔軟性を維持しながら、シンプルで直感的なユーザーエクスペリエンスを実現します。
PCIe/イーサネット/オーロラ接続、CPU/GPU処理、設定可能なDSP機能、マルチチャネル取得、リアルタイム可視化、自動測定、データ記録を組み合わせることで、このフレームワークは複数のiWave SDRおよびRFデータ収集ソリューション間で共通の分析プラットフォームとして機能します。
このアーキテクチャは、高度な変調解析、チャネル化、デジタルビームフォーミング、GPUアクセラレーションによる信号処理、自動信号分類、および追加の直接RF FPGAプラットフォームとの統合といった将来の機能のための拡張可能な基盤も提供します。
