ソフトウェア無線入門～SDRでハムの世界はどう変わる？～ (2016.9.24)

1. ソフトウェア無線入門～SDRでハムの世界はどう変わる？～ Sept 24th, 2016 JP1HUJ 大山浩司 email: jp1huj@jarl.com, infblue1218@me.com twitter: @Koji_Oyama Facebook: https://www.facebook.com/koji.oyama.77/ QRZ.com: http://www.qrz.com/db/JP1HUJ FlexRadio製品・SDR技術友の会 https://www.facebook.com/groups/flexradio.ja/ © 2016 Koji Oyama

2. 自己紹介  名前: 大山浩司 (おおやまこうじ)  JP1HUJ, AI7HU  略歴  1969 茨城県結城郡(現常総市)に生まれる  1980 無線・電子回路に興味を持つ @小学校5年生  1982 電話級アマ免許取得 @中学1年生  1983 JP1HUJ開局 (6m SSBメイン)  1988 上京 (狭いアパート暮しのためQRT) 八王子小金井川崎  1994 経営工学・コンピュータ工学を学び電気メーカ就職  2003 ネットワーク系ベンチャー会社 ⇒ 半導体商社に転職  2009 ハムにカムバック (CW, HF, DX)  3アマ・2アマ・1アマ取得  2012 FCCライセンス取得 KF7QCZ (General)  AI7HU (Extra)  2014 SDRに興味を持ちFLEX-6300購入  2016 FlexRadio製品・SDR技術友の会設立・ハムフェア出展第2次ショック第1次ショック © 2016 Koji Oyama

3. 無線・電子回路興味のきっかけ  ラジオ  中波・短波放送 BCL  AMラジオキットの制作  おもちゃトランシーバー  学研ラジホーン  ミニFMラジオ局(ごっこ)  第1次ショック期  ラジオの電波と光って同じ仲間!? 松下電器 World Boy GXO RF-848 ※ラジオ工房から画像引用学研トランシーバーラジホーンGX-3D ※ヤフオク! 掲載記事から画像引用 © 2016 Koji Oyama 電波と光 ※シーシーエス(株) Web連載から画像引用第1次ショックプリズムと分光 ※LASER QUEST Blog記事から画像引用

4. SDRへの興味のきっかけ  FlexRadio Systems社FaceBook groupページ  Advocate Marketingへの興味が始まり  YouTube Videoを見ていたら”欲しい”欲求がMAX  “今までのリグとは何か違うぞ!” “触らなけりゃ分からん!”  つい真夜中にOnline Shopでポチっと・・・  Great Scott Gadgets社 HackRF One Lessonビデオと GNU Radioの出会い  SDRの中身をより知りたいと思ったきっかけ  昔作ったラジオが”ソフトウェアGUI上で作れる!”という驚き  無線機アーキテクチャが大きく変わる変革期!? 第2次ショック © 2016 Koji Oyama

5. 本日の概要  背景  世界のトップコンテスターやDXペディションに、米 FlexRadio社のSDRトランシーバがよく使われるようになった  ICOM社もIC-7300をはじめ、今後のトランシーバにダイレクトサンプリング型のSDR技術を積極的に導入するよう  目的  ソフトウェア無線(SDR)によって、これまでと何が変わるのか、なぜ注目されているのかを、SDR技術概要とデモも交えながら紹介  後日SDRを勉強するきっかけ、題材を提供 © 2016 Koji Oyama

7. ソフトウェア無線？SDR？  ソフトウェア無線  = SDR (Software Defined Radio)  Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/ソフトウェア無線  電子回路（ハードウェア）を変更することなく、  制御ソフトウェアを変更することによって、  無線通信方式を切り替えることが可能な無線通信、  またはその技術  応用分野：携帯電話・携帯基地局・WiFi・デジタルTV  軍事  アマチュア無線：業務用技術のコモディティ化の恩恵 © 2016 Koji Oyama

8. SDR普及の背景  半導体技術の発展: CMOS IC技術  ADC/DAC, FPGA, DSP, CPU  廉価なデバイスをConsumer製品で利用できるようになった  特に14bit-16bit 200～300MSPSのADCや数Mgate規模のFPGA：数万円から数千円のレベル  HF/6mならばサンプリング可能: 54MHz*2 = 108MHz (<200MSPS)  サンプリング定理: ２f よりも高い周波数でサンプリング  2fよりも低い周波数では、fの波形を完全再構成ができない  200～300MHzの内部クロックでFPGAが動作可能に  多くの変調方式：ベース部分(PHY/MAC)のプラットフォーム化  携帯電話・デジタルTV: 仕向け地によって異なる変調方式  2.4GHz帯: WiFi, bluetoothなど様々な規格 © 2016 Koji Oyama

9. いろいろな意味のSDR  SDRという言葉をよく聞くようになった：整理が必要  RTL-SDRドングル: RTL2832U+PC：広帯域, エアバンド, GNURadio  業務用：携帯電話・携帯基地局・WiFi：仕向け地変調対応  アマチュア無線： HF/6m/(2m) トランシーバー  何を・どこまでソフトウェアで実現しているかによって、機能・性能が異なる  アナログ・デジタル  アナログ無線機：真空管・トランジスタ  DSP無線機、SDR無線機： ADC/DAC, FPGA, DSP/CPU, PC  周波数変換方式  ヘテロダイン  ダイレクトコンバージョン  ダイレクトサンプリング © 2016 Koji Oyama

18. デジタルならばすべて良い？  無線機の立上りが遅い  処理のLatency (遅延)がかかる  受信  FLEX-6300(direct sampling): 69mS(本体), 378mS(LAN)  TS-590(ヘテロダイン/DSP): 16.5mS  FT-101ZSD(ヘテロダイン/アナログ): 3.15mS  送信  FLEX-6300(direct sampling): 12.7mS(本体), 29.0mS(LAN)  TS-590(ヘテロダイン/DSP): 10.7mS  新たな技術的課題  I/Qミスマッチ, DCオフセット(信号ひずみ/増幅器の飽和)  2次ひずみ, 1/fノイズ（フリッカーノイズ）など © 2016 Koji Oyama

20. ハムの世界はどう変わる？  HF/6m/(2m)の広帯域を一気にモニタ  CWならSkimmer・Reverse Beacon Networkと組み合わせれば、だれがどこに出たかがW/Wでモニタ可能  無線機のダイレクトサンプリング化は当面の流れ  運用の仕方は各ハムオペレータの好み（取捨選択が可能）  無線機が変わったからそれに従う必要はない © 2016 Koji Oyama この世界がよいかどうかは別な話ハムの世界の選択肢が増えたただしWorldWideのコンテストで勝負したいのならば敵をよく知らないと勝てません

23. リモート運用(LAN)  FLEX-6300 + Maestro + Windows PC  PC: SmartSDR + SDR-Bridge + CW-Skimmer  Possible for remote control DAX Control SDR-Bridge CW-Skimmer DAX IQ GbE or WiFi GbE Maestro (SmartSDR) DAX Audio SSCAT Contest Logging Tools Auto CW Key Control © 2016 Koji Oyama

24. リモート運用(VPN) DAX Control SDR-Bridge CW-Skimmer DAX IQ DAX RX Audio GbE or WiFi / LAN VPN Maestro (SmartSDR) IQ streams Audio streams SSCAT Contest Logging Tools Auto CW Key Control GbE / LAN Internet  FLEX-6300 + Maestro + Windows PC  PC: SDR-Bridge + CW-Skimmer w/Logging tools  decode CW sigs, control FLEX-6300, generate CW sig, log QSOs  Remote control shack © 2016 Koji Oyama

27. 今後の期待  安価で高性能なダイレクトサンプリング・トランシーバの登場  ダイレクトサンプリングに適したアンテナの登場  受信：  無指向性  広帯域で感度よい  送信：  指向性  マッチングが簡単に取れる  飛びがいい  シンプルで小型 © 2016 Koji Oyama 有識者のご意見を伺いたく・・・現状解：・マルチバンド八木・HEX beam ・・・など ⇒ 受信は無指向にしたい

29. まとめ  概要説明  ソフトウェア無線/SDR  ダイレクトサンプリング無線機  ダイレクトサンプリング無線機の運用イメージ  デモ：広帯域受信・・・だれがどこにいるか自動判断  SDRに興味を持ったらば  独自に勉強：チュートリアルの題材  FlexRadio製品・SDR技術友の会に入会・勉強会参加  新たな技術開発：  独自に無線機開発、周辺機器開発、アンテナ開発 etc. © 2016 Koji Oyama

30. 参考文献 1. 中本: “特集:らくらく! SDR無線機入門”, RFワールド No.22, pp7-76, 2013年5月 http://www.rf-world.jp/bn/RFW22/RFW22A.shtml 2. 東原: “CMOS RF回路設計入門”, 日経テクノロジーオンライン, 全9回, 2010年8月～10月 http://techon.nikkeibp.co.jp/article/LECTURE/20100804/184797/ 3. FlexRadio Systems: “FlexRadio Overview – Software Defined Radios”, 2014年 11月 http://www.nsarc.ca/hf/flex_overview.pdf © 2016 Koji Oyama 【さいごに】：注意書き本資料のなかの記載には間違った認識のものも含まれている可能性があります。私自身まだまだSDR・ソフトウェア無線については素人であり、勉強中でありますので、お気づきになった点はどしどしご指摘いただきたいと思います。表紙の連絡先までお気軽にお問合せください。 de JP1HUJ 大山

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