[bladeRF + MATLAB/Simulink] SDRデバイス利用の手引き

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SDRデバイス利用の手引き
2016.04.28 RapidRadioJP
1

2
入門SDRデバイス
bladeRFの利用方法
Windows
MATLAB/Simulink環境版

3
• USB 3.0 バスパワー動作のソフトウェア無線機 (送信電力約 6dBm)
• キャリア周波数300MHz～3.8GHzに対応 (トランスバータ使用時 60kHz-300MHz)
• 3MHz～28MHz帯域のアナログフィルタ (LPF) を搭載、信号帯域幅は最大28MHz
• 12bit ADC/DACを搭載しRx/Tx最大40Mspsの直交 (quadrature) サンプリング
• 受信したIQ信号、合成したIQ信号のファイル保存, IQ信号ファイルの再生機能
• 16 ビットDAC を用いて出荷時調整済の38.4MHz +/- 1ppm VCTCXO
• 512KB SRAM 搭載オンボード200MHz ARM9 プロセッサ搭載 (JTAG ポート付)
• オンボード40KLE/115KLE Altera Cyclone 4E FPGA 搭載 (JTAG ポート付)
• 同期用SMBコネクタにより2x2 MIMO構成可能 (最大4x4 MIMOまで拡張可能)
• GPIO, Ethernet 用など拡張可能なモジュラボード設計 1PPS 精度で同期可能
• 低ノイズ、低消費電力アーキテクチャ
Nuand HP (http://www.nuand.com/)
bladeRF SDRの特徴

RF Transceiver IC
(LMS6002D)
4
Data Sheet: http://www.limemicro.com/download/LMS6002Dr2-DataSheet-1.2r0.pdf

ソフトウェアセットアップ
本スライドでは、MATLAB/Simulink & Windows のセットアップを紹介
MATLAB/Simulink & Windows以外はWiki参照
https://github.com/Nuand/bladeRF/wiki
5

ソフトウェア環境例
• ユーザプログラム-ドライバ間 I/F
– MATLAB/Simulink, GNURadio(GNURadioCompanion), etc.
• 対応OS
– Windows, Linux, MacOS に対応
• ファームウェア、ドライバを提供
– ソースコードは公開: https://github.com/Nuand/bladeRF
bladeRF
ドライバ
USB3.0
MATLAB/
Simulink
ユーザプロ
グラム
PC
MATLABI/F
I-Q
サンプル
6

7
SDRとMATLAB/Simulinkのツールボックス
(信号処理および通信)
• Signal Processing Toolbox
– 信号処理、解析およびアルゴリズム開発
• DSP System Toolbox
– 信号処理システムの設計およびシミュレーション
• Communications System Toolbox
– 通信システムの物理層の設計とシミュレーション
• Wavelet Toolbox
– ウェーブレット理論を用いた信号、画像の解析および合成
• RF Toolbox
– RFコンポーネント回路の設計、モデリングおよび解析
• Antenna Toolbox
– Design, analyze, and visualize antenna elements and antenna arrays
• Phased Array System Toolbox
– フェーズドアレイ信号処理システムの設計およびシミュレーション
• LTE System Toolbox
– LTE および LTE-Advanced ワイヤレス通信システムの物理層のシミュレーション
• WLAN System Toolbox
– 無線LAN通信システムの物理層のシミュレーション
MathWorks社Webサイト: http://jp.mathworks.com/products/
推奨

インストール手順①
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対象ファイルをダウンロード Installers bladeRF-win-installer-2015.07.exe
Firmware bladeRF_fw_v1.8.0.img
FPGAImage hostedx40_0.3.4.rbf
ダウンロード先：
Installers : https://www.nuand.com/installers.php
Firmware : https://www.nuand.com/fx3.php
FPGA : https://www.nuand.com/fpga.php
既に、MATLAB/Simulinkがインストールされていると仮定します

インストール手順②
9
デフォルト
インストーラーを利用して環境をセットアップ

インストール手順③
10
デフォルト
libusb (WinUSB) を選択

インストール手順④
11
デフォルト
デフォルト

インストール手順⑤
12
チェックする

接続と設定①
• 接続確認
1. bladeRFをPCに接続
2. コマンドプロンプトを起動し、以下を実行
C:¥Program Files¥bladeRF¥x64> bladerf-cli -p
Backend: libusb
Serial: 6aa678f15ed09268c24551503863f2c5
USB Bus: 3
USB Address: 15
13
入力する
出力内容

接続と設定②
• バージョン確認
• FPGAイメージの書き込み
C:¥Program Files¥bladeRF¥x64> bladerf-cli -L hostedx40_0.3.4.rbf
Loading fpga...
Done.
C:¥Program Files¥bladeRF¥x64> bladerf-cli -i
bladeRF> version
bladeRF-cli version: 1.2.0
libbladeRF version: 1.4.0
Firmware version: 1.8.0
FPGA version: 0.3.4
bladeRF> quit
14
入力する
出力内容
インタラクティブモードでは、
bladeRFが使用中の状態になり
ます。最後に quit で抜け、LED
が消えたことを確認してくださ
い。

接続と設定③
• Firmwareの更新
C:¥Program Files¥bladeRF¥x64> bladerf-cli -f bladeRF_fw_v1.8.0.img
Flashing firmware...
[INFO @ usb.c:604] Erasing 3 blocks starting at block 0
[INFO @ usb.c:609] Erased block 2
[INFO @ usb.c:617] Done erasing 3 blocks
[INFO @ usb.c:811] Writing 479 pages starting at page 0
[INFO @ usb.c:815] Writing page 478
[INFO @ usb.c:824] Done writing 479 pages
[INFO @ flash.c:110] Verifying 479 pages, starting at page 0
[INFO @ usb.c:709] Reading 479 pages starting at page 0
[INFO @ usb.c:712] Reading page 478
[INFO @ usb.c:723] Done reading 479 pages
Done. A power cycle is required for this to take effect.
15

接続と設定④
• FPGAイメージとFirmwareの互換性
– 2015.07リリースの安定板を利用しています(2016.04現在)
– お使いのbladeRFのバージョンを確認してください
• 異なる場合には、接続と設定①～③のようにFPGAとFirmwareの書
き換えをお願いします
16
No. Installer Ver. FPGA Ver. Firmware Ver. Details
1 bladeRF-win-installer-2015.07.exe 0.3.4 1.8.0 Stable
2 bladeRF-win-installer-2016.01-rc1.exe 0.5.0 1.9.0 PreRelease

接続と設定④
• bladerf-cliのヘルプ例 (bladerf-cli –helpで表示)
オプション引数説明
-d, --device device 指定したbladeRFデバイスを使用する
-f, --flash-firmware file 指定したファームウェアをフラッシュする
-l, --load-fpga file 指定したFPGAをロードする
-L, --flash-fpga file オートロードのために指定したFPGAをフラッシュする
-p, --probe - デバイスをプローブし、結果を表示する
-s, --script File スクリプトを実行する
-i, --interactive - インタラクティブモードに入る
--lib-version - libbladeRFのバージョンを表示する
-v, --verbosity Level ログの詳細度を設定する (critical, error, warning, info,
debug, verbose)
--version - CLIのバージョンを表示する
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接続と設定⑤
• DCオフセットの自動補正実行例
参考: https://github.com/Nuand/bladeRF/wiki/DC-offset-and-IQ-Imbalance-Correction
C:¥Program Files¥bladeRF¥x64> bladerf-cli -i
bladeRF> set frequency 455.55M
Set RX frequency: 455550000Hz
Set TX frequency: 455550000Hz
bladeRF> print rxvga2
RXVGA2 Gain: 3dB
bladeRF> set rxvga2 8
bladeRF> cal lms
Calibrating LMS LPF tuning module...
LPF tuning module: 23
Calibrating LMS TX LPF modules...
TX LPF I filter: 35
TX LPF Q filter: 33
Calibrating LMS RX LPF modules...
RX LPF I filter: 25
RX LPF Q filter: 25
18
Calibrating LMS RXVGA2 modules...
RX VGA2 DC reference module: 27
RX VGA2 stage 1, I channel: 31
RX VGA2 stage 1, Q channel: 35
RX VGA2 stage 2, I channel: 23
RX VGA2 stage 2, Q channel: 29
bladeRF> cal dc rx
RX DC I Setting = -4, error ~= 0
RX DC Q Setting = 156, error ~= 0
bladeRF> quit
LMS6002D (RFトランシーバIC)
のキャリブレーションを実行
RXモジュールのキャリブレーションを実行
TXモジュールの場合: cal dc tx

Simulink I/F 設定①
• 修正版のファイルでProgram Filesのファイルを上書きする
– C:¥Program Files¥bladeRF¥x64
• bladerf.slx
• bladerf_sink.mexw64
• bladerf_source.mexw64
• MATLAB/Simulinkを起動しパスの設定から下記が設定されている
ことを確認。ない場合は追加する
– C:¥Program Files¥bladeRF¥x64
– C:¥Program Files¥bladeRF¥blockset
19
ただし、bladeRF-win-installer-2015.07.exeを利用した場合に限ります

Simulink I/F 設定②
• bladeRF用のsinkブロック、sourceブロックの
表示
1. MATLABを起動し、ホームタブから
「Simulinkライブラリ」を押下
2. リストから「Nuand bladeRF
Software Defined Radio」を選択
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注:「Nuand bladeRF Software Defined Radio」がない
場合、F5でリストを更新

Simulink I/F 設定③
• 新規モデルを作成
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Simulink I/F 設定④
• ドラッグ＆ドロップでSimulinkエディターに張り付け
bladeRF_sink:
ドライバの送信側とのインタフェース
bladeRF_source:
ドライバの受信側とのインタフェース
参考: Simulinkのドキュメント
(http://jp.mathworks.com/help/simulink/index.html)
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Simulink I/F 設定⑤
• bladeRF_sinkのパラメータ設定
– ブロックをダブルクリックすると、パラメー
タ設定画面が表示される
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Simulink I/F 設定⑥
• bladeRF_sourceのパラメータ設定
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受信スペクトラムの確認①
• 受信スペクトラムを確認してみましょう
– “bladerf_source”と”Spectrum Analyzer”を接続する
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ブロックの△部分に
カーソルを運ぶ
＋に変わったら、
左クリック
接続先までドラッグ
接続先でドロップ
ブロックの接続方法

受信スペクトラムの確認②
• パラメータを設定
– 2.4GHz帯
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Sample Rate (SPS): 20e6
Low Pass Bandwidth: 20MHz
Samples per frame: 1024
Output Type: Frame
Carrier Frequency (Hz): 2.447e9
RXLNA Gain (dB): 6dB
RXVGA1 Gain (dB): 30
RXVGA2 Gain (dB): 10

受信スペクトラムの確認③
• スペクトラムの確認
2. 実行ボタンを押下 3. スペクトラムが表示される
27
1. bladeRFのRx端子にアンテナを接続
実行

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