ソフトウェア定義ラジオハードウェアのためのコンポーネント

投稿日 2020/09/11 金曜日
更新日 2024/07/1 月曜日

ISSの無線通信を聞いて、そのデータを収集したいですか？ソフトウェア定義無線（SDR）ハードウェアシステムを構築しましょう。

衛星放送を聞いたり、スマートホームシステムに接続したり、GPS位置を確認したり、インターネットを閲覧したり、FMラジオ信号を受信したりする場合、複数のトランシーバーを備えたラジオは必要ありません。ソフトウェア定義無線は、RF設計の負担をハードウェア設計者からソフトウェア開発者に移す設計方法論の一つであり、新しいRFシステムにより多くの柔軟性を提供します。

ソフトウェア定義無線は万人向けではなく、そのように宣伝されていません。この概念とそれをサポートするハードウェアは、オープンソースコミュニティによって受け入れられています。ソフトウェア定義無線は主に軍事分野で利用されており、適応型周波数ホッピング無線ソリューションを多用しています。多くの新しいIoTデバイスが複数の無線プロトコルを必要とする可能性があるため、ソフトウェア定義無線は、デバイスのフットプリントを増やすことなく、またレイアウトを複雑にすることなく、複数のRFバンドで通信する簡単な方法を提供します。

ソフトウェア定義無線の価値

ソフトウェア定義無線が提供できる価値を示すために、最近のクライアントのプロジェクトを簡単に説明します。最近設計したテストおよび測定システム用のボードには、異なるプロトコルで動作する5つ（はい、5つ）の無線トランシーバーユニットが含まれていました。ソフトウェア定義無線が解決策として提案されましたが、クライアントはいくつかの理由で自分たちの要件に固執しました。

このユニークなケースでのソフトウェア定義無線の価値は、多くの他のケースにも適用されます。それは、設計者が単一のトランシーバーユニットに複数のプロトコルを統合することを可能にします。上述したボードでは、ボードの大部分のスペースが電気機械部品と大きなタッチスクリーンによって占められていたため、ソフトウェア定義無線を推進することはあまり意味がありませんでした。しかし、新製品にソフトウェア定義無線を組み込むことを正当化するいくつかの一般的な使用例があります：

複数のプロトコル。 これは明らかですが、それでもいくつかの説明が必要です。ソフトウェア定義無線を使用すると、部品数を増やすことなく単一のコンポーネントで複数のバンドにアクセスできます。

ボードスペースの節約。 ソフトウェア定義無線を使用することで、他のプロトコルに専用の1つ以上のトランシーバーを排除できます。これにより、他の機能をサポートできるコンポーネントのためのボードスペースを節約できます。

主要プロトコルと副次プロトコル。 ソフトウェア定義無線を使用すると、追加のチップセットにスペースを割くことなく、必要に応じて追加のプロトコルにアクセスできます。

盗聴。 暗号化されていない通信を盗聴したい場合でも、盗聴を防ぎたい場合でも、ソフトウェア定義無線はどちらも可能にします。特に、周波数ホッピング無線はソフトウェア定義無線を使用して簡単に実装できます。

無線トランシーバーを統合したMCU SoCは最近、この方向に進んでいます。いくつかの製品ラインはWiFiやBluetoothのような人気のプロトコルを統合していますが、これらのチップに統合された他のあまり使用されないプロトコルのトランシーバーを見たことがありません。これは部分的に供給と需要の問題です。これらのコンポーネントは主に消費者製品を対象としているため、大規模に生産することができます。さらに、無線の風景の多くはこれら2つのプロトコル（セルラーに加えて）で動作しているため、SoCに統合するためにこれらをターゲットにすることは理にかなっています。セルラーを混合から外すことはできません。一部のコンポーネントは、他の周波数帯域に加えて、3Gおよび4Gセルラーをサポートするとして特にマーケティングされています（下記参照）。

これは、生産グレードのコンポーネントを使用してソフトウェア定義ラジオを設計する際に関わる主要なトレードオフにつながります：高コスト。これらのコンポーネントは、SoCの対応品や特定の帯域に特化したRFトランシーバーよりもまだ少ない量で生産されているため、これらのコンポーネントはコストをカバーするために高価格で提供されます。しかし、基板スペースと柔軟性の節約は、コンポーネントコストを大きく上回る可能性があります。

ソフトウェア定義ラジオコンポーネントのオプション

ソフトウェア定義ラジオシステムに選択する主要なコンポーネントは、トランシーバーICです。これらのコンポーネントは標準インターフェースといくつかの他の機能を備えており、他の無線製品に統合するのに理想的です。コードを実行するために何らかの形の組み込みプロセッサが必要ですが、使用するトランシーバーのセットアップに依存して、MCU/FPGA/その他のプロセッサの選択があります。

次のソフトウェア定義ラジオシステムのためのいくつかのオプションです。

Analog Devices, AD9361

Analog DevicesのAD9361は、ソフトウェア定義ラジオハードウェアをサポートする高度に統合された広帯域トランシーバーのソリューションです。この製品は軍事用途や3Gおよび4G基地局用としてマーケティングされていますが、70 MHzから6 GHzの他の帯域をFDDまたはTDD動作でサポートしています。統合された分数PLLは、2.5 Hzまでの非常に正確なステップサイズを提供するとともに、

AD9361プログラマブル2×2統合トランシーバーのブロック図を示す評価ボードのレイアウト。[出典: Analog Devices製品概要]

Analog DevicesのRadioVerseシリーズに含まれる他のコンポーネントには、AD936Xファミリーの他のトランシーバーやAD9375があります。後者は、スマートフォンメーカーや通信会社が4Gから5G NRへの移行を、ハンドセットの変更を必要とせずに容易に行えるようにすることを目的としています。Analog Devicesは、これまでで最も統合されたソフトウェア定義ラジオトランシーバーを製造しました。このコンポーネントとそのバリアント以外に、ソフトウェア定義ラジオの開発を始めるもう一つの方法は、ブロードバンドシンセサイザーとレシーバーを選択することです。

Maxim Integrated, MAX2150

Maxim IntegratedのMAX2150は、ソフトウェア定義ラジオやその他のRFアプリケーションで使用するための簡素化されたブロードバンドシンセサイザーです。この特定のコンポーネントは、700 MHzから2300 MHzまでのアプリケーションを対象としており、広いスペクトル範囲を提供します。分数PLLに基づいて構築された精密シンセサイザーとして、10 MHzのリファレンスクロックを使用した場合、0.05 Hz未満の解像度を提供します。このコンポーネントには出力ドライバーアンプも含まれており、非常に長い範囲が必要な場合を除き、外部RFアンプの使用を排除します。

MAX2150の供給電流、出力電力、およびブロック図、MAX2150データシートより。

ソフトウェア定義ラジオのためのその他のコンポーネント

これら2つのコンポーネント以外に、市場に出回っている統合トランシーバーICの選択肢は、お勧めできないオフブランドのコンポーネントしかありません。それでも、他の多くのコンポーネントを使用して、小さなフットプリントで独自のトランシーバーモジュールを構築することができます。これらには以下が含まれます：

RFパワーアンプ
MCU、FPGA、またはその他のPLD
汎用DSPコンポーネント（MCUでDSPを実行しない場合）
RFフィルター
シンセサイザー、トランスミッター、およびレシーバー
ADCおよびDAC

複数の送信を一度にキャプチャしたい場合でも、コンポーネントをより小さなパッケージに統合する必要がある場合でも、適切な電子部品検索エンジンで必要なソフトウェア定義ラジオハードウェアコンポーネントを見つけることができます。Octopartは、調達とサプライチェーン管理のための高度なフィルタリング機能を備えた完全な検索ツールセットを提供します。統合回路ページをご覧ください、必要なコンポーネントの検索を始めましょう。

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