導入前の疑問に。
導入・操作・データ利用
手持ちのUSRPを使えますか？
お持ちのソフトウェア無線機(USRP)の機種・状態と、必要な収録・再生機能を確認したうえで、利用できる構成をご提案します。
機種名と現在の使用環境、ご希望の周波数・帯域幅・チャネル数をお知らせください。装置内部の制御プログラムや信号処理回路の設定を更新する場合があります。複数台の利用や、一部のチャネルだけを使う構成もご相談いただけます。
Linuxの操作経験がなくても使えますか？
収録・再生は日本語の操作画面から行えます。スタートアップガイドも付属するため、Linuxの操作に慣れていない方にも使い始めていただけます。
WindowsやMacからネットワーク経由で付属PCの画面を操作したり、保存データをコピーしたりすることもできます。
収録データの形式と解析方法を教えてください。
受信した信号は、振幅と位相の情報を持つIQデータとして保存します。データビューアで確認するほか、MATLABやPythonへ読み込んで解析できます。
標準の保存ファイルは、次の2種類です。
.dat：IとQを交互に並べた、ヘッダーなしのバイナリデータ。I・Qはそれぞれ16 bit符号付き整数（int16）です。.ini：収録時の設定情報を記録したファイルです。
収録中のIQデータを一定間隔で外部の解析プログラムへ渡す連携や、ファイルへ保存せずに受信データを利用する動作にも対応します。必要な受け渡し間隔・データ量・処理内容をお知らせください。保存形式の変更もご相談いただけます。
カスタマイズや、将来の構成変更は相談できますか？
はい。台数、帯域幅、チャネル数、同期、保存形式、解析プログラムとの連携などをご相談いただけます。
装置内部の信号処理回路（FPGA）の変更を含む開発や、研究・調査・展示会向けの構成にも、要件を確認して対応をご案内します。
ソフトウェアのライセンスや保証条件を教えてください。
ソフトウェアのライセンスと保証については、利用条件・保証をご確認ください。
納品する機器・ソフトウェアと構成は、お見積もりに明記します。
帯域・収録時間・PC性能
機種一覧に掲載された帯域幅で、長時間の連続収録ができますか？
長時間の連続収録には、受信データをPCへ送りながらSSDへ保存する「ストリーミング方式」を使います。連続収録できる帯域幅は、USRPだけでなく、チャネル数・接続方式・PC・SSDを含む構成で決まります。
トップページの機種一覧には、USRP内部の「本体メモリ」に短い区間を収録する方式で扱える帯域幅も含まれます。このため、掲載された最大値を、そのまま長時間の連続収録に使えるとは限りません。各機種ページの方式別説明と確認実績をご覧ください。
BWは帯域幅を表します。掲載値は機種選定の目安であり、その範囲内の振幅平坦度を保証する値ではありません。
B200・B210・B206mini-i・E320の掲載帯域幅は、本システムで使用するIQデータのサンプルレートを基にしています。メーカーのアナログ帯域幅との関係は、48 MHz BWの算出根拠で説明しています。
MCRとは何ですか？帯域幅・IQレートとどう関係しますか？
MCR（Master Clock Rate）は、USRP内部の信号処理の基準となるクロック周波数です。MCRによって、設定できるIQレートが変わります。
N310では、MCR÷IQレートが整数になる必要があります。整数比の条件は、帯域幅ではなくIQレートに対するものです。
- 整数比が合う例：MCRが125 MHz、指定する帯域幅が10 MHz BW・IQレートが12.5 MS/sの場合、125÷12.5＝10となり、指定したIQレートで動作できます。
- 整数比が合わない例：MCRが125 MHz、指定する帯域幅が80 MHz BW・IQレートが100 MS/sの場合、125÷100＝1.25となります。この動作例では、IQレートが125 MS/sへ調整され、100 MHz BW相当で動作します。
整数比が合わない場合は、MCRを変更するか、整数比が合う、より広い帯域幅・高いIQレートを選んで収録・RF再生します。例えば、MCRが125 MHzの場合、80 MHz BW・100 MS/sではなく、100 MHz BW・125 MS/sを選びます。
対応するIQレートへ調整される場合があるため、指定値だけでなく、実際に適用されたIQレートを確認してください。IQレートが変わると、収録データ量や必要な転送速度も変わります。
当社GUIでは、帯域幅とIQレートを組み合わせて選びます。帯域幅の設定値はIQレートの80%です。操作ページの例では、先にMCRを125 MHzに設定してから、10 MHz BW・12.5 MS/sを選択します。
選択できるMCRやIQレート、調整の動作は機種・FPGA構成によって異なります。上記の動作例を、すべての機種・構成に適用できるとは限りません。
通信やSSDの速度で、収録・再生できる帯域幅は変わりますか？
はい。ストリーミング方式では、通信・PC処理・SSDのすべてが必要なデータ量を継続して処理できることが条件になります。
収録時は、USRPからのデータ転送とSSDへの書き込み速度を確認します。RF再生時は、SSDからの読み出しとUSRPへの転送速度を確認します。同時収録再生では、両方向の通信とSSDの読み書きを合わせて確認します。
通信規格の速度やSSDの瞬間的な最高速度だけでは、連続動作の性能は判断できません。通信にはIQデータ以外の情報も含まれ、SSDには長時間の読み書きで速度が変わるものがあります。ノートPCかワークステーションかという名称だけでなく、構成全体の持続性能で選びます。
必要な速度は、サンプルレート・チャネル数・データ形式から計算します。通信時と保存時でデータ形式が異なる場合は、それぞれ計算します。また、PCを高速にしても、USRPと内部の信号処理回路が対応する帯域幅が上限になります。
SSDに保存できる収録時間は、どう計算しますか？
SSDの空き容量を、1秒あたりの保存データ量で割ると、収録時間の目安を求められます。
収録時間［秒］＝保存に使える空き容量［MB］÷保存データ量［MB/s］
標準の保存形式はI・Q各16 bitで、IとQを1組にした複素サンプルあたり4 byteです。同じサンプルレートのチャネルを収録する場合、保存データ量は次の式で求めます。
保存データ量［MB/s］＝サンプルレート［MS/s］× 4 × 収録チャネル数
本システムでは、サンプルレートの80%を帯域幅の設定値としています。そのため、帯域幅から計算する場合は次の式になります。
保存データ量［MB/s］＝帯域幅［MHz］× 1.25 × 4 × 収録チャネル数
この式には、本システムの帯域幅の設定値を使います。メーカーのアナログ帯域幅をそのまま代入せず、実際のサンプルレートと保存形式を基準にしてください。チャネルごとにサンプルレートが異なる場合は、各チャネルのデータ量を合計します。
SSD容量は10進表記で計算します。1 MB＝1,000,000 byte、1 TB＝1,000,000 MBです。OSや既存ファイルが使う容量を除いた空き容量を使ってください。
計算結果は容量から求めた目安です。その時間の連続収録が可能かどうかは、通信・PC・SSDを含む構成で確認します。
メモリを搭載したUSRPなら、本体メモリ方式を使えますか？
本体メモリへの収録・再生に対応した機種と、内部の信号処理回路の設定が必要です。メモリの搭載だけでは利用できるかどうかを判断できません。
この信号処理回路をFPGAと呼びます。本体メモリ方式では、IQデータをメモリへ書き込み、メモリから読み出す「RFNoC Replay Block（以下、Replayブロック）」を備えたFPGA構成を使います。
使える帯域幅とチャネル数も、FPGA構成ごとに決まります。機種の仕様上の最大帯域幅と、本体メモリ方式で使える帯域幅が異なる場合があります。
機種比較表の○は、対応する構成があることを示します。実際に使用するFPGA構成と、USRPを制御するソフトウェア「UHD」のバージョンをそろえ、当社ソフトウェアでの確認範囲を各機種ページでご確認ください。
本体メモリに収録できる時間や、保存できる再生波形の長さは、どう計算しますか？
使用できる本体メモリ容量を、1秒あたりのIQデータ量で割って求めます。
時間［秒］＝使用できる本体メモリ容量［byte］÷（サンプルレート［sample/s］× 4 × チャネル数）
この式は、当社の本体メモリ収録・再生処理で使用するI・Q各16 bitの形式（sc16）、複素サンプルあたり4 byteを前提としています。RF帯域幅ではなく、実際のIQサンプルレートを使います。
計算で求める時間には、次の意味があります。
- 収録の場合：1回の収録区間の長さ。
- 再生の場合：本体メモリに保存できる波形の長さ。同じ波形の繰り返し再生を続けられる時間とは別です。
SSDの計算では10進表記を使いますが、本体メモリは機器の実際のバイト容量に照合し、GiB表記に整理しています。1 GiB＝1,073,741,824 byteです。
機種別の計算例では、共有メモリはチャネル間で均等に割り当て、チャネルごとに独立したメモリがある機種はそれぞれの領域を使います。予約領域、領域の境界をそろえるための調整、収録用と再生用への分割によって、使用できる容量は変わります。
計算結果は容量上の理論値です。当社ソフトウェアで確認した収録時間や、連続転送の実績は、各機種ページの確認範囲をご覧ください。
機種別の計算例：
本体メモリ方式でも、高速なPCを選ぶ利点はありますか？
収録後のデータをPCへ回収する時間を短くできます。本体メモリに収録し、PCへ転送・保存してから次の収録を始める運用では、収録と収録の間の空白時間を短くすることにつながります。
例えば、200 MHz BW × 2 chの信号を1秒間収録する場合で比較します。サンプルレートは各チャネル250 MS/s、データ形式はI・Q各16 bitとすると、1回のデータ量は次のとおりです。
250 MS/s × 4 byte × 2 ch × 1秒＝2,000 MB（2 GB）
このデータを、ノートPCの1 Gbps接続と、ワークステーションの10 Gbps × 2接続で回収する場合の計算例を示します。
以下は通信速度から求めた理論上の目安です。 2本の10 Gbps回線へデータを均等に分けて同時転送でき、PC・SSDの処理が転送を妨げないと仮定しています。通信の付加情報や次の収録の準備時間は含みません。
| 1回の動作 | ノートPC： 1 Gbps | ワークステーション： 10 Gbps × 2 |
|---|---|---|
| 受信信号を本体メモリへ収録 | 1秒 | 1秒 |
| 1秒分のデータをPCへ転送 | 約16秒 | 約0.8秒 |
| 収録開始から次の収録開始まで | 約17秒＋準備時間 | 約1.8秒＋準備時間 |
この例では、通信速度だけで計算した転送時間に約15.2秒の差があります。高速な接続を使うことで、同じ1秒間の信号を、より短い間隔で繰り返し取得できる可能性があります。
実際の取得間隔は、次の一連の動作にかかる時間で決まります。
本体メモリへ収録 → PCへ転送・SSDへ保存 → 次の収録の準備 → 再び収録
転送・保存・準備の間は、収録していない空白時間になります。転送とSSDへの保存を並行して行う場合は、両方を通した実効速度で計算します。転送後に保存する場合は、保存処理の時間も加わります。実際の時間は表の計算値より長くなるため、使用するUSRP・接続・PC・SSD・ソフトウェアの構成で確認します。
高速化するのは主にデータ回収と準備です。本体メモリで扱える帯域幅や1回の収録時間は、USRPの対応構成・メモリ容量・サンプルレート・チャネル数で決まります。
RF再生でも、PCから本体メモリへ波形を読み込む準備時間を短縮できます。一度読み込んだ波形を繰り返し再生する場合は、毎回PCから転送する必要はありません。
RF接続・レベル調整
スペクトラムアナライザや信号発生器の代わりになりますか？
受信したRF信号の収録や、保存した波形のRF再生に利用できます。保存したIQデータをRF信号として出力する操作を、本システムでは「RF再生」と呼びます。
本システムの目的は信号の収録・再生です。校正された絶対電力の測定・設定や、EVMなどの変調品質の測定精度を保証する測定器ではありません。これらの評価には、適切な測定器・解析環境と測定系の校正が必要です。
画面上の振幅や送受信ゲインの設定値も、そのままRF端子の電力を示すものではありません。RF再生の出力レベルは、測定器で確認しながら調整します。
受信するときのアンテナ・外部回路・入力レベルは、どう選びますか？
対象の周波数と信号に合うアンテナを選び、USRPのRF入力上限に合わせて外部回路を構成します。
- 強い信号には、減衰器（アッテネータ）を使います。
- 不要な周波数の信号には、RFフィルタを使います。
- 弱い信号には、必要に応じて低雑音増幅器（LNA）を使います。
LNAを使う場合は、増幅後の信号レベルと、強い不要波による飽和も確認してください。
RF入力上限は、ひずみなく収録できるレベルとは別です。上限以下でも、受信ゲインや信号の条件によって波形が飽和することがあります。波形とスペクトラムを確認しながら受信ゲインを調整します。
また、受信ゲインを下げても、RF端子へ入る信号自体は小さくなりません。過大入力を防ぐには、USRPへ入る前に減衰させてください。ゲイン設定値と、ケーブル・外部回路を含む経路全体の実際の利得も別のものです。
RF入力上限の数値は、使用する機種の詳細仕様・FAQをご確認ください。
RF再生するときは、評価対象へどのように接続しますか？
評価対象の機器（DUT）へ、同軸ケーブルで有線接続する使い方を基本とします。USRPの出力レベルと接続先の入力上限を確認し、必要に応じて減衰器を入れます。
空間を介した評価では、シールド環境など、電波の漏えいを管理できる設備と運用条件を確認してください。
アンテナから電波を放射する場合は、無線局免許等の要否を含め、電波法に適合する使用条件を事前に確認する必要があります。シールド環境であることだけでは、免許不要とは判断できません。
収録時と同じ絶対レベルでRF再生できますか？
測定器で出力電力を確認しながら、送信ゲインを調整して目標のレベルに合わせます。保存したデータを再生するだけで、収録時の絶対レベルが自動的に再現される仕組みではありません。
収録時と同じレベルに合わせる場合は、基準となる接続点での電力を、収録時に測定・記録しておきます。
RF再生時は、次の手順で調整します。
- 接続先と測定器の入力上限を確認し、必要な減衰器を介してUSRPの出力をスペクトラムアナライザへ接続します。
- 再生するIQデータと周波数を設定し、低い出力からRF再生を開始します。
- 出力電力を測定します。変調信号は、信号帯域全体の電力を測るチャネルパワー機能などで確認します。
- RF再生を停止し、測定値と目標値に合わせて送信ゲインを調整します。
- 再生・測定・停止・調整を繰り返して、レベルを合わせます。
ケーブルや減衰器の損失を考慮し、評価対象の入力端で目標のレベルになるように調整してください。周波数・再生波形・接続経路を変更した場合は、再度確認します。
送信ゲインは、RF出力電力をdBmで直接指定する設定ではありません。調整できる範囲と精度は、USRP・測定器・接続構成によります。絶対レベルの評価には、校正された測定器を使用してください。
信号品質・データ欠落
収録データにDCスパイクやイメージが現れることはありますか？
あります。受信中心周波数に細い不要成分が現れる「DCスパイク」や、本来の信号に対して鏡像の位置に成分が現れる「イメージ」が生じる場合があります。
受信信号を中心周波数が0 Hzになるように変換するゼロIF方式では、DCオフセットや、I・Q間の振幅・位相のずれが原因になります。
補正の対応と適用状態は、機種、USRPを制御するソフトウェア（UHD）、設定によって異なります。メーカーの補正機能の有無に加え、当社ソフトウェアでの適用・確認範囲も確認してください。
補正後も不要成分が残る場合があります。また、DC補正が中心付近の目的信号に影響することもあるため、評価に使用する周波数範囲と設定で確認します。
収録帯域の外に強い信号がある場合、影響しますか？
影響する場合があります。機種によっては、受信機内部の周波数変換によって、帯域外の強い信号が収録帯域内に現れることがあります。
このような成分は、その周波数に実在する信号と見分ける必要があります。対象の周波数と周辺の強い信号に合わせて、RF入力フィルタや入力レベルを検討します。
不要信号が目的信号と重なって収録されると、収録後のデジタルフィルタだけでは取り除けない場合があります。対策はUSRPへ入力する前の段階で検討することが重要です。
影響する周波数やフィルタの構成は機種ごとに異なります。機種別FAQで、メーカーが説明する特性と当社の観測例をご確認ください。
機種別FAQ：
RF再生の開始前や、送信周波数を変更するときにも信号が出ますか？
機種や設定によっては、内部のRF回路が特性を調整する校正処理の際に、再生データとは別の一時的な信号が出力される場合があります。
設定中の信号を評価対象へ入れたくない場合は、外部RFスイッチで信号経路を遮断するなどの方法を検討します。外部アンプを使用する構成では、その制御も含めて検討してください。
確認するのは、出力されるタイミングとレベル、使用する機種・ソフトウェア・校正設定です。RF再生の停止や送信ゲインの設定だけで、校正中の出力も止まるとは限りません。
機種別の現象と確認条件は、各機種のFAQで説明します。
機種別FAQ：
長時間収録で、データ欠落を防ぎ、発生を確認するにはどうすればよいですか？
使用する帯域幅・チャネル数に対して、通信・PC・SSDが十分な持続性能を持つ構成を選び、その条件でシステム全体の動作を確認します。
操作画面の詳細ステータスでは、データを一時的にためるバッファの状態を確認できます。受信データの欠落（受信ドロップ）や、送信データの供給不足（送信アンダーフロー）が発生すると、該当欄を警告色で示します。
バッファ使用量が増えただけでは、データ欠落が発生したことにはなりません。ドロップなどが発生した場合は、帯域幅・チャネル数・接続・PC・SSDの構成を見直します。
強すぎる入力による波形の飽和やクリッピングは、データ転送の欠落とは別の問題です。受信ゲインの調整だけでは、転送の問題は解消できません。
本体メモリ方式では、対応する構成・設定のもとで、メモリに収まる短い区間をデータ欠落なく扱います。ただし、間欠収録では収録区間の間に空白があります。
あらゆる条件での無欠落を保証するものではありません。また、画面のカウンタが0であることだけでは、保存ファイル全体の完全性まで確認したことにはなりません。
同時収録再生・応用
収録とRF再生を同時に行えますか？
対応する機種・構成では、RF再生しながら受信信号を収録できます。収録側と再生側で選べる方式の組み合わせは、各機種ページの「送受信同時」の表をご覧ください。
表の○は、その組み合わせに対応する構成があることを示します。同時動作で使える帯域幅とチャネル数には、機種や内部の信号処理回路の設定による条件があります。収録単独・再生単独の最大値を、同時に使えるという意味ではありません。
本体メモリを使う場合は、収録用・再生用への容量配分に加え、メモリへデータを読み書きするReplayブロックのポート数も確認します。メモリ容量が十分でも、同時に扱えるチャネル数には別の上限があります。
ストリーミングを組み合わせる場合は、データの経路・チャネルの割り当て・両方向の通信量・SSDの読み書き性能を合わせて確認します。
機種別の同時動作条件：
その他の機種は、機種一覧から対応方式と確認範囲をご覧ください。
チャネルサウンディングでは、どこまで対応しますか？
同期・位相
周波数・時刻の同期と、初期位相差の再現性は何が違いますか？
周波数・時刻の同期は、複数のチャネルや機器で、周波数と時刻の基準を合わせることです。共通の基準クロックや、1秒ごとの基準パルス（PPS）を使います。
初期位相差の再現性は、電源を入れ直して同じ条件で収録・再生を開始したとき、チャネル間に同じ位相差が現れることです。周波数・時刻の基準を合わせるだけで、この再現性まで決まるわけではありません。
また、同じ位相差が再現することと、位相差がゼロになることは別です。受信側と送信側についても、それぞれ確認します。
機種比較表の「初期位相差の再現性」は、電源再投入後の再現性を基準にしています。ソフトウェアの再起動や周波数の再設定については、それぞれの操作に対する条件を確認します。
メーカー資料に基づく判定理由：
LOを共有すると、チャネル間の位相差はゼロになりますか？
LOを共有しても、チャネル間の位相差が自動的にゼロになるわけではありません。
LOは、RF信号の周波数変換に使う局部発振信号です。各チャネルで同じLOを使うことで、チャネル間の位相関係をそろえて扱うための構成を作れます。残る位相差は、必要に応じて測定し、補正します。
電源の再投入、ソフトウェアの再起動、周波数の再設定を行った後の位相関係は、機種と設定によって異なります。同じ位相差を再現できる構成もあれば、操作後に位相差を測り直して補正する必要がある構成もあります。
また、長時間動作による位相の変化は、初期位相差の再現性とは別に確認する必要があります。
機種ごとの条件は、次のFAQをご覧ください。
当社では、位相についてどこまで確認していますか？
当社の確認対象は、受信チャネル間の初期位相差の再現性です。確認した受信構成では、再起動・USRPの電源再投入後も、同じ条件で初期位相差が再現することを確認しています。
この結果の対象となる機種・周波数・LO共有方式・設定条件は、個別構成の検証内容としてご案内します。全機種・全構成に共通する結果ではありません。
連続動作中に位相差が変化する「位相ドリフト」は未評価です。送信側についても、受信側の結果をそのまま当てはめず、別に確認します。
収録したIQデータの位相差を補正する処理は、お客様の解析環境で行います。