GNU Radioによりソフトウェア無線を実現する技術解説記事 「超高速ディジタル無線スタータキット“USRP B205mini-i”」を公開しました

　マルツエレックは、ZEPエンジニアリングが企画・編集した技術解説記事「GNU Radioで遊ぶ超高速ディジタル無線スタータキット“USRP B205mini-i”」を下記のWebページにて公開いたしました。この解説記事は、リニア・テック代表の別府伸耕氏にご執筆いただいたもので、非常にわかりやすい内容となっています。ぜひ、ご一読ください。

■GNU Radioで遊ぶ超高速ディジタル無線スタータキット“USRP B205mini-i”
　自作のスペアナ/ネットアナからIoTエッジ，5G通信まで

＜ USRP B205mini-i ＞

　ソフトウェア無線(Software Defined Radio：SDR)は、従来アナログ回路で構成されていた無線機の信号処理部分をソフトウェアで書き換え可能なデジタル回路にすることで、様々な通信方式に対応できるようにした無線機です。元々は軍用を目的に開発されていましたが、GNUプロジェクトにおいて誰でも自由に使えるライブラリとして、GNU Radioが2001年に公開されてからソフトウェア無線が身近なものになりました。

　GNU Radioは無線通信でよく用いられる信号処理関数を使いやすくしたライブラリで、C/C++やPythonを使ってプログラミングができます。また、グラフィカルにプログラミングができるGRC(GNU Radio Companion)という環境も用意されています。

　USRP(Universal Software Radio Peripheral)は、GNU Radioの開発者の一人でもあるMatt Ettus氏が2004年に設立したEttus Research社が販売するSDRプラットフォームで、オープンハードウェアとして回路図やFPGAのプログラムが公開されています。USRPは、GNU Radioの機能とほぼ1対1に対応しています。なお、Ettus Research社は2010年にNational Instruments社に買収され、現在はNI社のブランドになっています。

　USRPには、USB接続のBシリーズ、Ethernet接続のNシリーズ、PCIe接続のXシリーズ、組込み用途のEシリーズなどがあります。低価格なのはB200シリーズです。

　USRP B205mini-iには、ボードのみのバージョンとケースに収められたバージョンがあります。USRP B205mini-iは、RFフロントエンド、デジタルバッファ、USBコントローラで構成され、RFフロントエンドにはアナログ・デバイセズ社のトランシーバAD9364、デジタルバッファにはザイリンクス社のSpartan-6(XC6SLX75)FPGAが使用されています。70MHz～6GHzという広い周波数範囲に対応し、パソコンとUSB3.0によるバスパワー接続を行って使用します。

　今回公開した解説記事では、SDRの概要から始めてUSRP B205mini-iの構造や機能を簡単に紹介し、実際にGNU Radio上でFMラジオを構成してFM放送を聞く実験をしています。

USRP B205mini-i SDR/コグニティブ無線機 【6002-410-021】　￥99,899(税込￥109,888)

　「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、 Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介する Webページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開してい ますので、是非ご活用ください。

　今回は、USB接続において電源およびデータ線を絶縁する方法について解説した記事をご紹介します。

■USB電源とデータの絶縁のための技術とソリューション

　USB(Universal Serial Bus)はパソコンとその周辺機器を接続する目的で開発された規格ですが、現在では様々な電子機器どうしを接続するために使用されています。そのため、医療機器や産業機器などでは、不慮の事故を防ぐためにUSB接続においても絶縁が要求されるようになっています。しかし、USBはデータ転送速度が改善されて高速になっているので、高速なデータ線を絶縁することは難しくなっています。

　ガルバニック絶縁は1次側と2次側が電気的に完全に絶縁されていることをいいますが、分離された電気回路間でデータや情報の転送を可能にします。一般にガルバニック絶縁を行うには、光学的、電磁的、容量的な方法があります。光学的方法では、光アイソレータを使用します。また、電磁的方法はトランスを使用し、容量的方法はコンデンサを使用します。

　【アプリケーションラボ】では、それぞれの絶縁方法のメリットとデメリットについて解説し、使用する具体的なデバイスを紹介しています。電磁的方法では、アナログデバイセズ社はiCouplerと呼ばれるシリコンチップ上にコイルを作り込む技術を開発し、絶縁バリアを介してコイルを対向させることで絶縁を実現しています。たとえばADuM1250やADuM5240は、最大1Mbit/秒のデータレートでUL1577規格に準拠した1分間2.5kVrmsの絶縁定格を備えています。また、ADuM4160は、USBホストとUSB周辺機器を接続するケーブルにおいて絶縁を実現するデバイスで、USB2.0規格のフルスピード(12Mビット/秒)とロースピード(1.5Mビット/秒)に対応し、1分間5kVrmsの絶縁定格を備えています。

　ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。

双方向I2CアイソレータADuM1250 【ADUM1250ARZ-RL7】 ￥963.16(税込￥1,059.47)
DC/DCコンバータ内蔵2chアイソレータADuM5240 【ADUM5240ARZ】 ￥1,150(税込￥1,265)
USBデジタルアイソレータADuM4160 【ADUM4160BRIZ-RL】 ￥1,509.1(税込￥1,660.01)

　下記の2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

■クラウド接続なしでなりすまし耐性のある顔認識を迅速に実装

　顔認識はスマートフォンなどでは採用されていますが、それ以外の用途には普及していません。それはセキュリティ対策が難しいからです。ここでは、安全な認証の難しさについて説明し、スマート製品にオフラインのなりすまし防止顔認識を迅速に実装する方法を示します。

■リアルタイムオペレーティングシステム(RTOS)とそのアプリケーション

　現在、リアルタイムオペレーティングシステム(RTOS)は、組み込みシステムにおいて重要な役割を担うようになっています。ここでは、実行時間の予測可能性と決定論性を示すRTOSの概念およびRTOSを使用する理由、APIの使い方などを解説します。