Software Defined Radio 2007.2.11


 最近、SDRに関する記事が無線雑誌に散見されるようになり、根っからのアナログ屋(←時代遅れ!)の私でも、なんとなく気になり始めました。アナログ無線機とはまったく異なるアプローチなので、得られる特性がどの程度なのか、(→アナログ無線機が不要になるほどのインパクトを持った新技術なのか)について、興味はつきません。

 ということで、まずは習うより慣れろの「乗り」で少しずつ作ってみる事にします。SDRに関しては、従来のCW/SSB/AM/FMといったアナログ変調波をソフトウェア的に検波するアプローチがとっつき易いのですが、それだけでは面白くもないので、今はやりのDRM(「でじたるらいつまねーじめんと」では有りません、念のため)についても首を突っ込んでみたいと思います。

 まずは、何をするにも、直交検波器が要るようです。構成はあまり複雑ではなく、昨年12月の無線雑誌に基板が付録でついてきたほどですから、かなりの皆さんが「一丁、作ってみるか」と思われたことでしょう。私も、最初なので、あまり天邪鬼にならずに、素直にコピーして例のごとく、生基板にでっち上げてみました。




生基板方式の直交検波器


 これと、各種のソフトでSSB/AM/FMに到るまで復調することが出来ます。以上終わり・・・・って、いじるところがあまり無いので、受信できたら、それで終わりになっても仕方がありません。最初は、こいつを受信機として見たときに、感度や対妨害波強度(IMDや感度抑圧、イメージリジェクション)の特性を取得しようかと思ったのですが、これは、またそのうちに明らかにしたいと思います。まずは、ざっくりと全体的な「カンジ」を掴んでからでないと・・・・・・




 次に手をだしたのが、DRMです。これはアナログ変調とは異なって、相当高等なデジタル変調方式で、今はやりの地上デジタル放送と同じOFDMを使っています。これは、旧式のアタマでは、何がどうなって変調され、復調できるのか皆目見当がつきません。ということは、いろいろ、実験していくうちに、新たに判ってくることが多くありそうで、軟化し始めた脳味噌を鍛えなおすにはいい材料かもしれません。

 すぐにDRMの受信というところに行きたいのですが、単に直交検波器とソフトで終わり・・となるのもつまらないので、送信側をまず作ってみることにしました。dreamはDRM信号の送信機能もあるので、これがしっかりできれば、受信機、検波器の性能が掴めると思ったからです。(ところがこれが後で苦労するとはつゆ知らず・・・)実は、ネタもとは、無線雑誌に連載していたJA2SVZ OMの記事です。SVZ OMにも直接ご教示いただく機会もあり、見えなかったところが判ってきたこともあって(まだまだ全然、初歩の初歩ですが)、これからも軟化脳を引き締めるためのいい機会になりそうです(笑)。
 

 上の写真はDRM送信側と受信側(無線雑誌の付録と同様の回路)のセットアップです。送信変調器は送信側PCで送信モードのdreamを起動し、I/Q信号をLM386のアンプを通してDBMをドライブします。ローカルは74AC74の2段のFFで1/4します。得られた90度相当の位相差の信号を50Ω系にTRでインピーダンス変換してDBMのローカルポートに供給します。DBMの出力はミニサーキット社のハイブリッドで同相で合成します。出力はケーブルでRXのアンテナ端子へ直結あるいはATTやIFフィルタを介して接続しています。まぁ、これは記事をみながらブロック図を頼りにでっち上げたものなので、性能的には改良の余地は大ありです。


 これは、dreamの送信ソフトウェアを起動したところです。アナログ入力レベル(マイク等)が緑のインジケータで示されます。その他のパラメータはおいおい勉強していきます。



直交変調器の出力スペクトラム

CF:2.5MHz(=10MHz/4) SPAN:50kHz
AVERAGE:100

 これは送信側変調器の出力スペクトラムです。いろいろ調整したのですが、イメージ(上側の周波数のでこぼこ)比は38-40dBといったところが限界で、これ以上はSVZさんによると、I/QのDBMに供給するキャリアの位相差を細かく調整しなければならないということです。これについては今後の課題です。無線雑誌のSVZさんの作例ではキャリア、イメージ共の-50dB以上取れているのは、うなってしまいます。キャリアも漏れて居ますが、これもなんとかしないとまずいですね(笑)。




DreamのWindow


 この信号をATTを入れて、RXに供給し、受信側のdreamで復調したのが上図です。SNRは44dB程度取れて居ます。これだと、コンステレーションもきれいに収束して、エラーの無い伝送ができます。さらに、ATTを絞って、雑音と信号の比(SNR)を変化させて、限界性能を見ることができぞうです。ただし、変調器は完全にシールドする必要がありますね。

 いまのところの「出し物」は、送信側PCのマイク入力にマイクを接続して、音声を入れると、受信側PCから、3-4秒かかりますがきれいに再生できる・・・・(家人に見せてもなんとも感動無し・・・あたりまえかぁ)・・・ことくらいでしょうか?dreamはPCの能力を大きく占有するようで、特に送信側はモバイルペンティアム1GHzでは、ぎりぎりの能力です。起動タイミングによっては、正しくエンコードされないデータを送っているようです。受信はペンティアムW-1.8GHzですが、なんとかOKみたいです。FFT/IFFTの他QAMの処理、エラー訂正とか、本来DSPでやるような事を汎用PCでやっているのだから、これはこれですごいことですけど。