DVB-T+FM+DAB 地デジのチューナーを使ったSDR [RTL-SDR]

ADALM-PLUTOでRF実験をしていますが、こんなのが届きました。

本体にはDVB-T+FM+DABって長ったらしく書かれています。あと外部アンテナとリモコンもあります。（リモコンは即ごみ箱行き）

さて、このDVB-Tというのは、ヨーロッパ方式の地上デジタルTV放送です。
次のFMは通常のFM放送です。
最後のDABは、地上波デジタルラジオ放送です。
つまりこのUSBドングルは、これら３つの放送が受信可能なチューナーというわけです。
（このドングルにはRTL2832Uというデコーダーチップと、R820T2というチューナーチップが入っています。R820T2は第2世代のヨーロッパ方式の地上デジタルTV放送対応チップです。）

ところで、日本では当然ヨーロッパ方式の地上デジタルTV放送なんて見えません。
では何をするのかというと、この地上デジタルTVチューナーをソフトウェア無線機(SDR)にしてしまおうというわけです。
Zadigというドライバソフトを使うと、チューナー内蔵のデコーダーチップをコントロールすることができます。つまり、プログラムで制御可能な広帯域の受信機ができあがるわけです。
あと何がすごいって価格が安い！
Amazonには何種類もありますが、高くても2000円程度で高性能な受信機が手に入ります。

さっそく、Zadigドライバをインストールします。

デバイス一覧でRTL2832Uという文字列を選択します。このドングルはbluetoothミニポートドライバを介して接続されています。Zadigは、これを汎用USBドライバに置き換えるプログラムです。これにより内蔵デコーダーチップをコントロールすることができるので、受信する周波数や帯域を変更できます。

先ほどのZadigのホームページには、いくつかの受信機ソフトがあります。無論、これらを使うと高性能なソフトウェア受信機を体験することができますが、今回はADALM-PLUTOの時も使ったMATLAB/Simulinkを使って見ようと思います。

さてMATLAB/Simulinkを起動し、FMラジオのブロック線図を作ります。

聞きたいFM放送局の周波数を緑の部分に設定してあげます。80ということは東京FMですね。
このドングルのチューナー付属のアンテナを接続するのを忘れずに。いとも簡単にFMラジオになりました。

では、前回やったように航空機の位置情報を受信することはできるのでしょうか。
さっそくADS-B受信のブロック線図を書いてみます

屋内にいるので、うまく受信できるか分かりませんがやってみます。

なんとか1機だけ見えています。飛行場近くでやってみると面白いでしょうね。

このように、目的のシステム（今回はFMラジオとADS-B受信機）のRF受信部をADALM-PLUTOや今回の地デジチューナーが担当し、残りの部分をソフトウェアにすることで、システム全体のハードウェアに依存する部分を相当減らすことができます。
また、無線機をソフトウェア化したことで、RF部分以外の部分を例えばラズベリーパイで実行することも容易になります。

つまり、システム全体のうち、ハード（RF送受信部）に依存する部分と、依存しない部分（ソフトウェア化可能）を明確に分けることで、設計のスピードが上がることが期待できます。
またソフトウェアなので修正も簡単でリビジョンアップが容易になります。ハードウェアだとこんな簡単には修正できないでしょう。

さて、今日はここまでにします。
このUSBドングルにもいくつか種類がありますが、その違いについては次回以降で。

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ADS-B受信、FM受信機のデモサンプル ADALM-PLUTO [その2]

高性能なRF実験機器のADALM-PLUTOですが、実際にADS-Bの受信のデモプログラムを動かしてみます。
ADS-Bとは、Automatic Dependent Surveillance-Broadcastの略で、航空機が自機の位置や高度を通報するものです。
送信周波数は1090MHzで共通です。

航空機から送信される情報は、

• ID番号
• 位置情報（経度、緯度）
• 速度
• 高度
• 進行方向

などです。

スマホアプリにフライトレーダー２４というのがあって全世界の航空機の飛行状況が見れます。これはフレイトレーダー２４の運営会社の設置した受信装置や、世界各地にこのADS-B受信装置を持っている有志が受信した情報を集約し、そのデータに出発・到着の空港情報を付与しているからです。

ではさっそく、ADALM-PLUTOを使ってADS-B電波を受信してみます。この場所は比較的羽田空港に近いので、飛んでいる航空機の電波を受信できるはずです。

まず屋外に出て、ADALM-PLUTOをPCにUSB接続します。
ADALM-PLUTOのRF受信機のパラメータを自動的に設定し、サンプリングしたRF信号をPCに取り込むプログラムを走らせます。これらはすべてMATLABという科学技術計算用ソフトで動きます。
プログラムを実行させてADS-Bの電波を受信します。

すると、航空機の情報が出てきました。

こんな感じに飛行機を地図上にもプロットできます。フライトレーダー24の画面みたいですね。
このように、MATLAB上でADALM-PLUTOのパラメータを設定してあげるだけで、ADALM-PLUTOが様々な特性の送受信機に変化します。これによって柔軟なRF実験ができることはとてもすばらしいです。

次にMATLAB/Simulinkのブロック線図で次のような回路を作ってあげます。RF受信部としてADALM-PLUTOを使い、受信したRF信号の生データをFM復調器に接続し、復調データをスピーカに接続します。

すると、FMラジオができます。
受信したい周波数を与えてあげると（緑の枠にMHz単位で記入）、FM放送がPC内蔵スピーカーから聞こえてきます。
受信したFM変調信号を復調する部分はソフトウェアが行っています。

このように視覚的にわかりやすいブロック線図でRF実験することが可能です。

次回はADALM-PLUTOを使って、データ送受信の実験をします。



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アナログデバイセス社のSDR検証ツール ADALM-PLUTO [その1]

SDRというものがあります。Software Defined Radioの略で、ソフトウェアラジオ、ソフトウェア無線機と呼ばれます。

ラジオや無線機というものは、様々な周波数帯、出力、変復調方式などでハードウェアの構成が決まってしまうため、専用の半導体素子等で作りこまれるものです。例えばラジオでもAMラジオとFMラジオでは大きさから内部の半導体に至るまですべてが異なるのが普通です。

昨今、半導体技術の進歩により低価格で処理速度が高いCPUが出てきました。したがって、高度な信号処理をソフトウェアで行うことが可能になったわけです。
簡単に言えば、AMラジオとFMラジオのそれぞれの機能をプログラミングで実現してCPUで実行させることで、AMラジオとFMラジオの両方の機能を１つのハードウェアで実現できてしまいます。また、新しい機能を追加することもソフトウェアでならば容易です。

このように、これまで専用の半導体を組み合わせて設計してきたハードウェアとしての無線機を、汎用のハードウェア上で実行する１つのソフトウェアに置き換えてしまうことが個人レベルでも実現できてしまったということです。

例えば、ラズベリーパイのような汎用で高性能なCPU基板であれば、FMラジオや無線機を作ることも可能ですが、そもそも無線機というのは最終的に電波を送受信することが必要です。ラズパイでは送信する手前の信号を作ることはできても、ラズパイの端子をアンテナに接続しても電波を送受信することはできません。

ソフトウェア無線機によって生成された電気信号を、実際の電波にしてアンテナから放出する、もしくはアンテナで受信した電波を取り込んでソフトウェア無線機に供給するためには専用の送信・受信の素子が必要です。
つまり、実際にソフトウェア無線機を実験するためには、ラズパイのようなCPU基板の他に、電波を送受信するためのRFモジュール・基板が必要です。
これまで、CPU基板＋RF基板でSDRを実現できるキットは多く発売されていますが、どれも個人では簡単には買えない値段です。（10万円以上は普通）

そんな中、アナログデバイセズ社から低価格(149$)で高性能のSDR検証機器(ADALM-PLUTO)が発売されました。あまりの性能とコストパフォーマンスの良さにあっという間に在庫切れ、やっと今月になって入手できるようになりました。昨日届いたので早速開けてみます。

こんな箱に入ってます。中身はこんな感じ

USBでPCに接続し、送受信のSMAコネクタが出ています。
付属品としてRFアンテナ2本と、ループバック用同軸ケーブルが入っていました。
性能としてはこんな感じです

• 送受信用LSIとして、AD9363を内蔵
• LOは325MHｚから3.8GHｚ
• 信号帯域は20MHｚ
• ベースバンドサンプルレートは520kHzから61.44MHz

したがって、この機器でAM変復調からLTEまで対応可能です。またソフトウェア無線機を搭載する部分は、Xilinx社のFPGA、ZYNQ7010が搭載されています。このFPGAにはCoretexA9のCPUも搭載されています。

PC側での制御ですが、MATLAB/Simulink を使っていろいろな実験を行っていきたいと思います。
今日はとりあえずここまで。



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