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CUSTOM SDR / REAL-TIME MEASUREMENT

カスタムリアルタイム計測

広い帯域を取りこぼしなく見続けたい。飛び交う電波がどの方式なのかをその場で知りたい。複数チャネルを同期して測りたい。市販の計測器の機能に測り方を合わせるのではなく、測りたい量に合わせて計測系を作るのがカスタムリアルタイム計測です。RFSoCのRF-ADCでアンテナ直後の信号をそのままデジタル化し、FPGAでリアルタイムに処理して、必要な情報だけを画面に出します。

GHz帯を直接デジタル化FPGAで常時処理表示・解析ソフトまで実装
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特長

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GHz帯を直接デジタル化

RF-ADC 4.096 GSPSで、ミキサや中間周波数段を介さずに信号を取り込みます。観測する周波数や帯域幅の切り替えは、チップ内のデジタル処理の設定を変えるだけです。

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掃引しない、取りこぼさない

帯域の全体を同時に取り込み、1024点のFFTを8 µsごとに隙間なく実行します。周波数を掃引する方式では見逃す短いバーストも捉えられます。

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必要な情報だけをPCへ

検出・復調までをFPGA内で行うので、PCに生の波形を送り続ける必要がありません。Gigabit Ethernet 1本で連続観測ができ、波形そのものを外に出さない設計にもできます。

アンテナ・LNA フィルタ・増幅 (RFフロントエンド) RF-ADC 4.096 GSPSで直接取込 周波数変換・間引き FPGA リアルタイム処理 FFT(8 µsごと) 活動検出・切り出し チャネル分割・復調 時刻の打刻 内蔵CPU 結果の整理 Ethernet転送 PC 表示・記録・解析 (専用GUI)

処理の流れ。時間に厳しい処理をFPGAが受け持ち、PCは表示と記録に専念します。どこまでをFPGAで行うかは、測りたい量に合わせて決めます。

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実施例

アンテナと低雑音増幅器(LNA)をRFSoCに接続し、実際の電波環境を受信して確認した結果です(2026年10月。受信のみで、電波は出していません)。

CASE 01

2.4 GHz帯リアルタイム・プロトコルアナライザ 実機

2.4 GHz帯の全幅(83.5 MHz)をFPGAで常時FFT・活動検出し、Wi-Fi、Bluetooth LE、Bluetooth Classicが入り混じる実環境を、PC上の画面にリアルタイムで表示します。

  • 2.44 GHzを中心に直接サンプリング。ノイズフロア−100 dBFS/250 kHz、LNA直結でも飽和なし
  • FPGA内で、128 MSPSへの帯域絞り込み → 1024点FFTを8 µsごとに隙間なく実行 → 活動検出 → 波形の切り出し。内蔵CPUから95〜117 MB/sでPCへ転送(欠落0)
  • PC側で、BLEアドバタイズ、Wi-Fiビーコン・制御フレーム、Bluetooth Classic、IEEE 802.15.4を分類・復号して一覧表示
プロトコルアナライザの画面。左に残像つきのスペクトルとウォーターフォール、右に方式ごとの検出一覧。
実環境のリアルタイム表示。残像つきスペクトル(左上)、ウォーターフォール(左下)、方式・周波数・帯域・SNRの一覧(右。第三者の機器情報の欄はぼかしています)。
2.44 GHzを中心に取得したスペクトル。上は1024 MHz幅、下は2.4 GHz帯の拡大。
取得したスペクトル。1024 MHz幅(上)と2.4 GHz帯の拡大(下)。赤は最大値、青は平均値です。
CASE 02

FPGA内でBLEを復号し、匿名IDで送信元を追跡 実機

復調までをFPGAの中で行う構成です。128チャネルに分割する処理とBLE復調器をFPGAに実装し、誤り検査を通ったパケットだけを匿名のIDに紐付けてPCへ送ります。元のアドレスや波形はPCへ出しません。

  • 実機で6,695パケット・7つのIDを追跡、欠落0
  • 表示ソフトはWindowsとmacOS向けに用意。Windowsで実機受信を、macOSで記録データの再生を確認
  • 電源を入れるだけで自動起動する構成も整備

Wi-FiなどBLE以外の方式のFPGA内復号、BLEの接続後の通信の追跡、5 GHz帯への対応は今後の拡張項目です。

解析画面。周波数と時間の電波活動図にBLEパケットを重ね、匿名IDごとの記録、3Dスペクトル、ウォーターフォールを表示。
FPGA内で復号したBLEパケットを、電波活動図(左上)に重ねて表示。左下は匿名IDごとの記録、右は3Dスペクトルとウォーターフォール。

※ 数値は当社の実機検証記録で確認できる値のみを掲載しています。詳細な試験条件はお問い合わせください。

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これからの展開

同じハードウェアの上に積み上げる形で、計測できる対象を広げています。

到来方向の推定を組み合わせた3D電波監視 構想

立方体に配置した8素子のアンテナを8つのRF-ADCに接続し、パケットごとに到来方向を推定する装置の構想です。「どの方式の電波が、いつ、どこから来たか」を1台で捉えることを狙っています。アレーの計算と概念設計まで進めており、8チャネルの位相の再現性の実測とアンテナの試作はこれからです。

RFSoC筐体の上にマストを立て、先端に8素子のアンテナヘッドを載せた概念図。
3D到来方向推定装置の概念図。

2.4 GHz受信フロントエンド基板 設計中

フィルタ2段・LNA 2段・可変減衰器を載せた小型(60×40 mm)の受信フロントエンドです。利得約+29 dB、雑音指数3.6 dB(いずれも計算値)。回路図・部品表・RF配線まで完了しています。より弱い電波まで安定して観測できるようにします。

2.4 GHz受信フロントエンド基板の部品配置図。
受信フロントエンド基板の部品配置(設計データ)。

こんな計測のご相談に

  • 特定の帯域を常時監視し、条件に合う電波が出たときだけ記録したい
  • 自社製品が出す電波・受ける電波を、方式ごとに分けて時間軸で見たい
  • 複数チャネルを同期して取得し、位相差や到来方向を求めたい
  • 測定結果を既存のシステムや自社ソフトに取り込みたい

高周波関連に関するお困り事は、ぜひ当社にご相談ください。

受託研究・開発(業務委託)、計測装置の開発・製造、ソフトウェア開発、共同研究など、形態を問わず対応します。

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