実習・高性能ダイレクト・サンプリングFM SDR、FPGAへの実装

実習・高性能ダイレクト・サンプリングFM SDR、FPGAへの実装
―― HDLの基礎から信号処理の記述方法まで

  

【開催日】2020年9月26日(土) 10:00-17:00 1日コース
【セミナNo.】ES20-0084  【受講料】29,000円(税込)
【会場】東京・巣鴨 CQ出版社セミナ・ルーム [地図]
セミナ会場

 高い性能を持ったSDR(ソフトウエア・ラジオ)をFPGA(Field Programmable Gate-Array)上にディジタル信号処理回路を実装することで実現する。SDRで広く使われている中心的な信号処理ブロックの処理内容、HDLによる回路記述の基礎、FPGA開発環境の立ち上げ方法を学ぶ。
 受信対象とする無線は高音質なFM放送とし、ダイレクト・サンプリング方式のSDRとして実現したFMレシーバ(FMチューナ)において、感度(SN比)、左右分離度、ひずみ率等の面で高い性能を得るためのFPGA設計-HDL(VHDL)記述の基礎、アナログ・フロントエンド設計の要点を解説する。
 実際にIntel社FPGA設計環境をPC上で立ち上げ、信号処理ブロックの記述とHDLシミュレータによる検証、FPGAボード(=FMレシーバ基板)上での動作を体験する。FMレシーバのHDLソースコードの全体像を把握した後、コンパイルを行ってFPGAをコンフィグレーションする。実際に会場に設営したFMアンテナによって放送波を受信し、動作確認を行う。その際FPGAに実装されている、適応フィルタを用いたマルチパス・キャンセラを実際に運転し、遅延波の打消しの効果を体験する。

*本講座で使用する教材の頒布については、講義終了後、講師よりご案内いたします。

*本講座は、2018/11/17、2018/12/2、2019/1/20に開催した「実習・フル・ディジタルFMレシーバの製作」、そして2019/4/14、2019/8/10、2020/2/22に開催した「実習・ダイレクト・サンプリングFM SDRの製作」の内容を小変更したものです。

●対象聴講者
・ソフトウエア・ラジオに興味があり、そこで使われている信号処理について学びたい方
・アナログ方式の受信機、回路については詳しいが、ディジタル信号処理はハードルが高いと感じていて手を出しかねている方
・FPGAを今後、信号処理のために使っていきたいと考えている方
・高音質のFMチューナをその内部の動作を理解した上で使いたい方

●講演の目標
・ソフトウエア・ラジオで使われている信号処理について理解を深める
・信号処理の目的のため、FPGAを実際の機器の中で使い始めることができる
・通信機の性能を高める、いくつかの基本的なアプローチを習得する

●内容
1章 FPGAとFPGAの開発環境
 1.1 FPGA(Field-Programmable Gate Array)とは?
 1.2 FPGAの回路(設計)情報 =コンフィグレーション
    演習1:FPGA 開発環境 Quartus Prime Lite

2章 HDLによって回路を記述する
 2.1 回路図とHDL(Hardware Description Language)ソフトウエアの違い
 2.2 VHDLの基本的な書式
 2.3 HDLシミュレータとテストベンチ
    演習2:HDLシミュレータ ModelSim

3章 ソフトウエア・ラジオで使われる信号処理回路
 3.1 発振器:NCO(Numerically Controlled Oscillator)
    演習3:NCOで作る低周波発振器
 3.2 周波数変換器:ミキサ/乗算器
 3.3 フィルタ(1):CIC(Cascaded Integrator-Comb)フィルタ
    演習4: CICフィルタの設計
 3.4 フィルタ(3):FIR(Finite Impulse Response)フィルタ
    演習5(*): 受信帯域フィルタの周波数特性の測定
 3.5 CORDIC(Coordinate Rotational Digital Computer)とその用法

4章 性能を極めるための重要な脇役:アナログ回路
 4.1 アンチ・エイリアシング(Anti-Aliasing)フィルタの特性
 4.2 プリアンプに要求される雑音指数と増幅度
 4.3 クロックの位相雑音

5章 高性能FMレシーバの実装
 5.1 適応フィルタによるマルチパス・キャンセラ
    演習6(*):信号発生器による感度(SN比)の測定
    演習7:屋外のアンテナを接続してマルチパス・キャンセラを運転
 5.2 パイロット・トーン方式 FMステレオ伝送の詳細
    演習8(*):信号発生器によるチャンネル・セパレーションの測定

(*):講師によるデモンストレーション・実演でご紹介します。


FMレシーバ基板
FMレシーバ基板


FMレシーバ基板(LCDを外したところ)
FMレシーバ基板(LCDを外したところ)


●講演の参考文献
トランジスタ技術、2018年11月号~2019年11月号、連載記事「ダイレクト・サンプリングFM SDRの製作」


【受講者が持参するもの】
不要

【講師】
林 輝彦 氏〔RF/FPGA設計者 〕
 子供のころからラジオ大好きのラジオ少年.CDが出てきた頃,ディジタル信号処理でラジオが作りたい,と思い立つもなんともならず.苦節(?)四半世紀,FPGAの出現でやっと夢が叶いました.ソフトウエア・ラジオの要素の中でも,フィルタの魅力に取りつかれ,ディジタルとアナログの両方の領域を行ったり来たりして頑張っています.


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カテゴリ

 回路・電子部品
 基板・ノイズ

シリーズ

 

特徴

 講師実演
 実習

キーワード

 FPGA
 HDL
 コミュニティ
 ソフトウェア
 ディジタル信号処理
 開発環境
 開発手法
 技術教育
 研究開発
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