実習・フル・ディジタルFMレシーバの製作「トランジスタ技術」9月号連動企画
実習・フル・ディジタルFMレシーバの製作「トランジスタ技術」9月号連動企画
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【開催日】2018年11月17日(土) 10:00-17:00 1日コース
【セミナNo.】ES18-0112 【受講料】27,000円(税込)
【会場】東京・巣鴨 CQ出版社セミナ・ルーム [地図]
【セミナNo.】ES18-0112 【受講料】27,000円(税込)
【会場】東京・巣鴨 CQ出版社セミナ・ルーム [地図]
高い性能を持ったソフトウエア・ラジオをFPGA（Field Programmable Gate-Array）上に種々のディジタル信号処理回路を実装することで実現する．ソフトウエア・ラジオで広く使われている中心的な信号処理の内容，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．
ソフトウエア・ラジオで受信対象とする無線はFMステレオ放送とし，Weaver方式のダイレクト・サンプリング受信機として実現したFMレシーバ（FMチューナ）において，感度（SN比），左右分離度，ひずみ率等の性能面で圧倒的な高い性能を得るためのHDL（VHDL）記述の詳細，ハードウエア（基板）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，最初に，簡単な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）での動作を体験する．その後，FMレシーバ全体のHDLソースからコンパイルを行い，その結果をFMレシーバ基板の最新ファーム・ウエアとして書き込み，動作確認を行う．また，信号発生器からの高精度変調波を実際に受信し，想定された性能が得られていること，また回路パラメータを変更することでどのように性能数値への影響が出るか，実際に測定して確認する．
ソフトウエア・ラジオで受信対象とする無線はFMステレオ放送とし，Weaver方式のダイレクト・サンプリング受信機として実現したFMレシーバ（FMチューナ）において，感度（SN比），左右分離度，ひずみ率等の性能面で圧倒的な高い性能を得るためのHDL（VHDL）記述の詳細，ハードウエア（基板）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，最初に，簡単な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）での動作を体験する．その後，FMレシーバ全体のHDLソースからコンパイルを行い，その結果をFMレシーバ基板の最新ファーム・ウエアとして書き込み，動作確認を行う．また，信号発生器からの高精度変調波を実際に受信し，想定された性能が得られていること，また回路パラメータを変更することでどのように性能数値への影響が出るか，実際に測定して確認する．
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）：移動平均フィルタ
3.4 フィルタ（2）：CIC（Cascaded Integrator-Comb）
演習4： CICフィルタの周波数特性の測定
3.5 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
3.6 CORDIC（COordinate Rotational DIgital Computer）とその用法
演習6： CORDICの計算精度を測定する
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
演習7(*)：FPGA上のPLLによるクロックの位相雑音の測定
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8：信号発生器による感度（SN比）の測定
演習9：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10(*)：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・サンプル画像1
FMレシーバ・サンプル画像2
●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敷居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
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）：移動平均フィルタ
3.4 フィルタ（2）：CIC（Cascaded Integrator-Comb）
演習4： CICフィルタの周波数特性の測定
3.5 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
3.6 CORDIC（COordinate Rotational DIgital Computer）とその用法
演習6： CORDICの計算精度を測定する
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
演習7(*)：FPGA上のPLLによるクロックの位相雑音の測定
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8：信号発生器による感度（SN比）の測定
演習9：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10(*)：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・サンプル画像1
FMレシーバ・サンプル画像2
●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敷居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
【受講者が持参するもの】
不要
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．
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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