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電波超解像!スペクトラム・プロセッサSDR誕生

 

トランジスタ技術2018年9月号
特集 電波超解像!スペクトラムプロセッサSDRの製作

■MHz/μVの電波さえも演算処理!RFディジタル信号処理マシン「SDR」誕生

 SDR(Software Defined Radio)は,μV/MHzの微弱な高周波信号も演算できるディジタル信号処理計測器です.その応用範囲は広く,受信機だけでなく電子機器全般に役に立ちます.
 次のような応用が考えられます.
 (1)脳波,心電図測定
 (2)加速度,姿勢制御,振動解析装置
 (3)広帯域なオーディオ機器
 (4)超音波レーダ(魚群探知,流速計)
 (5)超音波エコー診断装置
 (6)信号発生装置(SG,AWG)
 (7)電磁界可視化装置
 (8)スペクトラム・アナライザ
 (9)ネットワーク・アナライザ
 (10)電波天文
 (11)GPS
 (12)TDR測定装置(反射波による伝送路の解析)
 (13)マイクロ波レーダ


■特集の目次とサンプル記事
 こちらからサンプル記事をご覧いただけます.
http://toragi.cqpub.co.jp/tabid/854/Default.aspx

[目次]
●プロローグ 微弱電波もディジタル処理!私のソフトウェア無線機展

●第1部 Excelシートで誰でも!電子ブロックSDR
第1章 電波も解読!スペクトラム・プロセッサ SDR誕生
Appendix1 10ビット精度が12ビットに上がるうまい話「CICフィルタ」
Appendix2 私のSDR「マルチパスレス・フルディジタルFMレシーバ」
Appendix3 SDRのおかげ!民間宇宙ロケットMOMOの無線システム開発
Appendix4 SDRの計測応用「水中超音波ドップラ・レーダ」
第2章 Excelシートで電子ブロック・プログラミング!SDR Blockシリーズ
Appendix5 1番乗り!SDR Block AM-TG組立キット製作レポート
第3章 フルディジタルAMラジオを組み立てて動かす
第4章 フルディジタルAMラジオの回路パーツを1つ1つ動かす
第5章 実用的なラジオに仕上げる!ゲイン自動調整回路の設計
第6章 フルディジタルAMラジオのRFアナログ回路設計
Appendix6 10k~30MHzダイレクト・サンプリング!SDR Block HF-TGキット誕生


●第2部 スペクトラム・ステーション QRP SDRトランシーバ

第1章 ワンチップ・マイコンSDRエントリ・キット SDR-3誕生
第2章 マイコンのソフトウェア開発① 演算時間の配分と表示処理
第3章 マイコンのソフトウェア開発② 送信変調処理
第4章 マイコンのソフトウェア開発③ 送信変調の前後処理
第5章 マイコンのソフトウェア開発④ 受信処理
第6章 マイコンのソフトウェア開発⑤ スペシャル・ファンクション


●特設記事 計測用RF FPGAプロセッサ RedPitayaで作る1.8M~30MHz SDRトランシーバ



 動作のようす
 

SDRキット頒布のご案内(限定生産)

  トランジスタ技術編集部では,特集第1部と第2部で紹介したSDR 4点をキット化しました.ご希望の方は,CQ出版販売部(03-5395-2141 https://shop.cqpub.co.jp/)までお申込みください.

■キット①



●販売サイト
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000251.html

予約申し込み書

●品名
MAX10-DIP SDRモジュール
●型名
SDR-Block AM-TG1
●価格
13,000円(税・送料込み)
●内容物
(1)SDR書き込み済みMAX10 FPGAとUSBブリッジIC(FT232HL)搭載のDIP28ピン・モジュール
(2)ピン・ヘッダ
(3)解説書(トランジスタ技術2018年9月号)
●開発元
ラジアン
http://radiun.net/
●説明
 8000個のロジック・エレメントとサンプリング周波数1MSPSのA-Dコンバータを内蔵したMAX10 FPGA(10M08SAU169C8G,インテル製)と,USBブリッジIC FT232HL(FTDI)を搭載しています.ブレッドボードやユニバーサル基板で実験できる 28ピンDIPです.JTAG接続用の端子を搭載しているので,USB-Blasterダウンロード・ケーブル(インテル製)などのデバッガ・ツールを利用することもできます.MAX10 FPGAには,AM SDR用の信号処理回路ブロックがあらかじめ書き込まれており,SDR組み立てExcel(付録DVD-ROMに収録)で,これらの回路ブロックを選んで,接続方法を自由に設定できます.FPGAにはPWM音声出力回路が作り込まれているので,復調からオーディオ再生まで,ラジオとして完結できます.
●回路図,部品表,SDR組み立てExcelほか
AM.zip

 

■キット②



●販売サイト
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000252.htm

予約申し込み書

●品名
フルディジタルAMラジオ製作キット
●型名
SDR-Block AM-TG2
●価格
21,000円(税・送料込み)
●内容物
(1)SDR-Block AM-TG1
(2)AMラジオ・ベースボード
(3)製作用部品一式
(4)解説書(トランジスタ技術2018年9月号)
●開発元
ラジアン
http://radiun.net/
●説明
 SDR Block AM-TG1にRFアナログ・ フロントエンド回路を追加すると,フルディジタルAMラジオが完成します.本キットには,フェライト・バー・アンテナと,広帯域低雑音アンプや選局用スイッチを搭載した基板が同梱されています.
●回路図ほか
AMmother.zip

■キット③ 準備中


●販売サイト
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000230.htm

予約申し込み書

●品名
64MSPS A-D/D-A搭載SDR開発ボード
●型名
SDR-Block HF-TG1
●価格
54,000円(税・送料込み)
8月17日発売予定
●内容物
SDR-Block HF-TG1
*開発用のツールや技術資料は下記ウェブサイトから最新版をダウンロードしてください.
http://radiun.net/sdr_block_intro/main.html
●開発元
ラジアン
http://radiun.net/
●説明
 DC~30MHzをダイレクト・ サンプリングできるHF帯対応のSDR開発ボードです.SDR Block AM-TG1と同じく,FPGA内部の回路ブロックを自在に組み替えられる再定義機能をもちます.SDR Block AM-TG1と同じく,SDR開発用の回路ブロックが20種類以上書き込まれています.搭載したMAX10は,ロジック・エレメントを25000個もっています.64MSPSのA-DコンバータとD-AコンバータとUSB通信機能を内蔵しています.受信範囲は実力で10k~30MHzで,長波~短波帯全域をカバーします.内部の配線を変更すれば,DC(直流)を扱うこともできます.
 受信機を構成するために必要な基本回路(CICフィルタやNCO,乗算器)に加え,AWG(Arbitrary Wave Generator)などの測定回路も各種内蔵しています.数十MHzの広帯域スペクトラム拡散の送受信実験も可能です.なお,トランジスタ技術2018年9月号の付録DVD-ROMに収録されているSDR組み立てExcelは本ボードには対応していません.

■キット④ 準備中
​ 

●販売サイト
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/I/I000250.htm

予約申し込み書

●品名
SSB SDRトランシーバ・キット
●型名
SDR-3
●価格
16,200円(税・送料込み)
●内容物
(1)RFアナログ・フロントエンド基板 SDR-3A
(2)ディジタル信号処理基板 SDR-3D
(3)製作用部品一式
(4)解説書(トランジスタ技術2018年9月号)
●開発元
おじさん工房
http://ojisankoubou.web.fc2.com/
●説明
 SDRの多くは,FPGA(Field Programmable Gate Array)というロジック回路プログラミングICを搭載し,HDL(Hardware Discription Language)と呼ばれる,FPGAの内部回路の機能を記述して開発します.これらはどれも入門者にはハードルが高いものです.そこで 「安価で簡単なSDR」を目指して,ワンチ ップ・マイコンを使ったSDR入門キットを開発しました .
▲特徴①
 送受信設定に加えてスペクトラムや周波数特性をカラーLCDで確認できます.次のような情報をモニタできます.
 ・SSB信号発生方式3種類切り替え
 ・信号処理途中のスペクトラム・モニタ
 ・送受信ループバック・モニタ
 ・アナログ・フィルタのネットワーク周波数特性測定
 ・送受信テスト信号
▲特徴②
 FPU(Floating Point Unit)を内蔵したARM Cortex-M4マイコン(STM32F405 RGT6)を搭載しています.トランジスタ技術2018年9月号の付録DVD-ROMに,C言語のソースコードがすべて収録されています.
 単精度の浮動小数点演算ユニッ ト(FPU)をもっていて,ほとんどの浮動小数点演算を1クロックで実行します.固定小数点演算で必要だった飽和処理や,演算途中のビット幅をどう最適化するか,といったSDRとして本質的ではない問題に頭を悩まさないで,信号処理プログラミングに集中できます.
▲特徴③
 次の3種類のSSB信号の発生方式を試すことができます.
 (1)位相方式
 (2)ウィーバー(Weaver)方式
 (3)第4の方式(ogawa方式)
▲特徴④
 AM放送のキャリア周波数を測定するのに,FFT(Fast Fourier Transform)の周波数分解能を超える方法を考案しました.簡単にキャリアの周波数を測定でき,内部発振器の周波数ずれの補正も可能です.
▲特徴⑤
 マイコンのディジタル信号処理で生成したきれいなSSB信号を,アナログ回路のスプリアスで台なしにしたくありません.そこで,アナログ回路のミキサで発生する近接スプリアス(キャリア・リークやイメージ信号)をうまく水晶フィルタで取り除く構成を考えました.
●技術資料
SDR-3_組み立てマニュアル
SDR-3_操作マニュアル

SDRキットを持ち帰れる製作実習セミナ開催


■セミナ①
実習・計測のためのスペクトラム・プロセッサSDR入門「トランジスタ技術」9月号連動企画
―― μV,MHzの微弱RF信号も解読できるこれからのディジタル信号処理マシンを体験製作
【開催日】2018年10月28日(日) 10:00-17:00 1日コース [KIT付き]
【セミナNo.】ES18-0107  【受講料】48,000円(税込)
【会場】東京・巣鴨 CQ出版社セミナ・ルーム
https://seminar.cqpub.co.jp/ccm/ES18-0107/
【講師】加藤 隆志(ラジアン)
http://radiun.net/


■セミナ②

実習・SDRマイコン・キットで始めるRFディジタル信号処理「トランジスタ技術」9月号連動企画
―― C言語で周波数シフトやフィルタの効果を体験学習!SSB無線トランシーバを作る
【開催日】2018年10月16日(火) 10:00-17:00 1日コース [KIT付き]
【セミナNo.】ES18-0106  【受講料】45,000円(税込)
【会場】東京・巣鴨 CQ出版社セミナ・ルーム
https://seminar.cqpub.co.jp/ccm/ES18-0106/
【講師] 小川 一朗(おじさん工房)
http://ojisankoubou.web.fc2.com/



■セミナ③
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
―― 信号処理ブロックの記述,HDLシミュレータ検証から,FPGAボードの動作確認まで
【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
https://seminar.cqpub.co.jp/ccm/ES18-0112/


 マルチパスが原因で発生する復調信号の周波数特性の乱れを適応フィルタで補正できるFMチューナ
■セミナのお問い合わせ
E-mail:seminar@cqpub.co.jp
https://seminar.cqpub.co.jp/sch/all
FAX:03-5395-1255
TEL:03-5395-2125(土日のご連絡はE-mailでお願いします
〒112-8619
東京都文京区千石4-29-14 CQ出版株式会社
エレクトロニクス・セミナ事務局

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