解説KISTEC におけるローカル 5G（Sub6 帯）
システム活用のための実験的検討（地独）神奈川県立産業技術総合研究所

菅間 秀晃 Sugama Hideaki

電子技術部 副部長 兼 企画部 DX・ローカル 5G 推進担当課長〒 243-0435 神奈川県海老名市下今泉 705-1 ☎ 046-236-1500 e-mail sugama@kistec.jp

Sub6帯と呼ばれる中心周波数 4.85GHz、占有帯はじめに域幅 100MHzのマイクロ波を用いて規格上最大ワイヤレス電力伝送や 5Gの普及には、同帯域能である。また、スタンド・アローン（SA）構成の電波の干渉や、環境側における電波伝搬ロスなのため 4G通信システムとの連携が不要なシンプどが課題となる。本解説では、このような近々のルな構成となり、システム全体をKISTEC内に設背景において、KISTEC（神奈川県立産業技術総置しているためインターネット区間の影響を受け合研究所）内に開設されたローカル 5Gについて、ないで 5G通信を試すことができるシステムになその課題などを含めて紹介してみる。っている（ビームフォーミング未対応）。

1.9Gbps（上り・下りの合計）の高速無線通信が可KISTECでは神奈川県内中小企業へのDX（デジしかし、従来の 4Gの主要周波数 800MHz帯にタルトランスフォーメーション）支援サービス提比べて 5倍以上高い周波数帯であるため、電波の供を目的として、2021年 3月にローカル 5G（Sub6直進性が強く、障害物による反射・減衰の影響が帯）の無線局を開設した 1）。ローカル 5Gは最新の大きいなど通信品質の劣化が懸念されている。こ無線通信技術を活用して高速・高セキュリティなのような通信品質の確認のためには、ローカル無線ネットワークを構築できる。

5G通信エリアの電波状況を評価するために簡便

KISTEC海老名本部内の図書室（図 1 ）および試作実験棟の3つの実験室に設置したローカル5Gをに電波強度測定できる小型スペクトラムアナライ
ザが有用である。

活用して、これまでに企業や大学と共同研究を実

近年、SDR（Software Deﬁned Radio;ソフトウェ施している 2）～ 4）。設置したローカル 5G基地局はア無線）を用いた低価格の無線通信機器やスペク
トラムアナライザ（周波数 4.4GHzまで）などの高周

ローカル5G（Sub6）

4.8GHz

プライベートLTE（sXGP）

1.9GHz

LPWA（LoRaWAN）
920MHz

図1

ローカル5G（Sub6帯）基地局

2023年冬号（Vol.71 No.1）

波計測器などが市販されるようになった 5）。SDR
はソフトウェアで無線機能・信号処理機能を自由に追加・変更できるため、低コスト・短期間で測定システムの開発が可能である。図 2 は、周波数6GHzまで対応した安価なSDR機器であるHackRF One（GREAT SCOTT GADGETS製； 以 下、HackRF）と 専 用 フ リ ー ソ フ ト ウ ェ ア（hackrfspectrum-analyzer）で構成した簡易スペクトラム
アナライザ 6）である。この簡易測定器は帯域スイ7

バイコニカル
アンテナ

ノートPC

プリアンプ
利得20dB

SDR（HackRF）
ノートPC画面中心周波数4.85GHz
帯域幅100MHz

TX
Output

SMA
PARX
Input

SMA

AD9363

LNA

ミキサ

ミキサ

フィルタ

フィルタ

DAC

ADC

フィルタ

フィルタ

FIR

FIR

PA : パワー・アンプ
LNA : ロー・ノイズ・アンプ
DAC : D-Aコンバータ
ADC : A-Dコンバータ
FIR : デジタル・フィルタ

Zynq-7010
インターフェース

DMA
ドライバ

Linuxカーネル

周波数スペクトラム表示

libiioUSB2.0USB2.0PC

Waterfall表示

図2

SDRで測定したローカル 5G（Sub6 帯）の周波数スペクトラム

図3

ADALM-PLUTO（PlutoSDR）

ローカル 5G（Sub6帯）の周波数に対応した安価
表1

PlutoSDR の性能一覧

項目

性能トランシーバ

AD9363 RFアジャイル・トランシーバ※AD9364相当に拡張設定

RFポート

1×TX，1×RX

周波数範囲70 M 〜 6 GHz

帯域幅56 MHzADC/DAC分解能

12ビット送信電力＋7 dBm

受信雑音指数＜3.5 dB

FPGA

Zynq-7010

インターフェース

USB2.0, micro USB Type-B

寸法/重量117 mm × 79 mm × 24 mm / 114 g※拡張設定後※拡張設定後なSDR機器はHackRFなど少数ではあるが市販されている 7）。HackRFはADコンバータの分解能が 8bitであり測定ダイナミックレンジ不足であったため、本研究ではADALM-PLUTO（アナログ・デ バ イ セ ズ 製； 以 下、PlutoSDR）を 採 用 し た。
PlutoSDRは、図 3 に示すようなブロック構成で、非公式ではあるが拡張設定後の諸性能は表 1 に示 す 通 り で あ る 8）。 周 波 数 範 囲 が 70 MHzか ら
6GHz、 帯 域 幅 が 最 大 56MHz、ADコ ン バ ー タ（ADC）の分解能が 12bitとローカル 5G（Sub6帯）
で 使 用 さ れ る 中 心 周 波 数 4.85GHz、 帯 域 幅100MHz、基地局出力50mWの測定に適している。

ープ機能を使って中心周波数 4.85GHzで帯域幅

また、SDRと接続するPCは安価で小型なRasp100MHzを超える広帯域測定できるので、ローカ

berry Pi 4Bを用いて、オープンソースソフトウェ

ル5G基地局電波の日常点検等に利用している。

アのGNU Radioでスペクトラム解析プログラムを

以下、本稿では、今回は、SDRを用いて開発作成した。Raspberry Pi 4BはWi-Fi5（IEEE802.11したローカル 5G（Sub6帯）のマイクロ波測定シスac）とBluetoothの無線機能を標準で搭載しておテムと図書室での測定事例について紹介する。

り、簡単に無線通信システムを構築できる。開発

測定システム
1 . SDRとGNU Radioによるスペクトラムアナライザ

8

環境は全てオープンソースであるため低コストというメリットがあるが、開発に必要な情報が乏しく、ソフトウェアのバージョン違いによりSDRが動作しないなど難しい一面もある。本研究では、主要なSDR機器のドライバやGNU Radioを含む

特集

中心周波数SDR Source

システムリソース消費低減

WPT・５G における電波環境改善技術の最前線

帯域幅

トリガー・レベルDCオフセット低減

フローグラフFFT Plot

Waterfall Plot
Waterfall PlotFFT Plot
測定バンド幅 50MHzMax Hold

トリガー・レベル(-60 dB)

DCオフセット

実行画面
図4

SDRとGRCによるスペクトラムアナライザ

SDR制御ソフトウェアをバンドルしたRaspberry

クをフローグラフ上で配線接続することで、任意

Pi OSのディストリビューションであるPiSDRの受信システムを開発できる。SDRではFFT信（Ver.6.1, 64 bit版）を利用して開発を行った 。こ

号処理を行うと、FFTの中心周波数にDC成分がのPiSDRをコピーしたSDカードをRaspberry Pi現れるため、DCカットの信号処理ブロックを挿に挿入して起動すると、サポート対象のSDR機入する必要がある。本研究では図 4 に示すように器をUSB接続するだけで、ドライバのインスト4.85 GHzを中心周波数として帯域幅 50MHzでパール不要で使用できる。本測定システムは広い空ワースペクトラム測定とWaterfall表示するGUI間で効率的に測定を行う必要があるため、台車ロを作成した。PlutoSDRは周波数拡張設定をしてボットに搭載することを考慮した。

いるが、インターフェースがUSB2.0（480 Mbps）

9）

GNU RadioはGNU Radio Companion（GRC）をであるため、帯域幅 50 MHzでは信号処理速度が使用してフローグラフによるプログラミングによ不足して十分な性能が得られていないので、Maxりスペクトラム解析ソフトウェアを短時間で開発

Holdの測定時間を長くとることで測定精度を高することができる。また、必要な信号処理ブロッめている。また、トリガー・モードを使用して測2023年冬号（Vol.71 No.1）

9