MISH TECH JOURNAL（ミッシュ
・テックジャーナル）は、最新の情報をいち早くお届けする技術情報誌です。

2010
SummerVol.
ECH
T OURNAL
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4

http://www.mish.co.jp

CONTENTS
無線通信規格と高速化技術

P.2

無線通信規格W-CDMA, CDMA2000，LTE，
WiMAX
高速化技術
MIMO, AAS, STC

RADARに関して

P.4

レーダーの原理
ドップラーレーダー
合成開口レーダー
フェーズドアレイレーダー

マルチアンテナ・プラットフォーム

P.6

D-TA社
マルチアンテナ信号処理プラットフォーム
PENTEK社
8CHビームフォーミングアプリケーション

リアルタイム Linux

P.8

RedHawk LinuxとはRedHawk 搭載 組み込み用PC
SKY-DAQ-RH-R

新製品

P.10

D-TA社製 DTA-RFR16
D-TA社製 DTA-RFR01
PENTEK社製 Model71620

10夏号特集

マルチアンテナ・テクノロジー
無線通信の高速化技術

TEL：042−538−7650

企画・編集・発行／株式会社ミッシュインターナショナル〒190−0004 東京都立川市柏町4−56−1 園部ビル
FAX：042−534−1610 Email：sales@mish.co.jp

無線通信規格と高速化技術近年、携帯端末のブロードバンド化に伴い無線通信帯域はますます広帯域化しています。各通信事業者は競い合って新しいコンテンツとサービスを提供
する為、各種通信方式の開発及び高速化を目指しています。ここではその通信規格及び高速化技術に関して触れてみたいと思います。

一方、CDMA2000 は元々米クアルコ

無線通信規格○ W-CDMA と CDMA2000

の

異

な

る

規

格（W-CDMA とムが開発し日本では KDDI が au ブラン

CDMA2000）が普及しており、世界市

ドとしてサービスを行っています。現場へ普及する事ができなかったことか

第３世代（3G）携帯電話の通信規格

在では、CDMA2000 1x 及びその拡張規ら LTE では通信事業者とメーカーが主で現在主流となっているのは W-CDMA

格 CDMA2000 1xEVDO (Evolution Data

導で LTE の標準化を行っています。

( Wideband Code Division MultipleOnly) がパケット通信に特化して通信速Access) 及び CDMA2000 です。

度と電波利用効率を高めたものです。

○ WiMAX○ LTEて 期 待 さ れ て い る の が WiMAX

また、これからの無線通信技術とし

W-CDMA は NTT ドコモとノキア、エリクソンにより共同開発され現在世界各国で採用されている通信規格です。

今後リリースされ（Worldwide Interoperability for

周波数帯は日本では 2.1GHz 帯を使用しる携帯電話は更に進Microwave Access）です。WiMAX は高て い ま す が、 ア メ リ カ・ カ ナ ダ で は化を遂げ、スマートフ

速移動体通信用の規格として1.9GHz を使用しており、イギリスでは

ォ ン と い う 形 で Apple の iPhone を 筆

IEEE802.16-2004 で規格化されています。

900MHz と各国使用している周波数帯

頭に、NTTDoCoMo の Xperia などが登当初は中長距離エリアをカバーする無は様々です。（表１参照）

場します。第４世代（4G）の通信規格

線通信ネットワークを目的としており

W-CDMA を拡張した高速パケット通は更なる高速化（ブロードバンド化）“ Wireless MAN(Metropolitan Area

信規格として第 3.5 世代（3.5G）の通信が 必 要 と さ れ、LTE (Long Term

Network)” と し て 定 義 さ れ て い ま す。

規格として位置付けられているのがEvolution) はその橋渡しを行う為の規

WiMAX には固定端末向けの WiMAX とHSPA (High Speed Packet Access) です。

格として位置づけられています。

携 帯 端 末 向 け の モ バ イ ル WiMAX

上 り の 規 格 を HSUPA (High Speed

下りのピークレートが 100Mbps、上（IEEE802.16e-2005）があり、主要な部

Uplink Packet Access) と呼び、下りの規りが 50Mbps の通信速度で仕様策定し分はほとんど同じです。（表２参照）

格を HSDPA (High Speed Downlinkており、周波数帯域は 3G と同じ周波WiMAX の通信速度を高速化する技術

Packet Access) と 呼 び ま す。HSDPA は

数 帯 域 を 使 用、 帯 域 幅 は 1.4, 3, 5, 10,として規定されているのが MIMO, AAS,

端末の受信能力に応じてカテゴリ分け

15, 20MHz を選択して使用する事が可STC です。どの技術も複数のアンテナを行い最大 13.98Mbps の高速通信を可能となっています。

を使用して通信品質及び通信速度を向

日本国内において、第３世代で２つ能にしています。
表１

表２

世界各地域の W-CDMA の周波数帯
周波数帯（MHz）

上り（MHz）

下り（MHz）

地

Ⅰ

2100

1920 ～ 1980

2110 ～ 2170

日本

Ⅱ

1900

1850 ～ 1910

1930 ～ 1990

アメリカ、カナダ

1800

1710 ～ 1785

1805 ～ 1880

Ⅳ

1700/2100

1710 ～ 1755

2110 ～ 2155

アメリカ

Ⅴ

850

824 ～ 849

869 ～ 894

アメリカ、カナダ、
オーストラリア、ブラジル

Ⅵ

800

830 ～ 840

875 ～ 885

日本

Ⅶ

2600

2500 ～ 2570

2620 ～ 2690

Ⅷ

900

880 ～ 915

Ⅸ

1700

1749.9 ～ 1784.9

2925 ～ 960

フィンランド、タイ、
オーストラリア

1844.9 ～ 1879.9 日本

MISH International Co., Ltd.

WiMAX とモバイル WiMAX の違い

域Ⅲ上させる為の技術です。

WiMAX

モバイル WiMAX

規格IEEE 802.16-2004

IEEE 802.16e-2005

周波数帯11GHz 以下

6GHz 以下

伝送速度

最大約 75Mbps

最大約 75MHz

変調方式

OFDM, BPSK/QPSK, 16QAM,
64QAM

OFDM, OFDMA, SOFDMA, QPSK,16QAM, 64QAM

高速化技術

MIMO（オプション）

MIMO, AAS, STC（オプション）

チャンネル帯域

1.75MHz ～ 10MHz

1.25MHz ～ 20MHz

通信距離

2 ～ 10km

1 ～ 3kmMISH Tech Journal 2010 SUMMER

高速化技術○ MIMOMIMO (Multiple-Input Multiple-Output) は複数の

図１

MIMO のマルチアンテナ技術

アンテナを使用して同じ周波数帯域で同時転送しされた電波を受信し各信号の伝達特性を元に合成

送信機

受信機

送信機

受信機

送信機

受信機

受信データ

ら送信します。受信側では各アンテナからの合成

受信側

データ統合

トリームに分割し、それぞれを別々のアンテナか

データ分離

送信側で送信するデータをあらかじめ複数のス

送信側
送信データ

伝送速度を向上させる無線通信方式の一つです。

された信号を分離することで元の信号を復元することが可能です。この方式はアンテナの本数を増やすことで通信速度を高速化することができます。
○ AAS（アダプティブアレーアンテナ）
AAS (Adaptive array Antenna System) は元々アメ

図２

リカ軍の無線通信用として開発された技術です。小アダプティブアレーアンテナのモデル
アンテナ素子さなアンテナをアレー状に複数並べて設置し、そ重み付け

れぞれのアンテナから発信される電波の位相を調W1

整することで特定の方向に合成波を送信する事が可能です。この事で複数の無線基地局間での電波ができ、また電波の到達距離を伸ばす事もできます。

Σ

右図の様に、各アンテナで受信した電波に重み付けを行い合成する事でアレー出力信号を生成し

アレー出力

合成

W2

干渉（マルチパスフェージング）を回避することます。各アンテナで受信された電波の到達時間の差により電波の発信元を検出してその方向のゲイ

Wx

ンを上げることでマルチパスフェージングの問題を回避することができます。
この様に複数のアンテナを並べて電波の指向性を制御するアンテナ技術をスマートアンテナ又はアダプティブ制御

ビームフォーミングとも呼ばれます。
この技術は既にウィルコムの基地局で実用化されています。
○ STC（時空間ダイバーシティ）
STC（Space Time Coding）は MIMO の転送容量

図３

時空間ダイバーシティ
送信側のアンテナから送信します。受信側では合成された電波を複数のアンテナでそれぞれ受信して STCの復号処理（STD: Space Time Decoding）を行い合成された信号から個々の信号を分離することで受

送信機

受信機

送信機

受信機

送信機

受信機

受信データ

より時間と空間の両方に対して符号化を行い複数送信データす。送信側では送信信号を時空間符号化（STC）に

STC (Space Time Coding)

ティと受信側の受信ダイバーシティで構成されま

受信側
STD (Space Time Decoding)を増大する為の技術で、送信側の送信ダイバーシ

信信号を得ることができます。
これらの技術をベースに第４世代（4G）の無線通信技術は更に広帯域化して、私たちの生活の中には常に情報があふれ、いつでもどこでもあらゆる情報が入手できる、いわゆる “ ユビキタス時代 ”の到来となるでしょう。

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3

RADARに関して
レーダーの原理IEEE 周波数分類表

表３レーダーと言っても、世の中には様々なレーダーが存在します。空港の管制塔で使用するような管制レーダーもあ
れ ば 地 中 を 探 査 す る レ ー ダ ー、 ま た
ITS で今後の実用化が期待されている
車車間通信などもレーダーの原理を利用しています。ここでは代表的なレー
ダーをいくつか紹介します。

いる場合には反射波の波長が長くなりま

バンド名

周波数帯

HF バンド3 ～ 30MHz

クト（対象物）に向けて発信し、そのVHF バンド

30 ～ 300MHz

UHF バンド

300 ～ 1000MHz

反射波を受信してその時間差によりオL バンド

1 ～ 2GHz

一般的にドップラーレーダーは気象

ブジェクトの距離や方向を検出する装S バンド

2 ～ 4GHz

C バンド

4 ～ 8GHz

観測に使用されており、雲の中の水滴・

X バンド

8 ～ 12GHz

Ku バンド12 ～ 18GHz

観測することで雲の中の風の動きを知

K バンド

18 ～ 27GHz

Ka バンド27 ～ 40GHz

ることができます。空港での航空機のV バンド

40 ～ 75GHz

W バンド

75 ～ 110GHzmm バンド110 ～ 300GHz

レーダー（Radar）は電波をオブジェ

置です。
図４

レーダーの原理

す。この波長の変化を計測する事でオブジェクトが近づいているのか遠ざかっているのかを観測する事ができます。

氷の粒（氷晶）などの移動する速度を

離着陸時に発生するダウンバースト（下降噴流）などの発生を検知するためにもこのドップラーレーダーが使用されています。

ドップラーレーダー

合成開口レーダー

図４のように強い電波を一方向に向レーダーの種類のひとつにドップラけて発信し、オブジェクトに反射してーレーダー（Doppler radar）がありま

合 成 開 口 レ ー ダ ー（Synthetic

返ってくる電波を受信して発信と受信す。ドップラーレーダーはドップラー

Aperture Radar）は航空機や人工衛星までの時間差によりそのオブジェクト効果を利用してオブジェクトの位置及に搭載して移動させることで高解像度までの距離を測定することができます。

び移動速度を検出する事ができるレーの地形イメージを計測する事ができる

発信する波長が長い（低周波）電波のダーです。

レーダーです。

場合は減衰が少ない為遠くまで検出することができますが、逆に波長が短い

図５

ドップラーレーダー

図６

合成開口レーダーの概念図（高周波）電波の場合、減衰が大きい為遠くまで検出できませんが高い解像度
でオブジェクトを検出できます。
対空レーダーなど遠距離のオブジェ
クトを早く検出する必要があるものは波長の長い電波を、管制レーダーなど
オブジェクトの形や大きさを厳密に検出する必要があるものは波長の短い電波を使用するのが適しており用途によって周波数は様々です。
表３にレーダーで使用される周波数帯を示します。

4

MISH International Co., Ltd.

オブジェクトがレーダーから近づい

合成開口レーダーは、概念的には軌ている場合には、ドップラー効果によっ

道上に仮想的にアンテナを並べたものて反射波の波長が短くなり、遠ざかってです。つまり、軌道を移動中に何度もMISH Tech Journal 2010 SUMMER

合成開口レーダーで取得したイメージ

送受信を行い、受信した電波をドップ

アンテナを配列することで機械的な首し て、 イ ー ジ ス 艦 に 搭 載 さ れ て い る

振り動作を必要としないレーダーです。

SPY-1、又はオランダ海軍のフリゲート

従来のレーダーのようにアンテナをに搭載されている APAR、フランス海

上下左右に動かすのではなく、平面上

軍又はイタリア海軍の防空駆逐艦に搭に配列された多数の小さなアンテナか載されている EMPAR などがあります。

らそれぞれ放射する電波の位相を制御

日本ではあさぎり型護衛艦に搭載されすることで任意の方向に電波を放射すている OPS-24、又は哨戒ヘリコプター

る事ができます。さらにそれを瞬時に

SH-60J に搭載されている HPS-104 があ行うことができる為、軍用のパルスレ

ります。また、ミサイル防衛用に地上ーダー、パルスドップラーレーダー等設置型の警戒管制レーダー J/FPS-XX ものアンテナとして使用されています。

フェーズドアレイレーダーです。

また、受信信号をデジタル処理するレーダーと言うとパラボラ型、又は事でオブジェクトの方向・距離を測定

四角い網状の回転型を想像すると思いするデジタル・ビーム・フォーミング

ますが、近年はフェーズドアレイレーにも応用されます。

ダーのように複数のアンテナを配列しフェーズドアレイレーダーは軍用とているものが主流となってきています。

日本の警戒管制レーダー J/FPS-XX

アラスカのフェーズドアレイレーダー（USA）

ラー効果を考慮した上で合成すること
によって分解能を向上させています。
すなわち、小さな開口面を合成して大きな開口面を実現することから＂合成
開口レーダー＂と呼ばれています。
合成開口レーダーの原理はフェーズ
ドアレイレーダーと良く似ていて、フェーズドアレイレーダーのアンテナ径
は端から端までの素子の距離であるのに対して、合成開口レーダーは移動することにより仮想的に巨大なアンテナを構成することができます。但し、移動することで受信に時間的なズレが生じるためコンピュータ上での膨大な演算処理（フーリエ変換）が必要となります。よって、フェーズドアレイレー
ダーよりも難しい技術と言えます。

フェーズドアレイレーダー
フェーズドアレイレーダー（Phased
Array Radar）は平面上に多数の小さなフェーズドアレイレーダー

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5マルチアンテナ・
プラットフォーム
D-TA 社製マルチアンテナ・プラットフォーム
D-TA 社製マルチアンテナ・プラット
フォームは３つのユニットで構成されまDTA-3200 仕様

表４

力段でチューニングし 70MHz の IF に仕様
RF 周波数

20MHz~6GHz

チャンネル数

16CH（最大）

帯域幅40MHz（最大）す。１つは RF ユニット、これは 20MHzIF 周波数70MHz（標準）～ 6GHz の帯域を受信して IF にダウン

内部クロック100MHz TCXO

コンバートするユニットです。もうひと

ダウンコンバータ性能

つは IF 信号処理ユニット、これは IF に
ダウンコンバートされた信号を受け取って AD 変換し、FPGA で信号処理を行うユニットです。信号処理後のデータは後段の 10GbE ポートに出力されます。更に、 最 終 段 の レ コ ー ダ ー に よ っ て
10GbE から受け取ったデータを記録します。下図に一般的な構成例を示します。
図7

マルチアンテナ・プラットフォーム構成例
Antenna

DTA-3200
DTA-2300

Noise Figure

10dB

IIP3 (Min Gain)+22dBmMax Receive Gain

60dB

Receive Gain Control

50dB

Image Reject90dB

Max Output Powerートし RF ポートから出力します。
２)

DTA-2300 IF 信号処理ユニット

0dBm

Worstcase Image Reject

70dB

TCXO 位相ノイズ

表５-120dBc/Hz
4U 19 インチラックマウント

サイズ

外観は写真の様に 1 チャンネル毎にDTA-2300 仕様

仕様
入力レンジ
入力インピーダンス
入力コネクタモジュール化されており、4U のラック

ADC

マウントシャーシに 16 モジュールが搭

ADC チャンネル数

載され合計 16 チャンネルのＲＦユニットを構成します。各チャンネルのブロック図は下図の様になっています。
図8

ADC サンプリングレート
ADC 分解能DAC
DAC チャンネル数
DAC サンプリングレート
DAC 分解能各チャンネルのブロック図

リファレンスクロック
VCO
IF OUT

Delay

Attenuator

Band pass Fiter

Frequency
Conversion

Filter

RF Input tuner

細を説明します。

時は 70MHz の IF 信号をアップコンバ

アップコンバータ性能

RF IN

ここからはそれぞれのユニットの詳

ダウンコンバートします。また、出力

DTA-2300 16CH IF 信号処理ユニット

10GbE

DTA-5000

弊社では研究開発又は実機搭載の為のマルチアンテナ用プラットフォームを取り扱っています。ここではその詳細を解説します。

TCXO
100MHzSynthesizers

SMA
LTC2208
16CH（最大）130MSPS
16bit
DAC5687
16CH（最大）500MSPSP（最大）16bit
100MHz TCXO
395MHz ∓ 20MHzFPGAXC5VLX50T

データ出力

10GbE（XFP）

コントロール
サイズ

１） DTA-3200 RF ユニット

+5.5dBm
50Ω（AC coupled）

1 GbE
1U ラックマウント

DTA-2300 は上記写真の通り、16CH

DTA-3200 16CH RF ユニット
IF IN

Baseband Input

Low pass Filter

Frequency
Conversion

FilterRF Output

RF OUTのアナログ入力ポート及び 16CH のア
ナログ出力ポートを備えています。内部構成は以下ブロック図の様になって
お り、4CH の AD/DA ブ ロ ッ ク が 各
FPGA に接続されています。
RF IN ポートから入力された信号を入6MISH International Co., Ltd.

MISH Tech Journal 2010 SUMMER

図9

DTA-2300 内部ブロック図

システムを DTA-RFR16 としてセットでA/D

提供いたします。
DATA BUS

FPGA

10GbE PHY

QDR-SRAM

A/D
DATA BUS

FPGA

10GbE PHY

Model7153 は 16bit@200MHz の

XFP

A/D

XFP

PENTEK 社製 8CH ビーム
フォーミングアプリケーション

A/D
QDR-SRAMFPGA

10GbE PHY

ADC を 4CH 搭 載 し、 そ の 後 段 に はDDC, Gain+Phase Adjust, Summationの機能を実装した Software Radio 向けのモジュールとなっています。また、

MasterFPGA

8CH ビームフォーミングデモの様子

A/D
DATA BUS

図 10 に Model7153 のブロック図を示します。

フロントパネルに同期用のバスを備えていますので容易に複数のボードを同

XFP

A/D

期する事が可能です。

QDR-SRAM

この様に既存の製品を使って容易に

A/D
DATA BUS

FPGA

10GbE PHY

マルチアンテナのシステムを構築する

XFPことができます。

A/D
QDR-SRAM

PC 上ビームフォーミングのデモ画面

FPGA 内で信号処理した結果は 10GbE
ポートから出力されます。
３) DTA-5000 10GbE データレコーダ
この写真は 8CH ビームフォーミングのDTA-5000 10GbE データレコーダ

デモの様子ですが、構成は以下の通りです。
1. Model4207 VME/VXS Processor board
2. Model7153 4CH Software Radio PMC module
3. VME Chassis
Model4207 上 に ２ 枚 の Model7153

表６

DTA-5000 仕様

を搭載し、合計 8CH の受信システムを仕様
入力インターフェイス
記録データレート
記録容量
記録メディアサイズ

10GbE
800MB/sec
18TB（拡張可能）

Model7153 Software Radio PMC module

構成します。
Model4207 VME/VXS Processor board

SAS HDD
3U ラックマウント

DTA-5000 は 10GbE インターフェイスのデータレコーダです。800MB/secのパフォーマンスで DTA-2300 からのデータパケットを連続記録します。または、記録データを 10GbE ポートから連続で出力（再生）する事ができます。
記録データは標準のファイルシステム
として保存されますのでネットワーク
経由で外部から読み出す事が可能です。
これら３つのユニット（DTA-3200,
DTA-2300, DTA-5000）を組み合わせた
DTA-RFR16 システム

図 10Model7153 ブロック図

CH A
RF In

200 MHz
16-bit A/D

CH B
RF In

200 MHz
16-bit A/D

CH C
RF In

200 MHz
16-bit A/D

CH D
RF In

200 MHz
16-bit A/D

SampleClockGate /
Trigger
PPS
Clock& SYNCBus

Timing
Clock
Sync

XTAL
OSC

A/D A
A/D B
A/D C
A/D D

A/D A
A/D B
A/D C
A/D D
DIGITAL DOWNCONVERTER CORE
M
U
X

DDC 1
I&O
DEC: 2-256
Gain+Phase Adi

A/D A
A/D B
A/D C
A/D D

M
U
X

DDC 2
I&O
DEC: 2-256
Gain+Phase Adi

A/D A
A/D B
A/D C
A/D D

M
U
X

DDC 3
I&O
DEC: 2-256
Gain+Phase Adi

M
U
X

DDC 4
I&O
DEC: 2-256
Gain+Phase Adi

A/D A
A/D B
A/D C
A/D D

Sum lnSum Out
POWER METER& THRESHOLD
DETECTOR

AuroraGigabit
SerialLnterface

Σ

SUMMER

POWER METER& THRESHOLD
DETECTOR

A/D A

A/D B

P15
XMC

M
U
X

M
U
X

POWER METER& THRESHOLD
DETECTOR

A/D C

M
U
X

POWER METER& THRESHOLD
DETECTOR

A/D D

M
U
X

XC5VSX50T

x4
/
x4
/

PCI-X
Bus
64-bits
100 MHz

PCI-X
I/F

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7リアルタイムLinux

弊社では PC ベースの信号処理プロセッ
シング環境として米 Concurrent 社製
RT-Linux 環 境“RedHawk™ Linux®”を採用しました。ここでは、RedHawk
Linux の概要及び推奨システム構成を解説します。

RedHawk™
Linux® とは発のためのツールセットを提供します。

フォまたはスピンロックによるクリティ

強力な NightStar アプリケーション開カルセクションを保護します。

RedHawk Linux は米 Concurrent 社 の製

発ツールセットは、マルチスレッドお品で、業界標準であり POSIX 準拠のオープ

よびマルチコアの制御、モニタリング、

プリエンプトされる可能性があります。すンソース＂Red Hat Linux＂のリアルタイム

分析、デバッグを行うための GUI を提なわち、無意識のうちに CPU を放棄する

版 で す。RedHawk Linux は Red Hat Linux供します。また、ロック無しのカーネことが強いられます。RedHawk カーネルとのバイナリ互換を保持しながら、高い I/

ルトレースのような進化したデバッグ

は、優先度が低いプロセスがクリティカル

O 処理能力、外部イベントに対する高速応機 能 に つ い て も 提 供 し ま す。GNU C/

カーネルセクションで実行している場合

答、プロセス間通信を最適化しています。

C++/Fortran コ ン パ イ ラ に 加 え て、を除いて、優先度が低いプロセスから優先

殆どのプラットフォーム上でユーザーアプ

MAXAda 環境を任意に利用することが度が高いプロセスへ制御を移します。確実

リケーションが外部イベントに対して

出 来 ま す。RedHawk は ポ ピ ュ ラ ー ななレスポンスを提供するため、カーネルの15µs 以 下 で 応 答 す る 事 を 保 証 し ま す。

Intel C/C++/Fortran コンパイラについ多くのクリティカルセクションは、非プリ

RedHawk Linux はシミュレーション、モデてもサポートします。

エンプトセクションを劇的に短くするた

リング、データ収集、工業制御装置、医療

２．スケーラブルな SMP（対称型マルチプ

め、チューニングまたは最適化されていま

用画像処理で見られるような複雑なリアル
タイムアプリケーションの為の理想的なLinux 環境です。

RedHawk Linux を使用する事のメリット

RedHawk カーネルでのプロセス実行は、

ロセッサ）とプロセッサシールド

す。これらの変更は、高い優先度のプロセ

対称型マルチプロセッサシステムにスが外部イベントや CPU が使用中であっ

おいて、RedHawk はマルチコア SBC 上ても即座にレスポンスすることを許可すの個々の CPU やコアをローカルタイマ

るために重要となります。

ー、割り込み、デーモン、ボトムハーフ

RedHawk Linux 内 で の セ マ フ ォ は、および他の Linux タスクから保護 ( シーアプリケーションの複数のスレッドがルド ) することを許可します。RedHawk

OS のリソースを奪い合っているときに

RedHawk Linux は、効率的なタイムの広範囲にわたるプロセッサ・シールデ優先度が逆転することを回避するため、クリティカル・アプリケーションの開ィング機能は、保証された割り込みレス

優先度の継承をサポートします。

１．開発環境を完備

ポンスの実行環境を確実に

４．シングルカーネルプログラミング環境

提 供 し ま す。RedHawk は、

RedHawk は、組み込みアプリケーショ■標準でマルチコア CPU をサポートするハードリアルタイム OS
Linux kernal2.6.31 をリアルタイム化、15µ 秒の対応時間を保証する CPU シールド
周期制御スケジューラー (FBS: Frequency Based Scheduler) 標準バンドル

他のディストリビューションを完全にサポートするために設計されたンとは異なり、使いやすい

完全な Linux ディストリビューションです。

■Red Hat Enterprise Linux 5 update 4 100%バイナリ互換
RedHat 用サードパーティソフトウェアがリアルタイム OS 上で全て動作

コマンドラインと GUI ツー

RedHawk は、マイクロカーネルアドオン

ルによってシールディング

ではなく、直接すべてのシステムオペレー

表７

RedHawk Linux の主な特徴
特徴■最新のマルチコア・マザーボードとチップセットをサポート
Intel 2-way and 4-way Xeon Nehalem 8-core、Atom, i5, i7...
AMD 2-way and 4-way Magny-Cours 8 and 12-core

API を提供します。

ションを制御する真のシングルカーネルプ■リアルタイムに最適化された最新の NVIDA グラフィックドライバを標準バンドル
Message Signal Interrupts (MSI) をサポートし
IRQ 割り込みでのポーリング待ちを解消

３．マルチスレッドとプリ

ログラミング環境を提供します。複雑なタ

エンプション

イムクリティカル・アプリケーションは、■リアルタイムに最適化された CUDA 並列コンピューティング SDK 標準バンドル
GPU VSIPL と CPU VSIPL も動作確認済み（Core Lite フリー版）

RedHawk は、 カ ー ネ ル 内

多くの場合に入出力、ネットワーク、グラ部で同時に複数のプロセスをフィックがリアルタイムスケジュールによ実行することを許可していまっ て 実 行 さ れ る こ と を 必 要 と し ま す。

す。カーネルは、システムを

RedHawk のシングルカーネルは唯一、そ完全に維持するためにキーとれら全ての機能の効果と高速なパフォーマ

なるデータやコード上のセマンスを保証するために設計しています。

■Night Star リアルタイム開発環境
統合デバッガ、リアルタイム・カーネルトレーサ、アプリケーション・データモニタ
パフォーマンス・チューナ、 FBS アプリケーションコンフィグレータ
■32/64bit の NUMA アーキテクチャをサポート
NUMA メモリシールド、ページマップユーティリティ■KVM 仮想化環境を標準バンドル
RedHawk 上で Windows/Fedora/BSD/etc をゲスト OS として実行

8

MISH International Co., Ltd.

MISH Tech Journal 2010 SUMMER

５．周期スケジューラている間もアプリケーションが最大の

RedHawk のフリクエンシ・ベースド・効果を実現することを可能としました。

ス ケ ジ ュ ー ラ (FBS: Frequency-Based

８．NUMA(Non-UniformMemoryAccess)Scheduler) は、ユーザーが周期的な実行の最適化

RedHawk 搭載 組み込み用 PC○ SKY-DAQ-RH-R
SKY-DAQ-RH-R は、高性能エンベデ

パターンでプロセスを起動する事が可

標準的な Linux の NUMA の実装におッド PC に RedHawk を搭載した組込み

能な高分解能タスクスケジューラです。

いて、リアルタイムプロセスの全てのペ用 PC です。PC 本体がセルフの開発環

FBS は、オーバーランを検出するメジャージは所定の NUMA ノードと他のプロ境となり、内部の拡張 PCIExpress スロ

ーおよびマイナーサイクルを利用してセスのページが使っていない NUMA ノ

ットに A/D, D/A, DIO, FPGA, カメラ入

複数のプロセスの周期的な実行を制御

ードを確保するメカニズムを提供して力ボード等をマルチに搭載することがします。パフォーマンスモニタは、各々いません。RedHawk の NUMA の最適化可能であり、RedHawk Linux と一緒にのスケジュールされた実行フレームの機能は、NUMA アーキテクチャ上でリ提供される多機能カード「リアルタイ

CPU 使用状況表示機能を提供します。

アルタイムプロセスのメモリアクセス

ム・クロック＆インタラプト・モジュ

６．RCIM（リアルタイム・クロック＆を劇的に改善しています。RedHawk は、ール (RCIM: Real-Time Clock & Interrupt

インタラプト・モジュール）パフォーマンスを最大にするため、自動Module)」を利用して、システム間のRedHawk シ ス テ ム 上 に お い て、的にライブラリと他のモジュールを必

同期を取ることも可能です。また、内RedHawk は、外部イベントに瞬時に反要に応じて二重化し、複数のノードを同部には高性能 RAID カードが組込まれ応する必要のあるタイムクリティカ

時に保持することが出来ます。

ており長時間のデータ記録・再生が可

ル・アプリケーションのために設計さ９．RedHawk クラスタ管理ソフトウェア

能です。オプションの NVIDIA 社製＂

れた多機能カード「リアルタイム・ク

RedHawk のクラスタ管理ソフトウェ

GPU ボード＂を搭載すれば高速 FFT やロ ッ ク ＆ イ ン タ ラ プ ト・ モ ジ ュ ー ル

アは、ユーザーが高性能演算用クラス

画像処理等の数値演算処理を高速に実(RCIM: Real-Time Clock & Interrupt

タとしてインストールおよびシステム

現することが可能です。従来の PC ベ

Module)」をサポートします。8 個の構築することを許可しています。クラースでは実現が困難だった、リアルタ

プログラム可能なタイマーと 12 個のスタ・マネージャには、複数の同じバ

イムシステムの構築やマルチ CPU シス

入出力外部割込みラインを利用できまージョンの RedHawk をネットワークブ

テムを短期間にしかもリーズナブルにす。マルチシステムアプリケーション

ートするためのメカニズムが含まれて実現することが可能です。

を同期させるために他のシステムに対います。また、クラスタ管理ソフトウ

して割り込みソースを分配することがェア製品には、GFS(Global File System)、

可能です。RCIM には、複数のシステ

NFS(High-Availability NFS)、OFED(Openム全体に同じ時間を提供する高分解能

Fabrics Enterprise Distribution) の 各 パ

同期クロックが含まれています。RCIM

ッケージも含まれています。

上のタイムスタンプは、RedHawk が高10．NightStar アプリケーション開発ツール

分解能 NTP を同期させるために供給すNightStar は、組み込み Linux アプリケー

ることが可能です。RCIM オプション

ションの開発において強力な統合ツールです。

には、外部からの入力無しに正確な時NightStar ツールは最小限のリソースで実行間を保持できる GPS 標準時間と高安定するため、アプリケーション実行時の動作へ性水晶発振器が一体となり、同期させは影響しません。ユーザーは、リアルタイム

るための GPS モジュールが含まれます。

にアプリケーションのモニタリング、スケジ

７．入出力機能の強化

ューリング、分析およびチューニングを迅速

RedHawk は Linux ユーザーレベルのかつ簡単にデバッグすることが可能です。

入出力 (UIO) ドライバをサポートしま
す。RedHawk の UIO 機能は、どんな種

RedHawk 搭載システム

表８

SKY-DAQ-RH-R 仕様

仕様
OS
CPU
メモリ
RAID 性能
記録容量
サイズ

RedHawk Linux
Xeon Quad core ⊗2
DDR3 最大 192GB
1GB/sec
16TB
約 44⊗18⊗65 cm（19" ラックマウント対応可）

NightStar 開発ツール

類のハードウェアでもユーザースペー

弊社ではこのシステムに高速 A/D,

スドライバを開発するためにユーザー

D/A, DIO, FPGA, カメラ入力ボード等をコードを使うことが出来るカーネルド搭載し、高性能な信号処理プラットフ

ライバーのスタブを提供します。また、

ォームとしてご提案します。

コンカレント・コンピュータ社によってリアルタイム・パフォーマンスのために特別に最適化された最新の NVIDIA
グラフィックドライバもその中に含まれます。強化されたグラフィックドラ
イバは、イメージのレンダリングをしhttp://www.mish.co.jp

9無線通信プラットフォーム

新 製品

図 11

DTA-RFR16

フォームです。MIMO またはフェーズドアレイアンテナ等の研究開発用

また、仕様を以下に示します。
DTA-RFR16

20MHz 〜 6GHz
Filter

20MHz 〜 6GHz
FilterMixer
IF Filter
Mixer

Mixer
IF Filter
Mixer

70MHz IF Filter(40MHz BW)

Reconstruction
Filter (I, Q)● RF 周波数：20MHz ～ 6GHz

IF 出力

IF 入力

DTA-RFR16 概略仕様

RF UNIT

各ユニットの内部ブロック図は右の通りとなっています。

RF 出力

DTA-RFR16 は 16 チャンネルの RF 信号を受信→信号処理→記録、または記録データ→信号処理→送信することができる RF 信号処理プラットに最適です。

DTA-RFR16 内部ブロック図
RF 入力

D-TA 社製

今回の新製品は無線通信用のプラットフォーム３製品を紹介します。
■ D-TA 社製 DTA-RFR16■ D-TA 社製 DTA-RFR01■ PENTEK 社製 Model71620

ADC
160MHz 16bit●チャンネル数：16 チャンネル
IF UNIT●帯域幅：40MHz● IF 周波数：70MHz

Virtex-5 FPGASX95T / LX50T
ユーザーエリア● ADC：LTC2209

10GbE

1GbE

（Linear Technology 社製）

10GbE

1GbE

● DAC：DAC5687（TI 社製）
RECORDER● FPGA：Xilinx Virtex-5LX50T
又は SX95T

D-TA 社製

図 12

DTA-RFR01

800MB/s
記録＆再生

CommandControl

DTA-RFR01 内部ブロック図
RF 入力

RF 出力

20MHz 〜 1GHz
Filter

20MHz 〜 1GHz
FilterMixer
IF Filter
Mixer

Mixer
IF Filter
Mixer

70MHz IF Filter(40MHz BW)

Reconstruction
Filter (I, Q)

DTA-RFR01 は DTA-RFR16 の１ＣＨ版です。入出力帯域は 20MHz ～1GHz となっていますので HF/VHF/UHF バンド等の低い帯域を使用する
レーダー等の研究開発等に使用することができます。
仕様は以下の通りです。
DTA-RFR01 概略仕様

DTA-RFR01

RF UNIT

各ユニットの内部ブロック図を以下に示します。

●チャンネル数：1 チャンネル●帯域幅：40MHz● ADC：LTC2209（Linear Technology 社製）

ADC
160MHz 16bit

IF UNIT● IF 周波数：70MHz

外部 PC からネットワーク経由で制御する事も可能です。

10

MISH International Co., Ltd.

RECORDERていますので、19 インチラックに搭載して使用する事ができます。また

800MB/s
記録＆再生

1GbE

又は SX95T

10GbE● FPGA：Xilinx Virtex-5 LX50T

ラックマウントタイプとなっ

DAC
160MHz 16bit

Virtex-5 FPGASX95T / LX50T
ユーザーエリア● DAC：DAC5687（TI 社製）

これらの製品は 19 インチ

IF 出力

IF 入力

● RF 周波数：20MHz ～ 1GHz

DAC
160MHz 16bit

10GbE

1GbE
CommandControl

2010 年夏の新製品

PENTEK 社製

また、FPGA に接続されるメモリー

Model71620

も DDR3 又は QDRII を選ぶ事ができま

PENTEK 社 の 新 製 品 Model71620 はすので用途によって選択可能です。概Xilinx 社 Virtex6 を 搭 載 し た XMC モ ジ

略仕様を以下に示します。

ュールです。PENTEK 社はこの Virtex6のシリーズを＂Cobalt シリーズ＂と呼Model71620 概略仕様

んでラインナップを拡充していきます。

● ADC：16bit@200MHz 3CH

ソフトウェア無線またはレーダー等の● DAC：16bit@800MHz 2CH● FPGA：Xilinx 社製 Virtex-6

研究開発用に最適です。

（LX130T, LX240T, LX365T, SX475T から選択）

Model71620 のブロック図は下図の● Memory：DDR3 SDRAM（最大 1G）様になっています。
ADC（16bit@200MHz） 及 び ２ チ ャ ン● FLASH：64MB

ネ ル DAC（16bit@800MHz） を 搭 載、● HOST I/F：PCIe x8 (XMC P15)

中央にはユーザープログラマブルの● Form Factor：XMC (VITA42.0)

FPGA＂Virtex-6＂を信号処理エンジン

弊社ではこのボードを使用した、リと し て 実 装 し て い ま す。 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ はアルタイム信号処理用ＰＣプラットフ

LX130T, LX240T, LX365T, SX315T,

ォーム＂SKY-DAQ-RH-R＂を提供します。

SX475T から選ぶことができますのでこのプラットフォームを使用する事

ユーザーの実装したい回路規模により

で MIMO 又はレーダーの研究開発を加最適な FPGA を使う事ができます。

速する事ができます。

図 13

受託開発

又は QDRII+SRAM（最大 32MB）

フロンドエンドには３チャンネル

弊社ではこれらプラットフォームを使用した受託開発も承っております。
FPGA 内部の設 計からハードウェ
アの設計開発も可能ですのでお気
軽にご相談ください。

◤ 展示会情報 ◥2010 年５月

WTP ワイヤレス・テクノロジー・
パーク（パシフィコ横浜）

Model71620 ブロック図
Timing Bus

TTL Gate / Trig
TTL Sync / PPS

RF In
Sample Clk /Reference Clk In

Sample Clk
Sync Clk
Gate A
Gate BDync
PPS

A/D Clock Bus
D/A Clock Bus

RF In
RF
XFORMRRFXFORMRRFXFORMRRFXFORMR

200 MHz
16-BIT A/D

200 MHz
16-BIT A/D

200 MHz
16-BIT A/D

800 MHz
16-BIT D/A

800 MHz
16-BIT D/A

16

http://www.esec.jp/

DIGITAL UPCONVERTER

16

2010 年 12 月

32

MATLAB EXPO（予定）FPGA
VIRTEX-6 LX130T, LX240T, LX365T, SX315T or SX475T

Clock / Sync / Gate / PPS

16

16

QDRII+
SRAM
8 MB

16

16

QDRII+
SRAM
8 MB

16

16

QDRII+
SRAM
8 MB

16

16

QDRII+
SRAM
8 MB

LVDS

GTP

40

x3

16
FLASH
32 MB

P14 PMCFPGAI/OModel71620

ESEC 組込みシステム開発技術展（東京ビッグサイト）

図 14

P15 XMC
PCIe

おわりに

GTP GTPx4

テックジャーナルでは、これからも出来る限りお客様に有効となる情報を提供していきたいと思います。今後ともどうぞよろしくお願いいたします。

x4

P16 XMCVITA 42.x

SKY-DAQ-RH-R 内部構成図

Model77620
AD/DA ボード
A/D
A/D

FPGA

RAID
コントローラボード

NVIDIA GPU ボード搭載可能（オプション）

NVIDIA board
with CUDA

PCI
O/F

RAID Controller

HDD

SKY-DAQ-RH-R
PCIExpress

MemoryMemoryMemoryMemory

Quad
Core

Quad
Core

2-way CPU

MemoryMemoryMemoryMemoryhttp://www.mish.co.jp

11☞ 『ミッシュ・テックジャーナル』次回発行は冬です。お楽しみに！

TIMING BUS
GENERATOR

http://www.wt-park.com/

RF OutRF
XFORMR16

VCXO

RF OutRF In