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。

2016
SummerVol.

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CONTENTS

光ファイバ インターフェース

P.2

光ファイバの利点
光ケーブルとトランシーバ
光インターフェースプロトコル
VPX 用 光インターフェース（VITA66）
PENTEK 社製
Model 5973 3U VPX FPGA ボード

ADコンバータのサンプリング手法

P.5

ナイキストの定理
サンプリングの基本
ベースバンドサンプリング
アンダーサンプリング
アナログ無線受信機
ソフトウェア無線受信機
DDC（デジタルダウンコンバータ）
ソフトウェア無線送信機
DUC（デジタルアップコンバータ）
A/D ボードラインナップ（1MHz ～ 10GHz）

VITA49 VITA Radio Transport

P.10

VITA49 (VRT) とは
VRT の特徴
相互運用性
IF データとコンテキストデータ
VITA49 対応 A/D ボード Model 71664

新製品ピックアップ

P.14

4DSP 社製 FMC432
X-ES 社製 XPort3300
C2I2 社製
Dual 10 Gigabit Ethernet XMC Adapter
MISH オリジナル製品 SKY-DAQ-AP7000
Alpha Data 社製 ADM-PCIE-8V3’
16夏号特集HIGH SPEED OPTICAL LINK
光ファイバがデータレートを加速する
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 グローバルビル
TEL：042−538−7650 FAX：042−534−1610 Email：sales@mish.co.jp

MISH Tech Journal 2016 SUMMER

光ファイバ
インターフェース

シングルモードケーブルはマルチモード

単一又は全二重動作をサポートしていま

ムのニーズをサポートしています。 また、と比べ 10 〜 100 倍の距離で信号を伝送す。 各シリアルレーンは 12.5Gbit/sec で

コピー / ループモードは閉じたループ内ですることが可能ですが、 光トランシーバはリンクすることができますが、 より高いス

複数ノードへのリング接続をサポートしてマルチモードよりも高価になります。

ループットを実現するために複数レーンをいます。

従来、データ転送の通信路は銅線を利用

単一の論理チャンネルに束ねることが可してきましたが、現在データの帯域幅

能です。

（バンド幅）は飛躍的に増加しており銅この様にプロトコルはそれぞれの利点を
生 か し た 用 途 に 使 用 さ れ て お り、 光 モ
ジュールの高速化とファイバケーブルの技

線での転送には限界が見えてきました。

図 4 Xilinx FPGA の Aurora インターフェース

この銅線に代わる通信路として光ファ術によりデータレートが飛躍的に向上してきています。

イバを使用した通信路があります。こ
こでは、その光ファイバの通信について説明をします。

VPX用 光インターフェース（VITA66）
光トランシーバとは、 光ケーブルを介し

VPXはVITA46及びVITA65(OpenVPX)て信号を伝送するため電気信号⇔光信号

従 来 の Ethernet は 広 い 範 囲 で コ ンで定義された、 軍事 ・ 航空宇宙アプリケー

光ケーブルとトランシーバの変換を行うハードウェアモジュールです。

ピュータ、 スイッチ、 アダプタが使用されてション向け組み込みコンピュータプラット

通常、 フロー制御及び誤り訂正をサポート

おり、 最も普及してい るシリアル インター

フォームの規格です。 VPX はスイッチファ

まず、 従来の銅線の主な欠点は信号の前述したとおり、 光ファイバは被服とクするためにそれぞれの光リンクは全二重でフェースです。 近年は 10Gbps, 40Gbps

ブリック技術でボード間のデータ転送能力減衰です。 銅線を流れる電気信号は距離

ラッドとコアで構成されており、 マルチモー動作します。 この場合、 ケーブルは２本をな ど の 製 品 が リ リ ー ス さ れ て い ま す が、を従来の VME バスから劇的に高速化したを延ばすことで次第に振幅が小さくなって

ドまたはシングルモードの２種類に分けら束ねて送信と受信を各々対応します。 トラ

オーバーヘッドが大きく低レイテンシのアプ

シリアルファブリックテクノロジーですが、れます。 マルチモードケーブルは複数の

ンシーバは全二重動作のため、 デジタル

リケーションには不向きです。 但し、 汎用要求はさらに広帯域、 高速化を求められモードで光を分散させて伝送します。 コア

変復調を使用して変調された光信号をデ的にコンピュータのインターフェースとしてており、 前述した様に従来の銅線配線で

光ファイバの利点

図3

光ファイバ内の伝送イメージ

いきます。 これを減衰と呼びます。
図1

銅線の信号減衰イメージ

これにより、 高速なデータ伝送を長距離

経は 50 μ m または 62.5 μ m であり、 光

ジタル論理信号に変換すると同時にデジ採用されていることから互換性の面では優は限界があります。 これを回避するためにまた、 光ファイバケーブルは銅線の様なの波長は一般的には 850nm を使用しま

タル信号を光信号に変調する物理層イン位であることも事実です。

VITA66 が VITA により定義されました。

電磁エネルギーの放射がありませんので、す。 一方シングルモードケーブルはコア経

ターフェースです。 最新のトランシーバはInfiniBand は基幹系のサーバー I/O 又

VITA66 の 基 本 仕 様 で は、 3U と 6U

ネットワークケーブル上の盗聴など情報漏を小さくして単一モードで伝送します。 コ

100Gbit/sec 以 上 の デ ー タ レ ー ト を サ

は HPC （スーパーコンピュータ） 系の計算

VPX のアプリケーション用に光ファイバ相で実現することができます。

信号が減衰することでデータの信頼性洩に対して大きなメリットがあります。 同ア経は 8 〜 10 μ m で光の分散が小さい

ポートするため、 レーザエミッタを使用して機ノード間を高速で接続するアプリケー

互接続のための共通の取り付けインターが失われることになりますので、 長距離を様に銅線の場合は外部の電磁放射 （アンため長距離の伝送に向いています。 波長

お り、 CFP2 や CFP4、 QSFP28 な ど が あションに利用されています。

フェース要件を定義しています。 これは、延ばす場合は途中で増幅器などを使用しテナ、 発電機、 モータなど） の影響を受けは標準的に 1310nm または 1550nm をります。

て、 一旦振幅を増幅する必要があります。

やすくなりますが、 光ファイバケーブルは電使用します。

ギガビットに対応した LAN ケーブルなどは長くても 50m 程度までですので、 屋外を

Serial RapidIO は RapidIO をシリアル実装の規定、 位置の規定、 勘合の規定な

光ファイバケーブルやコネクタ、 トラン化したプロトコルで、 コンピュータの内部

どのメカニカルな要件を定義していますが、磁放射の影響を受けません。 このため、シーバは現在多種の製品が存在しており

バスやプロセッサ間を接続して分散処理をオプションの仕様で光学モジュールについ多くの電子機器を搭載した航空機や船舶

それがインターネットのトラフィックの増大実現するためのスイッチング技術です。 基ての要件を定義しています。 VITA66 では

配線する場合などは途中でスイッチや延長の他無人機への利用に大きなメリットがあにより屋内、 屋外を問わず様々な場所で利地局や一部の防衛機器に利用されていま目的に応じて対応できる以下３つのモ器などを使用して減衰した信号を途中でります。 表１に銅線と光ファイバの利点 ・用されています。

す。

ジュールを定義します。

整形する必要があります。 一方、 光ファイ

欠点を示します。

バは電気信号を光に変換してデータを伝送しますので 1km 〜 10km 以上の伝送

表1が可能になり飛躍的に伝送距離を延ばすことが可能になります。 光ファイバケーブ
ルの内部構造を以下に示します。
図2

光ファイバケーブルの構造

最もシンプルな光ファイバケーブルの構造は、 図の様に被服とクラッドとコアで構成されています。 光信号は反射を繰り返しながらコア内を通って伝送されます。

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SerialFPDP はオーバーヘッドが低いことから VME システムのフロントパネル間の銅線と光ファイバの⽐較

トランシーバの価格

銅線

データレート
ケーブル上の損失 (100m 時）

低価格
PC ⼜はノート PC に実装されている1GHz
94%

最⼤転送距離100m（Cat6 の場合）

EMI の影響
EMI 放射情報漏洩・盗聴のリスク
端⼦の価格
ケーブルコスト
ケーブル質量（1000m 時）
⽕災の危険性
張⼒

あり
あり
⾼い
低い
⾼い
60 〜 600kg
あり
約 10kg

PC ⽤のインターフェースカード

⾼価

光

通常はオプション☆

10GHz 以上
3%300m（マルチモード）
10km（シングルモード）
なし
なし
なし
⾼い
低い
6kg
なし
約 50 〜 100kg☆☆☆

光インターフェースプロトコル

インターフェースやデータレコーダへのイン
ターフェースとして利用されています。 デー

光インターフェースに使用するプロトコルは、

タのオーバーフローを回避するためのフ最も一般的な Ethernet または InfiniBand,

ロー制御、 またはひとつのノードデータを

Serial RapidIO, Serial FPDP, Fibre

受信しそれを他のノードに転送する事を可Channel, PCI Express などがあります。 こ

能にしたコピーモードなど組み込みシステ

れらはどれも標準規格として定義されたものですが、 最も軽量でオーバーヘッドの少

１． VITA66.1 MT フェルール

図 5 SerialFPDP のコピー / ループモード

MT フェルールは最大 24 本の光リンクを通すことができる光モジュールです。 端面

な い プ ロ ト コ ル の 例 と し て、 Xilinx のは 6.4 × 2.4mm でマルチモードとシング

Aurora が あ り ま す。 Aurora は ２ つ のルモードに対応し高密度の多芯相互接続

FPGA 間でデータをポイント ・ ツー ・ ポイが可能です。 3U システムで最大 48 本のン ト 接 続 で 転 送 す る 事 を 意 図 し て お り、

ファイバ、 6U システムで最大 240 本のファ

Xilinx FPGA の高速シリアルトランシーバ

イバを実装することが可能です。 MT フェ“RocketIO” を利用します。 シリアル転送

ルールはスイッチなどの多チャンネルの用に必要な 8B/10B 又は 64B/66B 符号化、途に適しています。

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２． VITA66.2 ARINC 801

表2

光モジュールの性能⽐較
VITA 66 光モジュールの性能⽐較

標準規格
ファイバ本数（最⼤）
ファイバ本数3U（コネクタ最⼤）6U
耐久性（挿抜サイクル）
堅牢性
個別ファイバの修理・交換
接触による摩耗
質量

ARINC801 は最大４本の光リンクを実装できる光モジュールです。 業界標準の1.25mm セラミックフェルールを使用して接続するため非常に低い挿入損失を実現しています。 ARINC801 は個々の光ファイ
バを交換することができます。 民間航空機

ファイバ―タイプ

や軍事、 航空宇宙、 海洋等の用途に適しています。

挿⼊損失（dB）

３． VITA66.3 Expanded Beam (EB)

リターンロス（dB）
表3Single Mode
Multi Mode
Single Mode
Multi Mode

影響を最小限に抑える事ができます。 EBは非接触のインターフェースであり、 振動・

動作環境

ジド ) なコネクタであり、 MIL 規格のボール
レンズ技術を使用して光の有効径を拡大して接続することにより端面の埃や汚れのARINC 801

VITA 66.1
48
48
240
100 回
低い
不可
有
軽い
Single Mode /Multi Mode
0.25
0.2
55 以上
20 以上

VITA 66.2
4
4
20
100 回
普通
可能
有
普通
Single Mode /Multi Mode
0.15
0.1
50 以上
20 以上

Expanded
Beam
VITA 66.3
44
203000 回以上
⾼い可能
無重い
Single Mode /Multi Mode
0.8
0.7
34 以上
14 以上

Model 5973 概略仕様

I/O モジュール
FPGA
メモリ
FPGA I/O（Option）
パラレル
シリアル
オプティカルホストインターフェース
サイズ

Expanded Beam (EB)は最も堅牢(ラッMT フェルール

Model 5973 概略仕様
VITA-57.1 FMC サイト
Xilinx Virtex-7 XC7VX330T (Option: VX690T)
4GB DDR3 SDRAM 800MHz (1GB × 4bank)
16 ペア LVDS(P2)4 レーンギガビットリンク (P1)
VITA 66.4 12x デュプレックス
PCI Express: Gen.1,2,3 サポート
100 × 170.6mm 3U VPX
エアクール：L1,L2 対応
コンダクションクール：L3 対応

A/Dコンバータのサンプリング手法

ソフトウェア無線やレーダ/ ソナーなどの無線信号に限らず、自然界に於けるア
ナログ信号を A/D コンバータを使用して取得しデジタル信号に変換する場合
は、正しい方法で必要な帯域の信号を取得する必要があります。ここではその基本的な理論と手法を解説します。

ナイキストの定理

図7

ナイキストゾーン

図8

スペクトルのプロットイメージ

図9

ファンフォールド紙を折り畳んだイメージ

A/D サンプリングを行うときに最も重要なのが「ナイキストの定理」です。 これは標本化定理またはサンプリング定理と呼ぶこともあります。
ナイキストの定理とは、「原信号 （アナログ信号）に含まれる最大周波数成分の２倍以上の周波数 Fs でサンプリングした信号は、 デジタル化したデータか
ら原信号 （アナログ信号）を正確に復元することができる。」ということを示す定理です。
以下にこの定理をわかりやすく説明します。

衝撃や繰り返し挿抜による摩耗はありません。 軍事用途の耐環境アプリケーションに

図6

Model 5973 ブロックダイアグラム

サンプリングの基本

適しています。

図７はサンプリング定理を可視化するために、 透明なファン
フォールドコンピュータ用紙をイメージしたものです。 横軸に周波表２に各モジュールの比較を示します。

数を設定し、 サンプリング周波数 fs の 1/2 の位置で折り目を付け

PENTEK 社製 Model 5973
3U VPX FPGA ボードていきます。 この折り目で分けられたシートはそれぞれ 「ナイキストゾーン」と呼ぶことにします。
このファンフォールド紙にアナログ信号のスペクトルをプロットしたものを図８に示します。 このファンフォールド紙を折り畳むと図９の様になります。
このとき、 全てのゾーンに含まれるスペクトルが Zone 1 に重なり合って取得されることになります。 この場合、 エリアシング （折り図６にブロック図を示します。

返し雑音）によりサンプリングされたデジタルデータは全ての信号

FMC の I/O ボード （A/D、 D/A ボード等）

光インターフェースにはFPGAのGTX(12x)が混ざって取得されているため必要な信号 （Zone 1 の信号）のみ

を 搭 載 し て 使 用 す る こ と が で き ま す。

シ リ ア ル ト ラ ン シ ー バ か ら Samtec 社 製

Model 5973 に は FMC サ イ ト が あ り、

PENTEK社はVITA66に準拠したModelFPGA は標準で XC7VX330T が搭載されFireFly Micro Flyover System を使用し5973 3U VPX FPGA ボードを業界に先ていますが、 オプションで XC7VX690T をて電気信号を光に変換してファイバケーブ

駆けてリリースしました。 Model 5973 は選択することも可能です。 バックプレーン

ルでバックプレーン側の MT ハウジングに

VITA66.4 （66.1 のハーフサイズコネクタの光モジュールは VITA66.1 の半分のサイ接続しています。 FireFly トランシーバは、を採用）に対応した 3U VPX FPGA ボード

ズに対応した VITA66.4 の MT フェルール

現在 14Gbit/sec を対応していますが、 間です。

を採用しており、 12 ペアの光リンクを実装もなく 28Gbit/sec バージョンがリリースさしています。

れる予定です。

表３に概略仕様を示します。

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を再現することは困難です。
この後、 必要な信号を取得する方法を説明します。
を 「ベースバンドサンプリング」と呼ぶことにします。 例えば、 中心

ベースバンドサンプリング

周波数 =70MHz、 帯域幅 =10MHz のアナログ信号を取得する場
合、 アナログ（IF）信号は 65 〜 75MHz に存在しますのでこのベー

Zone 1 にあるアナログ信号を正しく取得するには、 fs/2 以上のスバンドサンプリングのルールによって、 サンプリング周波数は信号をローパスフィルタで除去してからサンプリングします。 これ

75MHz の２倍以上 （=150MHz 以上）にする必要があります。 こ

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れが、 ナイキストの定理です。

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図 10

ローパスフィルタ適⽤時のイメージ

しかし、 この場合アンダーサンプリングという手法を使うことで

図 16

ソフトウェア無線受信機のダウンコンバートイメージ

図 17

デジタルダウンコンバータのブロック図

図 18

I/Q 位相と周波数切り替え

図 19

FIR フィルタデシメーション

図 20

DDC の処理イメージ

ソフトウェア無線受信機

サンプリングレートを下げることができます。

図 15

ソフトウェア無線受信機の例

アンダーサンプリング
アンダーサンプリングは、 前述したナイキストの定理に従ってエ
リアシングを利用して目的の信号を取得することができるサンプリ
ング手法です。 図１１は Zone 4 に 65MHz 〜 75MHz の目的のアナログ信号があることを示したものです。 このとき、 fs=40MHz とすると Zone 4 は 60MHz 〜 80MHz となりこのシート内に目的の

図 11

バンドパスフィルタ適⽤時のイメージ

現在のソフトウェア無線受信機は、 アナログ RF 信号を RF チュー

信号が含まれていることがわかります。 但し、 このときその他のナでアナログ IF 信号にダウンコンバートします。 その後、 A/D コン

Zone には信号エネルギーが存在しないことが重要です。

バータでサンプリングし、 デジタル化します。 デジタル化した IF 信
号はさらにデジタルダウンコンバータ （DDC）でベースバンドに変図１２の様にファンフォールド紙を折り畳むと、 Zone 4 のみの信換され信号処理プロセッサ等に渡します。

号が Zone 1 に現れ、 fs = 40MHz でサンプリングしたデジタル信号は目的の信号のみを含んだものとなります。 但し、 この場合偶

デジタルダウンコンバータ （DDC）ではローカルオシレータの周数ゾーンに存在する信号は折り畳むことによって周波数が反転す

波数と同じ周波数にシフトされた I と Q 成分の DC に変換されます。

ることになりますので、 これは後段のデジタル処理で対応します。

ソフトウェア無線の場合は I と Q に分離することで後段の信号処理が可能になります。

アンダーサンプリングを実施する場合は、 目的の信号が１つのナイキストゾーンに完全に収まるようにしてその他のゾーンの信号を
バンドパスフィルタで除去する事が必要です。 このようにアンダー

図 12

バンドパス後のファンフォールド紙を折り畳んだイメージ

サンプリング手法を使用すれば、 「信号帯域幅の２倍以上」のサン

DDC（デジタルダウンコンバータ）

プリングレートで取得する事が可能です。

デジタルダウンコンバータ （DDC）は図１７の通り、 デジタルミキ

また、 実際にサンプリング周波数を検討する場合は折り返し歪サーとローカルオシレータ、 ローパスフィルタで構成されています。

み等を考慮して帯域幅 = 0.8 * fs/2

A/D コンバータから出力された IF サンプルをデジタルミキサーととすることで必要な信号をより確実に取得することができます。

ローカルオシレータで 90°位相をずらした I 信号 Q 信号を生成します。 デジタルミキサーは位相を維持したまま周波数を切り替えることができ、 過渡期間無く FSK 信号やスイープ信号に対応する事

アナログ無線受信機ができます。 これは、 基本的にサンプリング周波数に同期しており、
図 13

アナログ無線受信機の例

周波数精度及び安定度はサンプリングクロックに依存します。

図１３に従来のヘテロダイン無線受信機の例を示します。 ここでローパスフィルタは FIR フィルタで A/D サンプルデータを 1/N 倍はアナログ受信機の構造を復習して、 デジタル受信機との比較をにデシメーションします。 FIR フィルタ後の出力信号は帯域制限

してみます。

（ローパス） されておりサンプリングレートを 1/N 倍に低減します。

まず、 アンテナで受信した RF 信号は目的の周波数をチューニン

この処理はデシメーション （間引き）と呼ばれ、 N 個の信号サンプ

グして増幅されます。 この増幅された RF 信号はアナログミキサー

ルのうち１つを保持する事を意味します。 デシメーション後の出力に供給されます。 ミキサーへはローカルオシレータからの周波数

サンプルレートが帯域幅の２倍以上に保持されていれば信号の情が入力され目的の入力信号を IF （中間周波数）に変換します。 IF

報は失われません。 このデシメーション処理によりデータレートを

AMP は特定の帯域のみを通過するフィルタと増幅器を含んでいま低くする事が可能で、 メモリ容量も少なくて済みます。 結果的にシす。 DEMODULATOR （復調器） は AM や FM などの変調されたステムのトータルコストを低減することが可能です。

信号を復調するためのものです。 最後に復調された信号はスピー

図 14

アナログ無線受信機のダウンコンバートイメージ

図２０にデジタルダウンコンバータにより実行される２段階の処

カを駆動するオーディオアンプに入力され音となってスピーカから理を示します。 IF からベースバンドへの周波数変換はミキサーと出力されます。

ローカルオシレータによって行われ、 ローカルオシレータの周波数

アナログミキサーは２つの入力をアナログ乗算し、 異なる周波数

はチューニング周波数をユーザーがプログラムする事で所望の信信号を生成します。 ローカルオシレータの周波数は目的の入力信号を取得します。 後段のローパスフィルタで必要な帯域幅を考慮

号（受信したい無線局）とローカルオシレータの周波数との差が IF とし、 間引き率 ： N を決定します。

等しくなるように設定します。 例えば、 FM 東京（80.0MHz）を受信

ベースバンド周波数 ：Fb = Fs/N

したい場合、 IF が 10MHz ならローカルオシレータのチューニング周

ベースバンド帯域幅 ：0.8 * Fb

波数は 80 - 10 = 70MHz となります。 これは高周波の信号を低周

通常、 ベースバンド帯域幅はフィルタの通過帯域特性を考慮し波にシフトダウンするため、一般的に「ダウンコンバート」と呼ばれます。

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て 80% を設定します。

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図 21

ソフトウェア無線送信機の例

ソフトウェア無線送信機

A/D ボードラインナップ（1MHz ～ 10GHz）

ソフトウェア無線機の送信側は図２１の様に受信機と対象的なサンプリングレートと分解能は年々高速

前述の通り、 ナイキストの定理から取得

化 ・ 高分解能化しており、 5GHz を超える

したい帯域の２倍以上のサンプリングレー

製品は８製品リリースされており、 16bit のトでサンプリングすることで元の信号を再製品でも 250MHz を超える製品が１１製品現することができますが、 サンプリングレー処理となります。 DSP 等で信号処理したベースバンド信号を

下図は MISH で取り扱いをしている A/D

リリースされています。 注目していただき

トの高速化で取得できる帯域幅が増え、 まDUC （デ ジ タ ル ア ッ プ コ ン バ ー タ） で IF 周 波 数 に 変 換 し ま す。

ボード （1MHz 〜 10GHz） のラインナップ

た い の は 14bit で 2GHz の サ ン プ リ ン グ

た選択肢が増えることでお客様の用途に

DUC から出力された IF 信号は D/A コンバータでアナログ信号にを横軸 ： サンプリング周波数、 縦軸 ： 分

レートを実現しているADQ14です。 これは、適した製品を選択することができます。

変換され、 RF アップコンバータで RF 周波数に変換されます。 最解能にプロットした分布図です。 最も高速

インターリーブ技術を使用して複数の AD

後にパワーアンプを通してアンテナへの信号エネルギーを昇圧しな 製 品 は 10GHz で サ ン プ リ ン グ す る

コンバータを組み合わせる事により高速 ・ます。

AV101 です。 （2016.3 月現在）

高分解能を実現しているものです。

図 22

ソフトウェア無線機送信機のアップコンバートイメージ

図 26

今後も高速 ・ 高分解能な新しい製品を紹介していきます。

A/D ボードラインナップ分布図（1MHz 〜 10GHz）

DUC（デジタルアップコンバータ）
図２３にデジタルアップコンバータのブロック図を示します。 入MISH A/D board lineup(1-10000MHz)
Speed vs Resolution

力されたベースバンド信号はインターポレーション （補間）フィルタ
により補間されサンプルレートを上げます。 その後、ミキサーとロー
カルオシレータで IF 周波数に変換します。 ミキサー出力のサンプ
ルレートは D/A サンプルレート Fs と等しくなければいけません。
インターポレーションフィルタは Fs/N のベースバンド入力サンプ
ルを N 倍に補間してサンプルレートを上げます。 （図 24 参照）

図 23

デジタルアップコンバータのブロック図

図 24

インターポレーションフィルタ

図 25

DUC の処理イメージ

ベースバンド信号の入力サンプル間に追加のサンプルを挿入し補間することで元のサンプルレートに戻します。 つまり、 インターポ
レーションフィルタの処理は前項で説明したデシメーションフィルタの逆を実施することになります。
図２５にデジタルアップコンバータにより実行される２段階の処理を示します。 ベースバンド信号はインターポレーションフィルタでN倍に補間されます。 その後、IFへの周波数変換はミキサーとロー
カルオシレータによって行われ、 ローカルオシレータの周波数はチューニング周波数をユーザーがプログラムする事で所望の信号を出力します。 ベースバンド帯域幅と出力サンプル周波数は以下の式で決定します。
ベースバンド帯域幅 ：0.8*Fb

出力サンプル周波数 ：Fs = Fb*N

この場合も、 ベースバンド帯域幅は 80% のフィルタを想定しています。
この様に、 ソフトウェア無線の実装に於いては DDC/DUC が重要な役目を果たします。 ベースバンドの帯域幅をできる限り低く抑えることで信号処理プロセッサ （CPU, DSP 等）の負荷を低減します。 これは処理の負荷だけで無く、 保存メディアの容量やデー
タ転送の負荷 ・ 時間を大幅に軽減する事ができます。

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VITA49VITA Radio Transport

Arrival）、 ビームフォーミング、 その

図 30

VRT の相互運⽤イメージ

他測位アプリケーションのための厳密なタイムスタンプ
旧来、アナログ RF 受信部とデジタル信号処

３． 幅広いデジタルファイルフォーマット

理部との情報のやり取りは、システムインテ

をサポート ： 1 〜 32bit、 実数、 複

グレータが独自の手法でインターフェース、素数、 固定小数点、 浮動小数点

データフォーマットを決め、ハードウェアに実装してきました。この場合、メーカー毎に４． 受信機属性情報を伝えるコンテキス

固有であるため異なるメーカーの機器間でトパケット ： 周波数、 帯域幅、 ゲイン、のデータの互換性はありません。これを共通

遅延、 サンプルレート、 位置、 慣性化しようとして開発された規格が VITA49

航法パラメータです。ここではその概要を説明します。
５． ストリーム識別子 （SID）： 信号源の関連付け、 信号データとコンテキス

VITA49（VRT）とは

図 27

従来の RF 受信機と信号処理装置間のインターフェース

トの関連付け、 受信機の親子関係の特定

VITA49 は RF 受信機と信号処理装置

・ RF 周波数間の相互運用性を高めるために開発されVRT により転送パケットを標準化するこた、 トランスポートプロトコルです。

とで、 ソフトウェア無線アーキテクチャに大IF データとコンテキストデータ

・ 帯域幅
・ ゲイン

・ ADC サンプルレート

きなメリットをもたらします。 この規格に対VRTプロトコルはシリアルリンク又はネッ

図２7 の様に、 RF 受信機と信号処理装応した装置は効率的にデータ信号を転送

トワークを介して標準フォーマットでデジタ・ タイムスタンプ

置間のインターフェースはメーカー毎に独する事が可能になり、 異なる機能をサポール化された IF、 又はベースバンド信号を伝・ 遅延 （レイテンシ）

自であり、 通常は公開されていない為異トする固有のデータストリームを同時に出達することができます。 IF データの種類は・ GPS 情報 / ジオロケーション

なるメーカー機器間でのデータのやり取り

図 28

VITA49 VITA Radio Transport（VRT）の相互運⽤イメージ

力する多機能なソフトウェア無線受信機をリアル ・ 複素数、 固定 ・ 浮動小数点などは不可能でした。 これを相互運用できるよ実現します。 これは、 通信、 レーダ、 電子

広い範囲のフォーマットをサポートしていま

VRT のパケットストリームは表４の通り

うにインターフェースを共通化しようと

戦 （EW）などを含む広範囲の用途に利用す。 また、 カスタマイズ可能な拡張パケッ

IF データとコンテキストに分類され、 それ

VITA が規格化しました。

することができます。 従来カスタム設計しトも準備されています。

ぞれに標準フォーマットとカスタム （拡張）

図２８は VITA49 （VRT） の相互運用イ
メージを図式化したものです。 ３式の VRTていた多機能なアプリケーションを、 COTS

VRT プロトコルには IF データ以外にコン品 （VRT 対応品） を利用して実現すること

テキストデータを伝達することができます。

が可能になります。

以下にコンテキストデータの例を示します。

フォーマットが定義されています。
IF データパケットストリームはデジタル化した IF データを伝送するパケットです。

に対応した RF 受信機から出力された共通
表4

フォーマットは３式の信号処理装置でそれぞれ処理することが可能になります。

VRT パケットストリームのカテゴリ表
標準フォーマット

相互運用性
VRT を使用することで、 異なるベンダー

IF データパケットストリーム

拡張データパケットストリーム

デジタル IF 信号（IF データ）を伝える信号に由来する任意の信号・デー
タを伝える・リアル / 複素データ
・固定 / 浮動⼩数点フォーマット
・柔軟なパッキングスキーム

・任意のタイプのデータ
・カスタムパケットフォーマット

コンテキストパケットストリーム

拡張コンテキストパケットストリーム

IF データの共通コンテキストを伝える

IF データの追加コンテキスト⼜は拡張データを伝える
・任意の種類のコンテキスト
・カスタムパケットフォーマット

ピュータネットワーク上で共有すれば、 複

・周波数
・強度
・タイミング・地理的位置

数の異なる場所にあるコンピュータで VRT

・その他

機器間の相互運用が可能になります。 但VRT の特徴

し、 VRT は転送フォーマットを定義するもの

VRT 標準規格は、 幅広い用途で使用すであり、 物理層、 データリンク層などを定ることができる信号データパケット及びコン

義するものではありません。 ハード的に完テキストパケットを共通化しソフトウェア無全な互換性を持たせるには各機器間のイン線アプリケーション間の相互運用性を劇的に改善します。

図 29

従来の RF 受信機と信号処理装置間のインターフェース

IF データターフェースを一致させる必要があります。
例えば、TCP/IP、 UDP/IP、 Serial RapidIO、Aurora、 SerialFPDP、 PCI Express, 等 一

特徴 ：般的なインターフェースを使用して運用す

１． スループットを最適化するために信ることができます。

号データとコンテキスト情報のパケットを分離２． 方向探知 （Direction Finding）、
TDOA （Time Difference of

10 MISH International Co., Ltd.

カスタムフォーマット

図３０の様に VRT 受信機のデータをコン

コンテキスト

データを利用することが可能になります。

http://www.mish.co.jp 11

MISH Tech Journal 2016 SUMMER

IF データパケットストリームのフォーマッ

表5

トは表５に示す IF データパケットクラスで規MISH Tech Journal 2016 SUMMER

IF データパケットクラス

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

定されています。 拡張データパケットスト

ヘッダ（１ワード、必須）

リームは基本的にIFデータパケットストリー

ストリーム識別⼦（１ワード、オプション）

ムのフォーマットと同じですが、 データペイ

クラス識別⼦（２ワード、オプション）

ロードのみオプションとして定義されていま

タイムスタンプ秒（整数部）（１ワード、オプション）す。

タイムスタンプ秒（⼩数部）（２ワード、オプション）

VITA49 対応 A/D ボード
Model 71664

コンテキストパケットストリームはIDデー
タに関する情報 （コンテキスト）を伝送する

Model 71664 概略仕様
アナログ⼊⼒4ch（トランス結合）

⼊⼒コネクタ

SSMC

⼊⼒レンジ

+8dBm (Full scale)A/D コンバータ

Texas Instruments ADS5485

サンプリングレート

10MHz 〜 200MHz

分解能

16bit
チャンネル数：4ch
デシメーションレンジ：2 〜 65,536

デジタルダウンコンバータ

コンテキストパケットストリームのフォー

トレーラー（１ワード、オプション）

マットは表６に示すコンテキストパケットク
クションにはコンテキスト識別フィールド

Model 71664 概略仕様

データペイロード（可変、必須）

パケットです。

ラスで規定されています。 コンテキストセ

表8

表6

コンテキストパケットクラス

Model 71664 は VITA49 に 対 応 し た

LO チューニング周波数：0 〜 Fs
LO SFDR：120dB 以上
位相オフセット分解能：0 〜 360°
FIR フィルタ：18bit フィルタ係数、24bit 出⼒
デフォルトフィルタ特性：80% 帯域幅（32bit） が含まれており、 帯域幅、 周波数、

31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0Pentek 社製 4ch A/D ボードです。 フロン

クロック

ゲインなど識別するために表７の様に細かヘッダ（１ワード、必須）

ト エ ン ド に TI 社 製 ADS5485 200MHz,

オンボード VCXO：10 〜 810MHz
外部クロック⼊⼒：10 〜 800MHz

ストリーム識別⼦（１ワード、必須）

16bit を搭載しており、 後段に信号処理用

トリガー

外部トリガー⼊⼒：LVTTL

クラス識別⼦（２ワード、オプション）の Xilinx 社 FPGA Virtex-6 を搭載していFPGA

Xilinx XC6VLX240T（オプション：SX315T）

また、 拡張コンテキストパケットストリー

タイムスタンプ秒（整数部）（１ワード、オプション）

ます。 ボードは XMC のフォームファクタでムは標準のコンテキストパケットストリーム

タイムスタンプ秒（⼩数部）（２ワード、オプション）

他 に PCI Express, Compact PCI, VPX,く規定されています。

以外のコンテキストを伝送するパケットでAMC のラインナップを取りそろえています。

す。 例えば、機器のシリアル番号、オペレー

表８に概略仕様を示します。

タ情報の様なベンダー固有の情報。 又はコンテキストセクション（可変⻑、必須）

復調される PSK 信号の推定搬送周波数と

図３１は Model 71664 に実装されていシンボルレートなどの情報に使用できます。

る FPGA の内部ブロック図です。 A/D から

ここで全ての規定を説明することはできの入力に対して 4ch の IP モジュールを実

2 バンク 8MB QDRII SRAM
2 バンク 512MB DDR3 SDRAM

ホストインターフェース

PCI Express Gen 1(x4, x8)、Gen 2(x4)

動作温度

0℃〜 +50℃

保存温度-20℃〜 +90℃

湿度

0 〜 95% 結露なきこと

図 31

Model 71664 ブロックダイアグラム

装しており、 各々 DDC、 データパッキング、

ませんが、 この様に VITA49 （VRT）規格はデータ転送フォーマットが厳密に規定されメモリオプション

表7

コンテキスト識別フィールドており、 機器間の相互運用性を確実に実Bit現できる最も有効な手法です。

31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7..0

12 MISH International Co., Ltd.

メ モ リ コ ン ト ロ ー ル、 DMA エ ン ジ ン、
コンテキスト識別フィールド

コンテキストフィールド変更表⽰
参照ポイント識別⼦
帯域幅
IF リファレンス周波数
RF リファレンス周波数
RF リファレンス周波数オフセット
IF バンドオフセット
リファレンスレベル
ゲイン
オーバーレンジカウント
サンプルレート
タイムスタンプ調整
タイムスタンプキャリブレーション時間
気温
デバイス識別⼦ステータス、イベント表⽰
データパケットペイロードフォーマット
GPS（Global Positioning System）位置
INS（Inertial Navigation System）位置
ECEF（Earth-Centered, Earth-Fixed）座標系エフェメリス
関連エフェメリス
エフェメリスリファレンス識別⼦
GPS ASCII
コンテキスト関連リスト
予備

VITA49 エンジン機能を備えています。 出
力されるパケットストリームはPCIeインター
フェースを介してホストに転送されます。
Pentek 社 の 副 社 長 Mr.Paul Mesibov
は VITA 49 ワーキンググループのメンバーであり、 オリジナルの仕様策定に深く関わっています。 Pentek社はVITA 49のマーケッ
トリーダーとして市場を牽引していきます。

http://www.mish.co.jp 132016 年夏の新製品

新 製品

MISH オリジナル製品
SKY-DAQ-AP7000

25MHz 〜 6GHz の 任 意 の 周 波 数 をチューニングして最大 56MHz の帯域幅で信号を取得し、 記録する事ができます。 取
得した信号は内部の SSD に最大１時間記

ここでは今年の新製品をピックアップして紹介します。
■ 4DSP 社製 FMC432■ X-ES 社製 XPort3300■ C2I2 社製 Dual 10 Gigabit Ethernet XMC Adapter■ MISH オリジナル製品 SKY-DAQ-AP7000■ Alpha Data社製 ADM-PCIE-8V3

録することができ、 また記録したデータを25MHz 〜 6GHz の任意の周波数で再生( 出力 ) する事が可能です。 バッテリを搭載していますので、 フィールドで取得した信号をラボに持ち帰って解析することがで

4DSP 社製

FMC432

表9

SKY-DAQ-AP7000はポータブルタイプ

FMC432 概略仕様
FMC432 概略仕様

FMC432は10 Gigabit Ethernet PHY

I/O トランシーバ

10GBASE-T × 2 ポート

I/O コネクタ

RJ45

フォームファクタ

FMC カード（ANSI/VITA 57.1-2010 互換）

FMC ピンカウント

HPC

動作温度

0℃〜 +55℃

耐環境仕様オプション

ANSI/VITA 47 対応 エアクール、コンダクションクール、
コンフォーマルコーティング

400pin

トランシーバを２ポート搭載した、FMCカー
ドです。 I/O コネクタは RJ45 となっていま

Pin Count) に対応しており 10Gigbit の高ことができます。 レーダ/ソナー、イーサネッ

すので CAT6A 又は CAT7 のケーブルを利

速転送が可能です。 4DSP 社製の PCIe

トデータ通信などのアプリケーションに最用することができます。 FMCはHPC (High

カードや VPX ボード上に搭載して使用する

適です。 耐環境仕様あり。

X-ES 社製

XPort3300

表 10

XPort3300 概略仕様
XPort3300 概略仕様

Xport3300 は 10 Gigabit Ethernet を

I/O

SFP+ ソケット× 2

インターフェース

10GBASE-SR ⼜は 10GBASE-LR（オプション）の RF 信号記録＆再生システムです。

のアプリケーションに最適です。

表 12 SKY-DAQ-AP7000 概略仕様
SKY-DAQ-AP7000 概略仕様
RF 周波数

25MHz 〜 6GHz

帯域幅

56MHz（最⼤）ADC 分解能

12bit

⼊出⼒コネクタN-J コネクタ

アッテネータ0 〜 60dB

記録メディア

SSD

記録時間

最⼤１時間（リングバッファ）バンドパスフィルタ

30MHz 〜 60MHz, 50MHz 〜 130MHz, 120MHz 〜 250MHz,
240MHz 〜 480MHz, 470MHz 〜 750MHz, 690MHz 〜 860MHz,
800MHz 〜 1000MHz, 960MHz 〜 1300MHz

トリガ

プリトリガ / ポストトリガ

外形⼨法

W370 × D290 × H90mm（突起物を除く）

重量

6kg

消費電⼒

60W

電源

バッテリ駆動⼜は 100VAC

フォームファクタ

XMC

ホストインターフェース

PCI Express Gen.2 x8 (VITA 42.3)

OS

Windows, Linux, VxWorks

動作温度

0℃〜 +55℃（温度拡張仕様あり）

ンの Samtec FireFly® を追加することで耐環境仕様オプション

コンダクションクール（* フロントパネル I/O ⾮対応）

100Gb × 4 ポートのネットワークカードと25Gb × 4 の高速光インターフェースとしAlpha Data 社製
ADM-PCIE-8V3て利用することができます。 また、 オプショ

して利用することも可能です。 BSPオプショ

ト I/O スロットに SFP+ 光モジュールを実装

バは Windows, Linux, VxWorks を準備しプションもありますので防衛向けのアプリすることで 10GBASE-SR 又は 10GBASE-ていますので、 X-ES 社製 CPU ボードに搭

ケーションに最適です。 表 10 に概略仕様

LR として使用することが可能です。 ドライ

載して利用することができます。 耐環境オを示します。

表 11 Dual 10 Gigabit Ethernet XMC Adapter 概略仕様
Dual 10 Gigabit Ethernet XMC Adapter 概略仕様

Dual 10 Gigabit Ethernet XMC
Adapter は 10 Gigabit Ethernet を２ポート搭載した XMC カードです。 フロント I/OI/O トランシーバ

10GBASE-SR (or LR) × 2 ポートオプション：カッパ―（Twinax ケーブル）

I/O コネクタ

SFP+

フォームファクタXMC (ANSI/VITA 42.3-2006)

ホストインターフェース

PCI Express 2.0 x8

OSLinux, Windows, VxWorks

動作温度

0℃〜 +55℃（コマーシャル）-15℃〜 +75℃（インダストリアル）-40℃〜 +85℃（ラガダイズ）

スロットに SFP+ 光モジュールを実装してでカッパ—にも対応しています。 ドライバ

ンもありますので防衛向けのアプリケー

おり、 10GBASE-SR 又は 10GBASE-LR とは Linux を準備していますが、 Windows,

ションに最適です。 表 11 に概略仕様を示して使用することが可能です。 オプション

VxWorksも対応可能です。 耐環境オプショ

します。

14 MISH International Co., Ltd.

ンパッケージには FPGA サンプルコードや豊かな時代を⽣きてきた私たち
にとって、地球の温暖化は今最優先で取り組むべき課題となっています。今こうしている間も確実に温室効果ガスを排出しており、地球の温暖化は進んでいる事を⼀⼈⼀⼈が認識しなければいけません。温暖化が進めば気温は上昇し、氷河が解けて海⾯ が 上 昇 す る こ と に な り ま す。
この結果、ホッキョクグマは絶滅し南太平洋の⼩さな島は⽔没します。同時に地球上の気候が変動することで異常気象が発⽣し、各地で洪⽔や⼲ばつなどの災害が起きます。昨年の COP21で決定したパリ協定にて、今世紀末までに温室効果ガスの排出を実質ゼロにすることが決められました。これは、社会の仕組
みを変えることはもちろん、私たちの⽣活そのものを変えていく必要があると考えます。節電やゴミを減らすなどできることは実施していきましょう。

受託開発
弊社ではここで紹介した製品を組み合わせた受託開発も承っております。ソフトウェア開発及び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。

API、 ド ラ イ バ が 含 ま れ て い ま す の で、
ADM-PCIE-8V3 は Xilinx 製 FPGA

Windows 又は Linux 環境で開発を行うこVirtex Ultrascale を搭載したハイパフォーとができます。データセンターやHPC（High

マンスな PCIe I/O カードです。 フロントパ

Performance Computing）、 高速データ

ネル I/O に QSFP28 ソケットを２ポート実処理などのアプリケーションに最適です。

装しており、 それぞれが 100Gb × 1 又は

表 13 に概略仕様を示します。

表 13

ADM-PCIE-8V3 概略仕様

展 示 会 情 報
2016 年 5 ⽉
組込みシステム開発技術展（東京ビッグサイト）
http://www.esec.jp/

ADM-PCIE-8V3 概略仕様
フロント I/O

QSFP28 ソケット×２（25/10Gbps）

オプショナル I/O

FireFly®（内部接続⼜はオプショナルフェイスプレートによるフロント I/O）

FPGA

Xilinx Virtex-Ultrascale XCVU095-2

JTAG

USB 経由オンボードメモリ

8GB × 2 バンク DDR4-2400

ホストインターフェース

PCI Express Gen3 x8 DualOS

Windows, Linux動作温度

0℃〜 +55℃

おわりに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。
（＾ o ＾）/

http://www.mish.co.jp 15『ミッシュ・テックジャーナル』次回発行をお楽しみに！

２ポート搭載した XMC カードです。 フロン

C2I2 社製 Dual 10 Gigabit
Ethernet XMC Adapter

きます。 無線通信信号解析、 SIGINT など

地球温暖化を考える

Your Best Choice for

SIGINT

FEI-Elcom 社は、1995 年にアメリカ・ニュージャージーに設立された高性能 RF チューナ、ダウンコンバータ、アップコンバータの製造メーカです。高度な RF 設計技術を持っており、ボーイング、ロッキードマーチン、
ノースロップグラマンなどのミリタリ向け航空機製造メーカーに採用されています。
HF 帯からマイクロ波帯までの幅広い周波数帯域をカバーしていますので、通信傍受やレーダ信号解析など、SIGINT/ELINT/COMINT アプリケー
ションに最適なソリューションを提供します。

〒190-0004 東京都立川市柏町 4-56-1 TEL：042-538-7650 FAX：042-534-1610

株式会社ミッシュインターナショナル e-mail：sales@mish.co.jp URL：http://www.mish.co.jp