ソフトウェア無線

ソフトウェア無線（ソフトウェアむせん、SDR, Software-defined radio）とは、従来、アナログハードウェアとして実装されていた部品(ミキサー、フィルタ、アンプ、変調器/復調器、検出器など)による機能を、代わりに、パソコン内のソフトウェア、または組み込みシステムによって実現する無線通信技術である。一般的に広い周波数範囲において多くの変調方式が可能となるように、ソフトウェアが汎用性の高いプログラム可能なハードウェアを制御するもの、として考えられる。

ソフトウェア無線は、コンピュータなどの電子機器が大量に信号処理することで実現され、新たにソフトウェアを動作させて異なる無線通信方式を実現する無線機器を作り出すことを目標に研究している。

軍事分野や携帯電話サービスにおいて重要な有用性があり、どちらもさまざまに変化する無線プロトコルを正確にリアルタイムで提供する必要がある。

ハードウェアはスーパー・ヘテロダイン方式の無線周波数部、アナログ-デジタル変換回路、デジタル-アナログ変換回路で構成され、現在のソフトウェア無線で簡単な無線モデムとしての使用例も見られる。

将来は無線通信でソフトウェア無線が支配的な技術になるだろう、とコグニティブ無線の可能性を図る意見も散見される。

概要 
現在は周波数や変調方式をはじめとする無線通信方式が多様化して、多くの無線通信機器が混在し、複数の無線通信方式に対応する機器は非常に実用的で、複数の無線通信方式に対応したマルチモード端末が登場している。

無線通信の実用化以来多くの機能はハードウェアに実装されたが、近年は機能のハードウェア実装に線通信方式と同数の電子回路を要し、小型化やコストで難点が多い。従来のハードウェアを代替してソフトウェアで各種の無線通信方式が実現可能なら、面倒な作業を省力して簡単に、新機能の追加や機能変更が可能となる利点がある。従来は全てハードウェアで実現した無線通信機器の機能の一部を、ソフトウェアで置き換えたソフトウェア無線や技術が開発されている。

携帯電話や無線LANなどで、電気通信事業者毎の周波数特性などをハードウェアに実装せずに製造工程の最終段階でソフトウェア定義する事例は、初歩的なソフトウェア無線と考えられる。

動向

国際動向
米国では1990年代から、SPEAKEasyシステムの開発を皮切りに、軍用の各種通信機器と相互に通信を行う研究開発など、軍事利用のため積極的に研究開発されている。最近はGSM方式の携帯電話用基地局まで実用化が進みつつある。連邦通信委員会は2001年9月からソフトウェア無線のための基準認証の方式を設けているが、実績は2007年1月までに35件である。

国内動向 
NECが研究開発し、自衛隊の野外通信システムや小田急線の列車無線などに導入されている。

アマチュア無線 
アマチュア無線用のハードウェアは幅広く、Zeus ZS-1 や Flex Radio など高性能なトランシーバのほかに、SoftRock SDR 、Genesis SDR などの自作派向けキットがある。受信のみを目的とした FiFi SDR（短波受信）、Quadrus coherent multi-channel SDR receiver（短波・VU受信）なども市販されている。

Realtek RTL2832U や Elonics E4000、 Rafael Micro R820T など低価格の地上デジタル放送受信用　DVB-T USB ドングルを広帯域SDR受信機として使用する試みがなされている。graves radar の信号を利用したペルセウス座流星群の観測などが行われている。

WebSDRはPieter-Tjerk de Boerが開始したプロジェクトで、ブラウザから世界各地に設置した短波帯域を受信できる SDR へアクセスを提供するものである。近年、これらのシステムを使いChirp Transmitterを信号解析した。

ハードウェア 
 CPLD/FPGA非搭載機
 RTL-SDR （RTL2832U （ADC+USB 2.0コントローラ）+R820T/R820T2/E4000/FC0012/FC0013（RFチューナ））- 安価なテレビチューナードングルに使われている組み合わせ。7bit相当のADC。
 SDRPlay RSP、MIRICS MSI3101及びLogitec LDT-1S310U/J （MSi2500（DSP+ADC+USB 2.0コントローラ）+MSi001（RFチューナ）） - 10bit相当のADC。
 AirSpy（LPC4370（ARM CPU+ADC+USB 2.0コントローラ）+R820T2 (RFチューナ））
 CPLD/FPGA搭載機
 HackRF（XC2C64A (CPLD)+MAX2837（RFトランシーバ）+MAX5864 (ADC/DAC)+LPC4330（ARM CPU+USB 2.0コントローラ））
 BladeRF（Cyclone IV (FPGA)+Cypress FX3（ARM CPU+USB 3.0コントローラ）+LMS6002D（RFトランシーバ+ADC/DAC））
 USRP
 ADALM-PLUTO（Zynq Z-7010（ARM CPU+FPGA+USB 2.0コントローラ）+AD9363（RFトランシーバ+ADC/ADC））
 Sidekiq X2  - AD9371とThunderbolt 3を採用する上位機種
 RFSoC搭載機

電波法上の取扱い 

電波法では、ソフトウェアの書き換えによって無線通信方式が変化する場合、ハードウェアを変更する場合と同様の結果が得られることから、無線設備に変更の工事を加えたとみなされることになるため、発射する電波が微弱であって無線局免許を要しないとされる場合を除き、引き続き使用することはできない。

本格的なソフトウェア無線の実用化を念頭に、ソフトウェアを書き換えた場合でも引き続き使用することができるような法整備を望む意見が関連学会などにあり、無線通信の混信を防止する確実な手段を講じることができないなどの理由から無線通信の使用者に異論がある。

2005年に日本の無線LANのチャンネルが改められた際に、主として消費者保護の観点から、特別に試験的なソフトウェアの書き換えによるチャンネル変更が認められている。

通信外用途のソフトウェア無線 
核磁気共鳴分光計 (NMR) や核磁気共鳴画像法 (MRI) で従来の複雑で高価で柔軟性に欠けるハードウェアをソフトウェア無線に置き換える試みが進められる。

一覧

出典

外部リンク 
  Pure Dataで作るソフトウェア・ラジオ（日本語）
  アマチュア無線用パッチ等（日本語）
 The BIG List of RTL-SDR Supported Software RTL-SDR (RTL2832U) に対応しているソフトウェア一覧（英語）
 Radio Signal Identification Guide  無線信号同定ガイド（デコードソフトウェアの紹介あり、英語）
 GNU Radio（英語）
 OsmoSDR（英語）

電子工学