組み込み信号処理システム ー第4回 ソフトウェ
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組み込み信号処理システム
ー第４回 ソフトウェア無線機設計ー
奈良先端科学技術大学院大学
情報科学研究科
岡田 実
講義の構成（全5回）
第１回 組み込み用デジタル信号処理の概要
第２回 組み込み用線形システム設計手法
第３回 適応等化器設計手法
第４回 ソフトウェア無線機設計
第５回 組み込み信号処理ハード・ソフト協調設計
第４回 ソフトウェア無線機設計
ソフトウェア無線とは
複素信号処理
位相回転
サンプリングレート変換
ソフトウェア無線とは
無線通信の変復調や符号化の信号処理をソフトウェアで行う
無線通信の規格変更に対応可能
開発期間の短縮が可能
通信システム
情報源
情報源
符号化
暗号化
通信路
符号化
変調
情報源
復号化
暗号
復号化
通信路
復号化
復調
受信者
通信路
情報の冗長性を取り除き情報圧縮を行う
JPEG, MPEG
情報をある規則に従い，他者が解読することが困難な形に変換する
DES, PGP, etc.
情報に冗長情報を付加し，情報の信頼性を高める
BCH, R-S, 畳み込み符号,etc.
通信路で効率的に伝送できる（アナログ）波形に変換する
AM, PM, FM
PSK, FSK, QAM
変調
振幅
周波数
位相
time
変調：
振幅，周波数，位相を情報に応じて変化させる
デジタル変復調の基本方式
ASK
FSK
PSK
0
1
0
1
1
0
0
time
time
time
ASK: Amplitude Shift Keying
FSK: Frequency Shift Keying
PSK: Phase Shift Keying
正弦波の等価低域表現
等価低域表現
正弦波の振幅と位相をベクトルで表現したもの
x
y
等価低域表現（正弦波の生成）
×
×
＋
等価低域表現（等価低域信号の生成）
freq
0
freq
0
LPF
等価低域表現（続き）
×
×
LPF
LPF
等価低域表現のまとめ
等価低域→実信号
実信号→等価低域
送信機の構成
×
×
＋
HPA
アンテナ
DAC
DAC
DSP
HW/SWどちらで実装しても良い
HPA: High Power Amplifier
DAC: Digital-to-Analog
Converter
DSP: Digital Signal
Processor
受信機の構成
アンテナ
×
×
LNA
LPF
LPF
DSP
HW/SWどちらで実装しても良い
ADC
ADC
LNA: Low Noise Amplifier
LPF: Low Pass Filter
ADC: Analog-to-Digital
Converter
DSP: Digital Signal
Processor
ソフトウェア無線
長所
汎用性が高い
規格の変更やUpdateに容易に対応
Interoperability
ハードウェアより開発期間が短い
短所
回路が大規模
消費電力
典型的な復調部DSP処理
キャリア周波数
オフセット補正
サンプリング
レート変換
符号
判定
復調データ
送受信機間でキャリア周波数がずれると
位相回転
キャリア周波数オフセット補正部では
逆に回転して，位相回転を補正する
位相回転
直接的な構成法
cos
table
sin
table
×
×
×
×
ー
＋
乗算が必要
ROMテーブル必要
CORDICアルゴリズム
COrdinate
Ratation Digital Computer
シフトと加減算だけで位相回転の演算を行う手法
x
y
x’
y’
ー
＋
>>n
>>n
>>n : nビット右シフト
CORDIC続き
CORDIC （続き）
CORDIC アルゴリズム
初期設定
Y
N
Y
N
END
CORDICまとめ
Cordinate
Rotation Digital Computerの略
位相回転を加減算＋シフトのみで計算
ArcTanテーブルが必要
テーブルサイズは高々ビット幅N
振幅が変化する
必要なら後で補正
サンプリングレート変換
送受信のサンプリング周波数のずれ
データサンプルタイミングが徐々にずれる
余分なデータが発生or データが不足
timing
1
2
3
4
5
6
7
8
9
*
timing
1
2
3
4
5
6
7
8
9
余分なデータ
timing
1
2
3
4
5
6
7
8
9
データ不足
サンプリングレート変換
この期間データなし
→一回休み
NCO:
Numerically Controlled Oscillator
＋
registor
桁あふれ
データ無効
Interpolator
D
×
×
1/4
3/4
1/2
1/2
3/4
1/4
1
0
Selector
+
サンプリングレート変換まとめ
NCOで内挿位置を計算
Interpolatorで内挿位置の信号の値を計算
補足
NCOのレジスタはinterpolator刻みよりも十分精度を高くする必要有
Interpolatorのフィルタはタップ数を増やすことで精度向上可能
第４回 ソフトウェア無線機設計まとめ
ソフトウェア無線
変復調DSP処理をソフトウェアで行う
複素信号処理
無線信号処理では必須
位相回転
CORDIC
サンプリングレート変換
Interpolator
+ NCO
ウエッブサイト:-------http://www.pdffind.com/pdf/3id566/
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