NI USRP-2944Rの受信性能は、2ch 160MHz BWですがPCで収録・再生する場合は、2ch合計160MHz BWに制限されます。

このあたりの話はややこしいので以下にまとめます。

USRP-RIOの受信性能と転送性能について

NI USRP-2944R等のUSRP-RIOの受信性能は、以下の表の通り2chそれぞれのアンテナから160MHz BWのIQ信号を受信することが出来ます。

USRP-RIO内部のFPGAでIQ信号を信号処理する場合などは、2ch 160MHz BWのIQ信号を処理することが可能です。

NI USRP-2944R受信性能

ですが、受信したIQデータをPCへ転送する転送性能は、以下の表の通りPCIeバスの制限により最大160MHz BWになります。

NI USRP-2944R転送性能

転送レートから帯域幅を計算する計算式は以下の通りです。800MB/sのレートの場合は、160MHz BWが転送上限になります。

BW(MHz) = 転送レート(MB/s)/4*0.8

160MHz BW=800(MB/s)/4*0.8

計算式についてはこちら
ナショナルインスツルメンツ製品における帯域幅とIQレートの関係

ここまでのまとめ

USRP-RIOのチャネル数や受信性能に関わらず、PCへと転送する場合はPCIバスがボトルネックになります。その上限は160MHz BWです。

チャネル数と最大帯域幅の組み合わせ

最大160MHz BW分の転送レートは、使用可能合計転送レートです。1chで160MHz BW分転送することも出来ますし、40MHz BWを4chで転送することも出来ます。

NI USRP-2944Rは、最大160MHz BWを2chで受信することが出来ますが、PCとのインターフェイス上限が800MB/sのため160MHz BWでは1ch分、80MHz BWでは2chが転送可能です。

NI USRP-2945Rは、最大80MHz BWを4chで受信することが出来ますが、こちらもPCとのインターフェイス上限が800MB/sのため、80MHz BWでは2ch分。40MHz BWでは4chが転送可能です。

参考

ナショナルインスツルメンツ製品における帯域幅とIQレートの関係
http://www.dolphinsystem.jp/bandwidth_iqrate_on_niproducts/

収録再生可能な帯域幅はどうやって決まる？
http://www.dolphinsystem.jp/recordable_bandwidth/

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• フェージングシミュレータとは何か？
• どういうメリットがあるのか？他社製品との違いは？

などなどのお客様の疑問を、わかりやすいインタビュー形式でまとめました。

何をするものですか？

必要性は？

Rivieraの特徴

文責 : ドルフィンシステム笹生

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受信可能な最大帯域幅はソフトウェア無線機の性能で決まりますが、ストレージに保存されるまでのデータ経路にボトルネックがあれば、収録可能な最大帯域幅は狭まります。

以下の各段階で一番遅い転送レートが最大帯域幅となります。

以下に、ソフトウェア無線機NI-USRP 2944Rを使用してRF収録を行う場合の例を説明します。

Factor.1 : IQレート

ソフトウェア無線機の最大IQレートで収録可能な帯域幅が決まります。

IQレートとは、ADCがサンプリングを行いDDCで処理された結果出力されるIQサンプルのレートのことで、IQレートは以下の式で表されます。

IQレート(単位 サンプル) = 最大帯域幅 * 1.25

IQレートの単位はサンプル(S)で、1サンプルは”I”と”Q”それぞれ16bitのためバイトに直すと4バイト(16bit x 2)になります。よってその帯域幅のデータを転送するための必要転送レートは、以下の式で表されます。

必要転送レート(単位 バイト) = IQレート * 4バイト

参考:ナショナルインスツルメンツ製品における帯域幅とIQレートの関係

このIQデータがソフトウェア無線機内のFPGAに渡されてPXI Expressバスに渡されます。

帯域幅、サンプリングレート、転送バイト数の一覧

USRP 2944Rの場合の計算例

USRP 2944Rの場合、最大帯域幅は160MHzとなっておりますので、IQレートと必要転送レートは以下になります。

この転送レート800MB/sのIQデータを切れ目なく収録することで、160MHz BWのデータをストレージに収録することが出来ます。

ちなみにUSRP 2944Rの場合、最大2chのデータを取得することが出来ますので、2ch取得する場合はトータルで以下のレートになります。

1600MB/s = (200MS/s * 4バイト) * 2ch

Factor.2 : FPGAの動作スピード

サンプリングされたIQデータは、ソフトウェア無線機内のFPGAからPXI Expressバスに送り出されます。

FPGA回路の動作スピードは、IQデータを遅滞なく処理できる動作クロックである必要があります。通常は、以下の図のようにADCのサンプリングクロックで動作するように構成されているので遅れることはありません。

ただし受信したIQデータに信号処理を行うなど時間のかかる処理がFPGA内でプログラミングされている場合は、処理遅延が発生する場合があります。

もし処理遅延が発生した場合、FPGAが収録したIQデータを取りこぼしたままPXI Expressバスに転送しますので、最終的にストレージに記録されたデータの一部サンプルが欠損することになります。

Factor.3 : PXI Expressバスの動作スピード

PXI Expressバスで転送できる最大レートは、「送り出し側の最大転送レート」・「バス幅」・「受け取り側の最大転送レート」で決まります。最大帯域幅のデータを送信するためには、それぞれが要求されるレートを上回っている必要があり、一番遅いデバイスがボトルネックになります。

PXI Expressコントローラ周辺のボトルネック

FPGAからPXI Expressコントローラにデータが渡され、PXI Expressバスにデータが流れます。

PXI Expressコントローラ周辺回路がボトルネックになる場合、転送可能な最大収録帯域幅が狭まることになります。

例えば、NI PXIe-5646Rは最大収録帯域幅 200MHzであり、必要転送レートは1GB/sです。

PXI Expressコントローラ周辺がボトルネックで最大収録帯域幅を受信することが出来ません。

ドルフィンシステムでは、NI PXIe-5646Rをスペックを引き出すためにチューニングを行い、

• 180M BW 2chを連続して50分(3000秒)に渡り保存
• 160M BW 2chを連続して50分(3000秒)に渡り再生

までは実現しました。

さらにチューニングをする方法はあり、今後機会があれば試してみたいと思っています。

ご興味のある方はお問い合わせ下さい。

インターフェイスのボトルネック

ノートPCでUSRP-RIOを接続する場合、Express Cardのインターフェイスボードを使用します。このExpress Cardスロットの仕様はPCI Express x1のため最大転送レートは250MB/sであり、帯域幅としては50MHzが上限です。

USRP-RIOのPXI Expressが800MB/sの転送能力があったとしても、250MB/sが上限となりバス幅がボトルネックになります。

よってUSRP-RIOをノートPCで使用する場合、理論上の最大帯域幅は50MHzになります。

送り出し側のボトルネック

デスクトップPCやPXIシャーシでUSRP-RIOを接続する場合、

• NI PXIe-8374 ( PXI Express x4)
• NI PCIe-8371 ( PCI Express x4)

を使用します。これらはPCI Express Gen.1 x4のデバイスなのでバス規格上は最大1GB/sの転送レートですが、USRP-RIOの転送レートは800MB/sが動作仕様です。

USRP 2944Rの最大帯域幅 160MHzで収録する場合の必要転送レートは800MB/sのため、160MHzの帯域幅のデータを転送可能です。

ですが最大帯域幅160MHzで2ch収録を行う場合、その必要転送レートは1600MB/sとなります。これは上記の動作仕様の上限を超えているため、転送を行うことが出来ません。

よって2ch収録を行う場合はそれぞれのチャネル最大帯域幅80MHz以内で収録を行わなければなりません。

800MB/s = (80MHz * 1.25 * 4バイト) * 2ch

バス競合によるボトルネック

PXI Expressバスは、複数のデバイスを接続することが可能です。

PXIシャーシにUSRP-RIOやVSTを接続する場合、同時に複数のデバイスがデータ転送を行うとお互いがバス帯域を占有してしまい、個々のデバイスがもつ最大転送能力を発揮できません。

この場合は、同時に使用するデバイスはスイッチで区切られた別々のセグメントに配置して、個々のデバイスが割り当てられたバスを占有できるようにする必要があります。

Factor.4 : コントローラ(CPU)のスピード

PXI Expressバスから流れてきたデータは、OSおよびデバイスドライバの内部バッファに格納されます。コントローラ上で動作するソフトウェアが、バッファからIQデータを取得しストレージに書き込みます。

この時に、内部バッファからの読み込みが間に合わないと、PXI Expressバスから流れてくる後続データに上書きされて取得が間に合わなかったデータを損失します。

通常のデータ取得ソフトウェアは、内部バッファからデータを読み込む処理とストレージに書き込む処理を別々のスレッドで並列動作させます。そのため通常はどちらか一方の処理が遅くなったとしても、もう一方に影響はありません。

しかし取得したデータをグラフ表示や、何らかの信号処理を行う場合や、他に重いアプリケーションプロセスが動作している場合は、CPU負荷が高まりデータの取得が間に合わなくなります。

データの取得の邪魔なる処理は行わないようにします。

Factor.5 : ストレージの書込速度

ストレージへの書き込み速度は慎重に調査する必要があります。

例えばシーケンシャルライト性能 400MB/sをうたっているSSDであっても、長時間連続してデータの書き込みを行った場合、そのレートを維持できない場合が多くあります。

高速なSSDと言っても常に安定したレートが出るわけではありません。

参考:ドルフィンシステムが行っている収録用ストレージの選別方法

例えば上記ページにあるように、SSDの過半を使用した段階でシーケンシャルライト性能が半分に低下するSSDも存在しています。このようなSSDは一般的なベンチマークソフトウェアでは問題が顕在化せず、厄介です。

書き込みに使用するストレージは、必ず検証されたストレージを使用します。

参考

ナショナルインスツルメンツ製品における帯域幅とIQレートの関係
http://www.dolphinsystem.jp/bandwidth_iqrate_on_niproducts/

USRP-RIO1台あたりの収録・再生可能帯域幅について
http://www.dolphinsystem.jp/available_tranferrate_per_usrprio/

まとめ

ソフトウェア無線機でRF収録などを行う場合、収録可能な最大帯域幅は構成するソフトウェア無線機や接続するバスのスピード、コントローラのスピード、ストレージのスピードなどで決まります。

データ落ちのないRF収録を行うためには、すべての経路の最大転送レートを検証し、要求する最大帯域幅を満たす速度を実現する必要があります。

ドルフィンシステムで用意しているRFキャプチャー・レコーダー＆プレイバックシステムは、お客様の最大帯域幅に答えられる検証済のハードウェア構成を用意しております。

また複数の同期したUSRP-RIOを使用したRF収録や、信号処理システムなどをご要望の際は、受託開発サービスをご利用ください。

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弊社にある市販品の無線LANルータとクライアントでやりとりしている電波を収録し、解析を行いました。解析はNI製無線LANツールキットを使用してEVM測定を行います。

測定環境

270cmの作業台上に、ノートPCとルータを設置しこの2台の間で信号をやりとりします。

左側にあるルータとその直前にアンテナを配置し、アンテナのケーブルをUSRPとスペアナに分岐して収録と波形観測を同時に出来るようにしています。

USRPが受信した信号はIQ分離されてノートPC送られ、SSDに保存されます。

図. 無線LAN収録＆解析測定環境の図

右側にあるのがデータの送信側クライアントです。
ルータに802.11nで接続した後、iperfを使ってルータに対してUDPをデータ送信し続けますので、ルータから連続的に信号が出力されます。

なぜ20MHz BWで集録？

解析側ソフトウェアが必要とするデータレートが、解析する帯域幅の倍のレート(例:20MHz BW = 40Msps)が必要であるためです。USRPは最大40MHz BW(8bit集録時 – IQレート 50M)が集録上限帯域幅であるため、20MHz BWの集録を行いました。

なお8bit 50M IQレート(50M*2=100MB/s, 800Mbps)の集録は、USRP-ノートPC間のギガビットイーサネットの上限近くのスループットです。

集録する

クライアント側の設定

まずクライアント側が20MHz BWで接続するように、無線LANチップのプロパティで2.4GHz時のチャネル幅を20MHzに固定します。

図. クライアント側 チャネル幅を20MHzに固定

クライアント側PCがルータに接続したら、iperfでUDPデータをルータに対して送信し続けます。これでバーストデータが送信されるはずです。

図. iperfでUDPデータを連続送信

受信波形を確認する

アンテナから分配したスペアナで見てみると、このような20MHz BWスペクトラムが表示されています。

図. 電波を受信しているアンテナの写真

図. 受信波形を表示するスペアナスクリーンショット

次にUSRPで受信した波形を見てみます。

図. USRPで受信しPCでスペクトラムを表示している写真

※撮影したタイミングが悪く、この画像ではつぶれたスペクトラムが見えています。

こちらが収録するRFキャプチャーソフトウェア。
スペアナとほぼ同じ波形が表示されているのがお分かりになるかと思います。
USRPからギガビットネットワーク経由で受信したIQデータを表示しつつ、ファイルに保存します。

図. RFキャプチャーソフトウェアでスペクトラムを表示しているスクリーンショット

ではこれを保存します。

今回は1フレームのEVM計測を行うため、収録データは1フレーム分で十分です。集録時間指定機能を使い、集録時間を1秒間に設定して”Record”ボタンを押します。

図. RFキャプチャーソフトウェアで集録時間を指定するスクリーンショット

図. RFキャプチャーソフトウェアで集録開始するボタンのスクリーンショット

“Record”ボタンを押すと指定した時間収録して自動的に停止します。

収録時間を指定しない場合は、自分で”Stop”ボタンを押して収録を停止します。もちろん指定時間収録中でも”Stop”ボタンを押して収録を停止することも出来ます。

さて収録が完了です。任意に指定できるデータフォルダに、ファイルが作成されました。

図. RFキャプチャーソフトウェアで収録されたファイルのスクリーンショット

収録したファイルをデータビューアで開いてみると、信号が収録されています。

図. RFキャプチャーソフトウェアで収録したファイルの内容をデータビューアで確認している

解析する

では解析のためにデータビューアから1フレーム分信号を切り出します。
切り出したいフレームを表示して、このボタンを押してから範囲選択するとファイルに切り出すことが出来ます。

図. データビューアで範囲切り出しを行うボタンを押すスクリーンショット

範囲を選択すると・・・指定した範囲をファイルに保存することが出来ます。

図. データビューアで範囲切り出しを行っているスクリーンショット

ファイル保存ダイアログが開いて、指定した範囲をバイナリファイルに保存できます。

図. 切り出した範囲を保存するファイルダイアログ

次にドルフィンシステム製無線LAN1フレーム解析ツール(powerd by NI無線LANツールキット)を使用して、読み込ませてみると・・・

でました！EVM -24dBm。

市販の無線LANルータの電波をキャプチャーして解析することが出来ました。

図. 切り出したフレームのデータを無線LANツールキットで解析出来た図

測定器との比較

弊社で所有しているNI PXIe-5646Rは、50M-6GHz 200M BWを測定できる測定器で、PC上のソフトと組み合わせてスペクトラムアナライザや無線LAN/LTEの解析などが実現できます。

今回はNI無線LANツールキットを使用して、リアルタイム測定を行ってみます。

※この測定ではストレージに収録せず受信信号をオンメモリで解析します。ただしソフトウェアで解析するので受信した全フレームを解析するのではなく、受信→解析→受信→解析→と間欠的ベストエフォートで解析します。

結果はEVMは-23～-28dBm近辺でした。

USRP 8bitで-24dBm出ておりますので、USRPと測定器の大差はない結果になりました。

図. 無線LANツールキット ソフトフロントパネルでEVM測定の図

※ EVM値などは使用環境・測定環境によって変動いたします。この値を保証するものではありません。

まとめ

今回は、

• 市販の無線LANルータを使って
• USRP 8bit 40M BWで収録し
• EVM解析

を行いました。

結果は、測定器と同じくらいのEVM -24dBを得ることが出来ましたので正しく収録されていると言ってよいでしょう。

USRPを使用した狭帯域RFキャプチャーシステムを使用すれば、無線LAN以外にもお客様の環境で必要とする電波の収録を簡単（3ステップ）に安価に行うことが出来ます。

また収録したデータの解析も行うことが出来ました。

ドルフィンシステムでは収録システム以外にも、信号処理の受託開発を行っております。

収録したデータを解析したいというご要望がありましたら、是非ご相談ください。

受託開発は高い！というイメージがあるかもしれません。そして実際、多くの場合高いものになります。

だけど！

弊社で開発した経験がある通信方式である場合、大幅にコストを抑えて実現できる可能性もありますので、まずはお問い合わせください！

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USRPなどのナショナルインスツルメンツ製品でRF収録や再生を行う際に、IQレートという値を設定します。

この値はADCやDACに設定するサンプリングレートに似ていますが、正確には、

サンプリングレートではなく
「サンプリングレートにデシメーション処理の結果を加味した出力レート」

をIQレートと称しており、収録や再生時にはこの値を設定します。

IQレートは、帯域幅に1.25を乗算した値であり、USRPやナショナルインスツルメンツ製品のデジタルダウンコンバータに対して設定するレートになります。

例)
80MHz BWを収録する場合 : 80MHz BW * 1.25 = 100MS/s

ナイキスト定理により、信号帯域幅の倍でサンプリングを行うため80MHz BWであれば通常160MS/s以上でサンプリングをする必要があります。

NI USRP-2922等では、ダイレクトコンバージョンしたIQ分離後のベースバンド I/Qそれぞれに対して100MS/sでサンプリングをします。これは、帯域幅 80MHz BW の信号は、IQ分離でそれぞれ、40MHz BW になっているため十分なサンプリングレートです。

そして100MS/sでサンプリングした後、デジタルダウンコンバータにおいてデシメーションや LPF などの処理が行われた後、PCに出力されます。

このデジタルダウンコンバータの LPF は、サンプリング周波数の 0.4 倍にカットオフが設定されています。サンプリング周波数 100MHz にたいしては、40MHz の通過帯域となるのですが、IQ を複素で考えた場合、合計の 80MHz （サンプリングレートの 0.8倍）が通過帯域となります。逆に、通過させたい帯域が決まれば、その5/4倍 (=1.25倍) がIQ のサンプリングレート、IQレート になります。

この “IQ レート” がそのまま “PCに出力させるレート”なので、

IQレート = “デジタルダウンコンバータが出力するレート”  = 帯域幅 * 1.25
PCに出力させるレート = IQ レート * 4byte (IとQそれぞれ16bitでサンプリング）

となります。

纏めますと、IQレートとは「サンプリングレートにデシメーション処理の結果を加味した出力レート」となります。帯域幅からIQレートを導き出す係数は1.25となります。

図

参考

USRP-RIO1台あたりの収録・再生可能帯域幅について
http://www.dolphinsystem.jp/available_tranferrate_per_usrprio/

収録再生可能な帯域幅はどうやって決まる？
http://www.dolphinsystem.jp/recordable_bandwidth/

高速RF/IFデータ保存にDDCを使用
http://www.ni.com/newsletter/50100/ja/

Bandwidth Capability of USRP Devices
https://www.ettus.com/kb/detail/usrp-bandwidth

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• RFレコーダー・キャプチャ＆ープレイバックシステムとは何か？
• どういうメリットがあるのか？他社製品との違いは？

などなどのお客様の疑問を、わかりやすいインタビュー形式でまとめました。

 どういうものですか？

実績はいかがですか？

どのような使い方をするもの？

コストとハードウェアについて

Q.	コストや納期はどうですか？
福島	今までよりも無線の研究開発の裾のが広がり、そして研究開発が加速しています。そこで求められるのが、短納期と低コストです。 納品するまで何ヵ月もかかっているとそれだけで命取りです。 そして低コストも重要です。 ユーザさん担当者様がほしいと思ってもそれを内部で稟議を通す作業があり、説得材料を用意しなければならず大変です。 コストが高くなればなるほど会社として購入できる可能性が低くなります。 レンタルですまないのか？本当に必要なのか？設備になってしまうと減価償却しなければならない。などの本来とは違った理由が出てきてしまいます。 これらのハードルをできるだけ下げるためには、必要なスペックを得るために最低限のコストで実現することです。
Q.	最低限のコストを実現できたのですか？
福島	実現することができました。 それはNational Instruments製のRFモジュールを使用していることです。 今までのRFレコーダーは測定器を使用したり、カスタム開発品を使用していたため納期とコストがかかりましたが、汎用品を組み合わせるため、納期・コストが自動的に短縮できました。 組み合わせを選択できるため、お客様の予算に合わせてスペックが選べます。
Q.	先ほどのお客様に合わせたスペックを選べるということでしたが、具体的にはどのようなものですか？
福島	では具体的にご説明します。 NI製モジュールには幾つかのRF製品があり、弊社で対応しているのは以下のチャートにあるものです。 50MHz から26GHzまでの対応周波数、25MHz BW から765MHz BWという広帯域に対応しています。これはFMラジオ5Gで使われるミリ波の帯域まで幅広く対応しています。少しずつスペックや用途が異なっていますので、これらを組み合わせます。
Q.	なるほど。組み合わせとしてはいくつか種類あるのですね。似たような構成がありますが、何が違うのでしょうか？
福島	RFモジュールに、USRPなどのSDR製品を使用したものと、モジュール式測定器を使用したものがあります。 チャートの製品左上にある赤く「測定器」や青く「SDR」と書いて区別してあるのが、それです。 モジュール式測定器を使用したものは測定器並みの精度を要求される際に使用します。小さくても中身は測定器のため、高価です。 USRPなどのSDR製品はあくまでも送受信機であるため、さほど精度を気にしない場合に使用します。
Q.	ではどのくらい精度の違いがあるのでしょうか？
福島	こちらで比較したグラフがありますのでご覧ください。 802.11aの連続信号を収録し解析した結果をEMV, BERで表しています。 商品選択の参考にして下さい。（現在準備中)
Q.	チャートにPXIとPCの２つがありますがなんでしょうか？
福島	PCと書かれているものは、制御するためのコントローラにワークステーションタイプのパソコンを使用します。ギガビットイーサネットかPCI Expressで接続します。 PXIと書かれているものは、このPXIという形の測定器型のシャーシに挿入して使用します。 4スロットのPXIシャーシ
Q.	利用形態がいくつかあるのですね？
福島	はい。PXIに関しての形式は以下のページにQ&Aでありますので、是非ご覧下さい。 (現在準備中)PXIってなんですか？

ソフトウェアについて

貸出・評価・購入などについて

文責 : ドルフィンシステム福島

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RF収録を行うに当たり重要なデバイスはストレージ、特に最近性能向上と低価格化が著しいSSDです。
SSDはシリコンにデータを読み書きするため、HDDと違い可動部分がなく安全で高速と認識されています。また逆にSSDで連続書き込みを行うと途中でレートが落ちたり、高速なレートが維持できないという話もちらほらと聞かれます。

ドルフィンシステムでは心配なく快適で安全な収録を行うために、市販されている主なSSDを買い集め、それらに一般的なベンチマークを超えて独自のベンチマークプログラムを開発し、RFレコーダー・キャプチャーの収録デバイスとして使用可能なSSDを選定しています。

一般的にSSD等のベンチマークではCrystal Disk MarkやATTO DiskBenchなどのツールが使われ、製品紹介やレビューなどで製品の良し悪し判断材料として使われています。
指標としては有用なものですが、RFレコーダー・キャプチャーのストレージを選ぶ指標としては不十分です。

一般的なベンチマークソフトの問題点

■数ギガバイトしか書き込みを行わない

安全で安定的な収録を実現するためには、ストレージ全域にわたってベンチマークを取得して判断することが重要です。

ベンチマークソフトはある一定の容量のファイルを読み書きし、その経過時間から転送レート(MB/sec)を逆算します。読み書きする容量は通常数十M～数ギガバイト程度が設定されています。

RF収録を行うとストレージに1分程度の時間を収録するだけで数ギガバイトに達してしまいます。1分程度の書き込みレートを見てRF収録に使用できると断言することは出来ません。

またストレージにはキャッシュが搭載されているため、1GB程度ではキャッシュの影響が大きく実際よりも良い転送レートが出てしまいます。

例) 40M BWを1分収録した場合に必要とされるストレージ容量
50Msps x 4バイト = 100MB/sec x 60秒 = 約6GB

■平均レートしか表示されない

安定的な収録は、ムラがあってはいけません。
突然書き込みに時間がかかると、収録データ落ちが発生します。

ベンチマークソフトはある一定の容量のファイルを読み書きし、その経過時間から転送レート(MB/sec)を逆算し、そのストレージの能力として表示します。
この転送レートはあくまで読み書きにかかった時間の平均であるため、実際にはムラがあります。あるときは高速に書き込めるが、あるときは低速になってしまう場合などです。

が、一般的なベンチマークソフトでは平均転送レートだけしか表示されないため、ムラがどの程度あるか判断することが出来ません。

※SSDの残容量、搭載されているコントローラの善し悪し、ファームウェアの最適化具合などでムラが左右されます。同じメーカでもマーケティング的理由でファームウェアが調整されることがあるようです。
あくまでも噂ですが、ベンチマークソフトの結果次第でSSDの売れ行きが左右されてしまうため、高いシーケンシャルライト性能を出すように調整されることがあるようです。

■どのような方式（プログラミング）で行われているか不明

ベンチマークプログラム自体がLabVIEWで作られて同じ土俵で計測することが重要です。

多くのベンチマークソフトはベンチマーク内容がブラックボックスです。どのようなプログラミングでベンチマークが取得されているのか不明です。弊社でRFキャプチャーソフトはLabVIEWで開発いたしますので、ベンチマークプログラム自体がLabVIEWで作られて同じ土俵で計測することが重要です。

ドルフィンシステムが行うベンチマーク

ドルフィンシステムでは、一般的なベンチマークソフトでのベンチマークも行いますが、上記のような問題点があるため平行して自社開発したベンチマークソフトでベンチマークを取得し確実を期しています。

1. ベンチマークソフトはLabVIEWで開発
2. 複数の書き込みサイズ(128KB, 256KB, 1MB, 2MB, 4MB・・・)で計測を行う
3. ストレージ全領域に渡り書き込みを行う
4. 書き込み間隔をns単位で計測し、書き込みのムラがどの程度あるか計測する

上記の4点を守って計測を行うことで見えてくるSSDの性能・クセが出てきます。

まずはCrystalDiskMark&ATTO Diskbenchで取得します。
この2つを使用して全体の傾向を把握するとともに、弊社自作ベンチマークソフトとの乖離がないかを確認します。

次に弊社自作ベンチマークソフトを使用して、各書き込み・読み込みブロックサイズでのレートを確認します。
このテストでは指定したサイズだけ読み書きを行い、最適な書き込みブロックサイズの選出と全体の傾向を把握します。

次に全領域書き込みベンチマークを行います。上記ベンチマークで選びだしたブロックサイズで最速の書き込みを行い、全領域に渡ってns単位の書き込み間隔とレートを測定します。

これで完了です。

独自ベンチマークで見えてくるSSDのクセ

ドルフィンシステム独自ベンチマークで見えてくるSSDのクセをご紹介します。
紹介する3社のSSDですが、それぞれ傾向が違って興味深いものがあります。

A社製 512GB SSD, USB 3.0 接続

CrystalDiskMarkでは387MB/sのシーケンシャルライト性能が出ています。

転送レート履歴を見ると、ストレージ全領域渡って300MBを下回ってはいるものの、とても安定しているように見えますが・・・

書き込み間隔はこの通り。時折とても大きな遅延時間が発生しています。また早い時と遅いときがあるのも気になります。

RF収録ソフト側でキャッシュを多く取っておけば回避できそうですが、ばらつきがあるストレージは使いたくありません。

結果は、ストレージ全領域渡って書き込みを行ってみると292MB/s。
CrystalDiskMarkの結果(387MB/s)とは100MB/sの程度差がついてしまいました。

B社製 512GB SSD, USB 3.0 接続

293MB/sでそこそこのスピード。全領域でこのレートが出ればまぁまぁの性能ですが。

ですが、SSD領域の半分を書き込んだ時点から、なんとレートが半減してしまいました！
これはどうしたことでしょう？

細かくみていくと、
書き込み間隔が途中から倍の時間(≒転送レート半減)していることがおわかりになると思います。

安価なUSBメモリの中には、高速なフラッシュメモリと低速なフラッシュメモリを実装し、使い始めは高速なフラッシュメモリチップを優先して使わせるものがあるそうです。
こうすることでベンチマーク性能をよく見せることが出来るようになります。
このSSDもそうなのでしょうか？

このSSDの全領域書き込んだベンチマーク結果は192MB/sです。293MB/sから100MB/sも低下。

このようなSSDを選んでしまうと、
「収録を開始してしばらくは平気だけど、途中からデータ取りがうまくいかなくなる」
という一番やっかいな現象に見舞われます。

C社製 1TB SSD, USB 3.0 接続

ドルフィンシステムが選定し納品させて頂いているエース級SSD。
こちらをご覧ください。
CrystalDiskMarkでは414MB/sと高速。

書き込みも全領域安定＆高速書き込みを維持。

書き込み間隔も全然ブレがなく、ストレージ最後まで一定間隔で書き込みが行われており、安心して収録が出来ます。

まとめ

このようにドルフィンシステムでは新しいSSDが発売されるとすぐに購入してベンチマークを取得し、お客様が安心してRF収録が出来るように体制を整えております。

お客様自身でSSDを選定し購入して使用することもできます。

ですが、
いったんトラブルが発生した場合、その原因を追究し改善する手間が必要になります。

一番恐ろしいのは、

一見問題なく収録できているが実はデータが落ちていた

という現象が発覚してしまうこと。

このような事が無いようにドルフィンシステムでは出来うる限り安心して安定的な収録を実現するために、時間と労力を費やしています。

ドルフィンシステムの狭帯域RFレコーダー・キャプチャー&プレイバックシステムなら

• 受信帯域をすべて保存
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をノートPCとUSRPで実現できます。

さらに安心の購入前お試しが出来ますので、導入前に実機で動作確認することが可能です。

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データ落ちなく安心して収録できるSSDの特典付き。

貸し出し可能なRFレコーダー・キャプチャー&プレイバックシステムには台数に限りがございます。

お早めにお申し込みください。

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その理由は、

自社開発・直販体制による低価格

ではどのくらいコストパフォーマンスがすぐれているのでしょうか？

同チャネル数の他社製品に比べ安価です

Rivieraとほぼ同じチャネル数のフェージングシミュレータを以下の表で比較しました。

それぞれ仕様に差はあるもののほぼスペック上は同じですが、価格が大きく違います。

一番高価な海外Aと比べると、

海外A1台でRivieraなら4台購入できます

圧倒的なコストパフォーマンスですが、安かろう悪かろうなのでしょうか？

安価である理由

1. 汎用品を用いて開発
   フェージングシミュレータを構成する部材すべてを汎用品を用いています。
   そのため開発期間と開発費を抑えた商品の提供が可能になっております。
2. 直販であることドルフィンシステムの測定器は直販を基本としています。
   そのため販売代理店にたいして多大な間接費を費やすことなく、安価に販売することが可能になっております。
   販売代理店を通しても安価に抑えることが可能です。

日本で開発製造なのでサポートを受けやすい

使用することが難しい測定器を使いこなすためには、迅速かつ日本語で的確なサポートを受けることが重要です。

ドルフィンシステム以外は海外製品でありサポートは代理店経由になります。
そのため回答を受け取るまでに時間がかかり、日本語・英語翻訳の課程で質問の意図が変わってしまったり、伝達が難しい現場の状況が伝えられない状況が発生致します。

ドルフィンシステムなら、お客様の業務時間中に電話をおかけ頂ければその場でサポート致します。そのサポートはフェージングシミュレータを開発した技術者本人からの、現場とフェージングシミュレータを知り尽くした意見になります。

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LabVIEW を用いた試作機開発

開発案件を外注するとき、

「本当に期間内に仕様を満たすものが出来上がるのか？」

心配になりませんか？

弊社なら、

1. 高品質・柔軟なハードウェアで
2. 今までより開発効率も高く
3. お客様にも大きなメリット

がある受託開発を実現します。

受託開発のリスクを減らすには？

通常、実験機などを開発する場合、ハードウェアがすでに用意されている場合であれば開発は比較的容易ですが、ハードウェアを含めて開発する場合はリスク (≒ご迷惑をおかけする確率 ) が増大します。

ハードウェア開発にまで踏み切らなくても、市販のADCボードやRFモジュールなどを組み合わせて実験機を構成する場合でも、調達するハードウェア分の開発リスクが向上します。

というのも、

1. 1.AD コンバータ
2. RF モジュール
3. FPGA ボード

の3種類のハードウェアを使用する場合、それぞれ違うメーカの製品を調達しなければならないことが多くあります。

別々のメーカの製品を利用するため、それぞれ「フィージビリティスタディ・検証作業 （≒ちゃんと動くのか確認する ）」という泥臭い作業を行います。メーカごとに電気的仕様の差異、EMI/EMS(ノイズ)対策レベルの違い、デバイスドライバの善し悪しなど「仕様書に現れない振る舞いの違い」の調査は時間と根気が必要な作業です。

NI PXI プラットフォームを使用して実験機を構成する場合、

など、開発に必要な要素が揃っており開発リスクを極力抑えることができます。

LabVIEW/PXIとはどんなもの？

PXI モジュール(下図)とは、NI が開発している Compact PCI をベースにした、測定モジュール( RF, ADC, FPGA ボードなど ) の総称です。 これらを PXI シャーシ ( Compact PCI ベースの筐体 ) に組み込んで、1台の計測器を組み上げることが出来ます。

これらのモジュールを制御するソフトウェア環境が「LabVIEW」です。LabVIEW はプログラミング環境(言語) ですが、一般的に使われているようなテキスト言語ではなく、Simulink のようなブロック線図でプログラミングを行います。 柔軟性、拡張性に優れたグラフィカルなシミュレーション環境になっており、PXI モジュールを制御するためのデバイスドライバやライブラリも整備されていて、驚くほど簡単に PXI モジュールの制御を行う事が出来ます。

LabVIEWには、信号処理や数学的な関数なども多数用意されており、高度な処理も短期間での開発を可能にします。

またLabVIEWは、NI社が提供する各種ハードウェア計測器群（PXI）と親和性が高く、PXIモジュールを制御し、データを収集、解析するなどのシステムを簡単に作れます。

つまり LabVIEW + PXI 環境には、開発を行うすべての要素が含まれています。そしてすべてが開発リスクを大幅に下げる効果があります。

LabVIEW で作成したデジタル変復調

開発効率の高さ

ドルフィンシステムのこれまで培ってきた、無線信号処理の研究用装置開発やFPGA開発のノウハウを、開発効率と信頼性の高いLabVIEW及び PXIプラットフォーム上で展開することによって、より多くのお客様の研究開発に貢献できると考えます。

ではどの程度お客様に貢献することが出来るのか、

具体的な数値で比較してみましょう。

今までの開発効率

下図は、ある開発期間の内訳を表したグラフです。このプロジェクトは、複数の FPGA ボードに信号処理アルゴリズムを実装を行いました。

全体の 27% の時間をかけて実装(本来のコア業務) を行いましたが、目立つのはデバッグに 42% の時間を消費してしまったことです。設計期間や実装を慎重に行うことでデバッグ時間を短縮することは出来たかもしれないのは反省点ですが、実はデバッグ時間の大部分を占めているのが、信号処理部分でのデバッグはなく HW 制御系（FPGA間のデータ渡しなど) でした。

つまり「アルゴリズム自体を実装する時間よりも、それを HW に組み込む作業に時間を消費した」事になります。

今までのプロジェクト開発効率グラフ

これからの開発効率

では次に、LabVIEW/PXI を使用した場合、どの程度開発効率が上がるのでしょうか？
全く同じプロジェクトで比較することは出来ませんが、ある程度 このプロジェクトは、PXI に組み込んだ「AD/DA 付き FPGA ボード」に IF 信号を入力し、信号処理をした後に、IF信号を出力するしたものです。
この図を見ると、設計と実装で 65% を占めており、逆にデバッグは 0% です。
もちろんまったくバグが無い訳ではなく、簡単なバグは実装に含まれています。こので注目したいのは、このプロジェクト開発中ハードウェアやデバイスドライバなど、制御系に起因する不具合やトラブルは一切発生しなかったことです。
今までの開発では、さまざまなデバイスとのやりとりで発生する不具合に悩まされていましたが、LabVIEW + PXI での開発では、本来取り組むべき信号処理に集中して開発することが出来、予想よりも早く完成をすることが出来ました。

PXI でのプロジェクト開発効率グラフ

もう一つのお客様のメリット

LabVIEW+PXI を使用して開発をした場合に、もう一つお客様に大きなメリットがあります。

それは「納品物がブラックボックスにならない」という事です。

通常 FPGA は VHDL、制御ソフトは C++, C# などで開発し、納品します。しかしそれらソースコードなどの納品物は、お客様にとって「実質的に使えない」ものではないでしょうか？

納品されたものに少し変更をしたいと思ってもそのハードルは高く、開発環境や言語などを習得しなければなりません。

しかし LabVIEW であれば、この図のようにブロック線図でプログラミングを行いますので、細かいところは分からなくてもだいたい分かるかと思います。

LabVIEWのブロック線図

「新たに案件として予算を取るほどでもないけれど、少し変更したい」
という、当たり前のご希望にも添えるかと思います。

ドルフィンシステムとLabVIEW

ハードウェア計測器群であるNI社のPXIには、対応周波数の広いRFモジュール、IF回路とFPGA搭載のモジュールなど、移動体通信、無線信号処理に必要なハードウェアも既に揃っています。

これまで様々なハードルが存在してなかなかリアルタイム処理できなかったアルゴリズムも、
PXI＋LabVIEW＋ドルフィンシステムの開発力
で、対応できます。

リアルタイムでの無線信号処理をお考えなら、ぜひドルフィンシステムにご相談ください。

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