無線波形発生器
変調された波形の作成、劣化要因の追加、可視化、およびエクスポート
説明
無線波形発生器アプリを使用することで、変調された波形の作成、劣化要因の追加、可視化、およびエクスポートができます。さまざまなタイプの波形を生成できます。
| 波形タイプ | 追加リソース |
|---|---|
カスタムの OFDM 変調、QAM 変調、および PSK 変調 | — |
正弦波テスト | |
ZigBee® 波形および UWB (IEEE® 802.15.4z) 波形 | |
5G NR 波形 | 5G Toolbox™ が必要です。5G 波形発生器 (5G Toolbox)アプリを使用します。 |
LTE 波形 | LTE Toolbox™ が必要です。LTE Waveform Generator (LTE Toolbox) アプリを使用します。 |
WLAN (802.11™) 波形 | WLAN Toolbox™ が必要です。WLAN 波形発生器 (WLAN Toolbox)アプリを使用します。 |
Bluetooth 波形 | Bluetooth® Toolbox が必要です。Bluetooth LE Waveform Generator (Bluetooth Toolbox) アプリまたは Bluetooth BR/EDR Waveform Generator (Bluetooth Toolbox) アプリを使用します。 |
DVB-S2 変調波形、DVB-S2X 変調波形、および DVB-RCS2 変調波形 | Satellite Communications Toolbox が必要です。衛星波形発生器 (Satellite Communications Toolbox)アプリを使用します。 |
レーダー波形 | Phased Array System Toolboxが必要です。 |
このアプリを使用して以下ができます。
波形、実行可能な MATLAB® スクリプト、または Simulink® ブロックのエクスポート。
波形をワークスペースで使用するか、
.matファイル、.bbファイル、または.txtファイルに保存する。エクスポートしたスクリプトを使用して、アプリを使用せずにコマンド ラインから波形を生成する。
エクスポートしたブロックを Simulink モデルで波形ソースとして使用する。詳細については、Waveform From Wireless Waveform Generator App を参照してください。
コンスタレーション ダイアグラム、スペクトル アナライザー、OFDM グリッド、および時間スコープのプロットでの波形の可視化。
AWGN、位相オフセット、周波数オフセット、DC オフセット、IQ 不平衡、および無記憶 3 次非線形性などの RF 劣化要因の追加による波形の歪みの生成。
接続されたシグナル ジェネレーターまたはソフトウェア無線機 (SDR) を使用して送信できる波形の生成。
シグナル ジェネレーターを使用して波形を送信するには、Instrument Control Toolboxソフトウェアを使用し、サポートされているシグナル ジェネレーターをコンピューターに接続します。詳細については、Lab シグナル ジェネレーター計器を使用した送信を参照してください。
NI™ USRP™ 無線機を使用して波形を無線で送信するには、Wireless Testbench™ ソフトウェアを使用し、サポートされている無線機をコンピューターに接続します。詳細については、Wireless Testbench ベースバンド送信機を使用した信号の送信を参照してください。
サポートされている SDR (ADALM-Pluto、NI USRP、または Xilinx® Zynq® ベースの無線機) を使用して波形を送信するには、無線ハードウェアに対応するアドオンをインストールし、SDR をコンピューターに接続します。詳細については、SDR を使用した送信を参照してください。
詳細は、無線波形発生器アプリを使用した波形の作成 を参照してください。
無線波形発生器 アプリを開く
MATLAB ツールストリップ: [アプリ] タブの [無線通信] でアプリのアイコン 
をクリックします。
MATLAB コマンド プロンプト: wirelessWaveformGenerator と入力します。
例
無線波形発生器アプリを開き、[波形タイプ] タブから 
を選択して OFDM 波形を構成します。[生成] をクリックし、既定の波形を生成します。表示される波形は、QPSK 変調されたシンボルをもつ OFDM 波形です。
[Insert DC null] をクリックして、[Guard band subcarriers] を [20;19] に増やします。[Generate] を再度クリックします。プロットされた波形が変化し、更新された構成が反映されます。
![Wireless Waveform Generator app display of OFDM waveform with DC null and guard band subcarriers set to [20;19].](wwg-ofdm-dcnull-adjust-gbsc.png)
無線波形発生器アプリを開きます。
QAM 波形を生成するには、[波形タイプ] タブで
を選択します。[波形] ペインで既定の波形を更新し、16-QAM ([変調次数] = 16) を指定します。 劣化要因を追加するには、[生成] タブで [劣化要因] を選択します。[劣化要因] ペインで [IQ 不平衡] を選択します。位相の不均衡を 11.25 度 (
pi/16ラジアン)、振幅の不均衡を 1.5 dB に設定します。[Generate] をクリックし、波形を生成します。
フィルター処理を追加するには、[フィルター処理] パラメーターを選択します。ルート レイズド コサイン フィルター処理を適用します。
[Generate] を再度クリックし、現在の構成を使用して波形を生成します。プロットされた波形が変化し、更新された構成が反映されます。
この例は 5G NR 波形の生成方法を示します。詳細については、5G 波形発生器 (5G Toolbox)アプリのリファレンス ページを参照してください。
5G 波形発生器アプリを開く
MATLAB ツールストリップの [アプリ] タブにある [無線通信] で 5G 波形発生器アプリのアイコンをクリックします。5G 波形の生成用に構成された無線波形発生器アプリが開きます。この機能には5G Toolboxが必要です。
5G NR 波形の生成
次の図は、既定のパラメーターを使用した 5G ダウンリンク波形生成の可視化結果を示しています。
この例は LTE 波形の生成方法を示します。詳細については、LTE Waveform Generator (LTE Toolbox) アプリのリファレンス ページを参照してください。
LTE Waveform Generator アプリを開く
MATLAB ツールストリップの [アプリ] タブにある [無線通信] で LTE Waveform Generator アプリのアイコンをクリックします。LTE 波形生成用に構成された無線波形発生器アプリが開きます。この機能にはLTE Toolboxが必要です。
ダウンリンク LTE 波形の生成
次の図は、既定のパラメーターを使用した LTE ダウンリンク波形生成の可視化結果を示しています。
この例は Bluetooth 波形の生成方法を示します。詳細については、Bluetooth LE Waveform Generator (Bluetooth Toolbox) アプリのリファレンス ページを参照してください。
Bluetooth Low Energy Waveform Generator アプリの起動
MATLAB ツールストリップの [アプリ] タブにある [無線通信] で Bluetooth Low Energy アプリのアイコンをクリックします。Bluetooth LE 波形の生成用に構成された無線波形発生器アプリが開きます。この機能にはBluetooth Toolboxが必要です。
Bluetooth LE 波形の生成
次の図は、既定のパラメーターを使用した Bluetooth LE 波形生成の可視化結果を示しています。
この例は WLAN 波形の生成方法を示します。詳細については、WLAN 波形発生器 (WLAN Toolbox)アプリのリファレンス ページを参照してください。
WLAN 波形発生器アプリを開く
MATLAB ツールストリップの [アプリ] タブにある [無線通信] で WLAN 波形発生器アプリのアイコンをクリックします。WLAN 波形の生成用に構成された無線波形発生器アプリが開きます。この機能にはWLAN Toolboxが必要です。
WLAN 波形の生成
次の図は、既定のパラメーターを使用した WLAN 波形生成の可視化結果を示しています。
この例では、衛星通信波形を生成する方法を説明します。詳細については、衛星波形発生器 (Satellite Communications Toolbox)アプリのリファレンス ページを参照してください。
衛星波形発生器アプリの起動
MATLAB ツールストリップの [アプリ] タブにある [無線通信] で衛星波形発生器アプリのアイコンをクリックします。衛星通信波形の生成用に構成された無線波形発生器アプリが開きます。この機能にはSatellite Communications Toolboxが必要です。
DVB-S2 波形の生成
次の図は、既定のパラメーターを使用した DVB-S2 波形生成の可視化結果を示しています。
この例では、Phased Array System Toolbox™ にあるレーダー波形を生成する方法を示します。レーダー波形については、Pulse Waveform Analyzer (Phased Array System Toolbox) アプリのリファレンス ページを参照してください。レーダー波形には、FMCW、Linear FM、Rectangular、Phase Coded、および Nonlinear FM などがあります。
まず、無線波形発生器アプリを開き、[波形タイプ] タブから 
を選択します。既定の波形設定を使用し、[生成] をクリックして単一の波形を生成します。
アプリには、1 つの線形 FM パルスとパルスのスペクトルが表示されます。
次に、[Number of pulses] を 5 に設定して波形のパルス数を変更し、[生成] を再度選択します。5 つのパルスが表示されますが、スペクトルはほぼ同じままです。
無線波形発生器アプリを開き、[波形タイプ] タブから 
を選択して、UWB 波形を生成します。既定の波形設定を使用します。[Generate] をクリックし、波形を生成します。
[波形タイプ] タブから 
を選択して、ZigBee で使用される 802.15.4 OQPSK 波形を生成します。既定の波形設定を使用します。[Generate] をクリックし、波形を生成します。
この例は、無線波形発生器アプリで使用可能な [Simulink にエクスポート] 機能を使用して生成されたブロックを構成および使用する方法を示します。
はじめに
無線波形発生器アプリは、波形の作成、劣化要因の追加、可視化、およびエクスポートを行うための対話型のツールです。ワークスペース、.mat または .bb ファイルに波形をエクスポートできます。また、実行可能な MATLAB® スクリプトまたは Simulink® ブロックに波形生成パラメーターをエクスポートできます。エクスポートした Simulink ブロックを使用して、Simulink で波形を再現できます。この例では、アプリの "Simulink にエクスポート" 機能を使用する方法と、エクスポートしたブロックを構成して Simulink で波形を生成する方法を説明します。
この例では OFDM 波形のエクスポートを取り上げていますが、サポートされているすべての波形タイプに同じプロセスを適用できます。
Simulink へのワイヤレス波形構成のエクスポート
[アプリ] タブの [無線通信] で無線波形発生器アプリのアイコンをクリックし、このアプリを開きます。あるいは MATLAB コマンド プロンプトで wirelessWaveformGenerator と入力します。
[Waveform Type] セクションで [OFDM] をクリックして OFDM を選択します。アプリの左端のペインで、選択した波形のコンフィギュレーション パラメーターを調整します。次にアプリ ツールストリップの [Export] をクリックし、[Export to Simulink] を選択して、構成をエクスポートします。
[Export to Simulink] オプションにより Simulink ブロックが作成されます。このブロックは、Simulink モデルの実行時に選択された波形を出力します。開いているモデルがない場合、このブロックは新しいモデルにエクスポートされます。
"Form output after final data value by" ブロック パラメーターは、指定されたすべての信号サンプルの生成後の出力を指定します。このパラメーターの値は Cyclic repetition および Setting to zero です。Cyclic repetition オプションでは、信号の最後のサンプルに到達後、最初から信号が繰り返されます。Setting to zero オプションでは、ブロックは信号の最後のフレームを生成後、シミュレーションの間、ゼロ値の出力を生成します。"波形のサンプル レート (Fs)" および "波形長" ブロック パラメーターは、[マスク エディター] ダイアログ ボックスの [コード] タブで使用可能な波形構成から導出されます。ブロック パラメーターの詳細については、Waveform From Wireless Waveform Generator Appを参照してください。この図は、エクスポートしたブロックのパラメーターを示しています。
エクスポートしたブロックに Spectrum Analyzer ブロックを接続します。
モデルをシミュレーションし、現在の構成を使用して波形を可視化します。
Spectrum Analyzer ブロックは [Waveform sample rate (Fs)] パラメーター (64 MHz) を継承します。
ワイヤレス波形の構成の変更
Simulink モデルを実行すると、エクスポートされたブロックによって、ブロックの [マスク エディター] ダイアログ ボックスの [コード] タブで生成された波形が出力されます。このタブで波形を初期化する MATLAB コードは、ブロックをエクスポートする前に無線波形発生器アプリで選択した構成に対応しています。波形の構成を変更するには、次のオプションのいずれかを選択します。
無線波形発生器アプリを開き、構成を選択し、新しいブロックをエクスポートする。このオプションでは、MATLAB コードの代わりにアプリ インターフェイスを操作し、パラメーター化プロセスでパラメーター範囲を検証し、Simulink モデル実行前に波形を可視化できます。
エクスポートしたブロックの [マスク エディター] ダイアログ ボックスの [コード] タブで使用できるコンフィギュレーション パラメーターを更新する。このオプションの場合、このタブで使用できる MATLAB コードを変更する必要があります。これにより、変更適用時にのみパラメーター範囲の検証が行われるようになります。このオプションでは、Simulink モデル実行前の波形の可視化は行われません。選択した波形を生成する MATLAB コードを熟知していない場合には、このオプションを使用して波形パラメーターを変更することは推奨されません。
マスク エディターの [コード] タブで構成を更新できます。マスク エディターを開くには、エクスポートされたブロックをクリックし、"Ctrl+M" を押します。
[コード] タブで使用可能な MATLAB コードを使用して、必要なパラメーターを更新します。たとえば、サブキャリア間隔 scs を 1,500,000 Hz に設定します。
[OK] をクリックし、変更を適用して [マスク エディター] ダイアログ ボックスを閉じます。モデルをシミュレーションし、更新後の波形を可視化します。
Spectrum Analyzer ブロックにはサンプル レート 96 MHz が表示されます。これは予期されるとおり、前のサンプル レートの 1.5 倍です。
モデルのその他のブロックとのワイヤレス波形構成の共有
読み取り専用のブロック パラメーターと波形コンフィギュレーション パラメーターにアクセスするには、UserData 共通のブロック プロパティを使用します。このプロパティは次のフィールドからなる構造体です。
WaveformConfig:波形の構成WaveformLength:波形の長さFs:波形のサンプル レート
関数 get_param を使用することで、エクスポートしたブロックのユーザー データにアクセスできます。
ans =
struct with fields:
WaveformConfig: [1×1 comm.OFDMModulator]
WaveformLength: 8000
Fs: 96000000
コールバックで InitFcn を使用して、ユーザー データで使用可能な構造体をベース ワークスペース変数に保管します。InitFcn コールバックは、モデルの更新およびシミュレーション中に実行されます。このコールバックを使用するには、[モデル化] タブをクリックし、[モデル設定] ドロップダウン、[モデル プロパティ] オプションの順にクリックします。[コールバック] ペインで、InitFcn コールバックを選択します。ユーザー データを新しいベース ワークスペース変数 (cfg など) に割り当てます。
エクスポートしたブロックのユーザー データで使用可能なパラメーターは、[コード] タブで構成変更を適用するたびに更新されます。
OFDM 波形を復調するには、OFDM Demodulator ブロックをモデルに追加します。OFDM Waveform Generator ブロックと OFDM Demodulator ブロックの間に AWGN Channel ブロックを接続して、入力信号にホワイト ガウス ノイズを付加します。また Constellation Diagram ブロックを追加して、復調されたシンボルをプロットします。
OFDM Demodulator ブロックの構成に必要なパラメーターは、エクスポートしたブロックを構成するために使用されるパラメーターと一致している必要があります (一致していない場合、復調が失敗します)。エクスポートしたブロックのコンフィギュレーション パラメーターにアクセスするには、変数 cfg を使用します。この図は、OFDM Demodulator ブロックのパラメーターを示しています。
OFDM Demodulator ブロックには復調する OFDM 波形全体が必要であるため、エクスポートしたブロックの [フレームあたりのサンプル数] パラメーターを cfg.WaveformLength に設定します。モデルをシミュレートします。
OFDM Demodulator ブロックを使用して OFDM 波形を復調した後、Constellation Diagram ブロックによって、結果の QAM シンボルが表示されます。
マルチキャリア波形の生成
マルチキャリア生成では、すべての波形のサンプル レートが同じでなければなりません。波形を搬送波オフセットにシフトして集約するには、Multiband Combiner ブロックを使用できます。
波形を周波数でシフトするには、サンプル レートを上げる必要がある場合があります。Multiband Combiner ブロックは、入力波形をシフトして結合する前にその入力波形をオーバーサンプリングするオプションを提供します。この図は、Multiband Combiner ブロックのパラメーターを示しています。
モデルをシミュレーションし、-80、20、および 100 MHz を中心とする波形を可視化します。
この例では、"無線波形発生器" アプリで利用可能な NI™ USRP™ 無線器を使用して、アプリで生成された波形を無線送信する方法を示します (Wireless Testbench™ が必要)。これらの無線送信機を使用すると、無線機でサポートされている最大ベースバンド サンプル レートまでの速度で、連続したデータを無線送信できます。
はじめに
無線波形発生器アプリは、波形の作成、劣化要因の追加、可視化、および送信を行うための対話型のツールです。アプリで利用可能な無線送信機を使用して、生成された波形を無線で繰り返し送信できます。また、波形生成パラメーターおよび送信パラメーターを実行可能な MATLAB® スクリプトにエクスポートすることもできます。この例では、これらの無線送信機を構成する方法を説明します。
この例では OFDM 波形を送信する方法について説明していますが、アプリで生成できるすべての波形タイプに同じプロセスを適用できます。詳細については、Wireless Testbench ベースバンド送信機を使用した信号の送信を参照してください。
無線機のセットアップ
アプリで無線送信機を使用するには、Wireless Testbench Support Package for NI USRP Radios をインストールする必要があります。詳細については、Install Support Package for NI USRP Radios (Wireless Testbench)を参照してください。次に、Radio Setup (Wireless Testbench)ウィザードを使用して無線機を設定し、無線構成を保存します。
波形の生成
[アプリ] タブの [無線通信] で "無線波形発生器" アプリのアイコンをクリックし、このアプリを開きます。あるいは MATLAB コマンド プロンプトで wirelessWaveformGenerator と入力します。
[Waveform Type] セクションで [OFDM] をクリックして OFDM を選択します。アプリの左端のペインで、選択した波形のコンフィギュレーション パラメーターを調整します。次に、アプリのツールストリップで [生成] をクリックして構成を生成します。
無線送信機の設定
アプリのツールストリップから [送信機] タブを選択します。送信機ギャラリーで、無線機を選択します。
アプリの左端のペインで、無線機セットアップ ウィザードを使用して保存した無線機セットアップ構成の名前を選択します。
中心周波数、ゲイン、およびアンテナに関する構成パラメーターを設定します。アプリは、以前に生成した波形に基づいて、波形のサンプル レートを自動的に設定します。無線機はオンボードのデータ バッファリングを使用して、サポートされている最大ベースバンド サンプル レートまでの連続データ伝送を確保します。必要に応じ、指定されたサンプル レートを達成するために、無線機は Farrow rate converter を使用します。サンプル レートを設定する際の参考として、次のリストを使用してください。
USRP E320 (単一のアンテナを使用する場合) -- 39,683 Hz ～ 30.72 MHz、または次のいずれか。40 MHz、50 MHz、または 61.44 MHz
USRP E320 (2 つのアンテナ使用する場合) -- 19,842 Hz ～ 15.36 MHz、または次のいずれか。20 MHz、25 MHz、または 30.72 MHz
USRP N300 -- 120,945 Hz ～ 76.8 MHz、または次のいずれか。122.88 MHz、125 MHz、または 153.6 MHz
USRP N310 -- 120,945 Hz ～ 76.8 MHz、または次のいずれか。122.88 MHz、125 MHz、または 153.6 MHz
USRP N320 -- 196,851 Hz ～ 125 MHz、または次のいずれか。200 MHz、245.76 MHz、または 250 MHz
USRP N321 -- 196,851 Hz ～ 125 MHz、または次のいずれか。200 MHz、245.76 MHz、または 250 MHz
USRP X300 -- 181,418 Hz ～ 100 MHz、または次のいずれか。184.32 MHz または 200 MHz
USRP X310 -- 181,418 Hz ～ 100 MHz、または次のいずれか。184.32 MHz または 200 MHz
USRP X410 -- 241,890 Hz ～ 125 MHz、または次のいずれか。245.76 MHz、250 MHz、491.52 MHz、または 500 MHz
詳細については、Baseband Sample Rate in NI USRP Radios (Wireless Testbench)を参照してください。
波形の送信
連続して波形を送信するには、[送信] をクリックします。連続送信を終了するには、[Stop transmission] をクリックします。波形生成および送信パラメーターを実行可能 MATLAB スクリプトにエクスポートするには、[MATLAB スクリプトのエクスポート] をクリックします。
制限
MATLAB Online™ では、無線波形発生器アプリは SDR デバイスまたはテスト機器との信号伝送をサポートしていません。
バージョン履歴
R2018b で導入参考
アプリ
関数
rfsiggen(Instrument Control Toolbox)
ブロック
トピック
- 無線波形発生器アプリを使用した波形の作成
- Quick-Control RF Signal Generator Requirements (Instrument Control Toolbox)
