こんにちは、ドルフィンシステムの笹生です。
今回で 19回目の USRP のサンプルについての紹介となります。
今回紹介するサンプルはタイトルの「GPS に同期して USRP で受信するサンプル」です。このサンプルは GPS アンテナ入力のある USRP デバイスであれば使用可能です。
本サンプルを動作させるためには
・GPS アンテナ入力のある USRP デバイス
・GPS アンテナ（アクティブアンテナ）
が必要です。
それでは「niUSRP EX Rx with GPS.vi 」を見ていきましょう。
サンプルプログラムの開き方につきましては第一回のブログを参照してください。
以前よりお伝えしましたが、USRP の古い型番の物はそろそろ販売中止になるものも出てくるそうですのでご注意ください。また 8月の価格改定で価格が上昇する可能性もございますので合わせてご注意ください。
niUSRP EX Rx with GPS.vi
名前順にソートされて19番目のサンプルが「niUSRP EX Rx with GPS.vi 」です。
このサンプルは GPS のタイミングに同期して USRP で信号を受信するサンプルになります。
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ＧPS 対応の USRP
GPS 同期モジュールである GPSDO を最初から搭載している USRP の型番は以下の通りです。
●Ettus N シリーズ
●Ettus X シリーズ
●Ettus E シリーズ
●NI USRPシリーズ
Ettus の USRP Nシリーズ、Xシリーズ、Bシリーズの一部でもオプションで後から GPSDO を購入して GPS に対応させることは可能です。
ＧPS アンテナ
https://www.ettus.com/product-categories/antennas/
GPS アンテナとしては、Ettus から上記にある 2種類が提供されています。
電圧が 3V と 5V があり、対応できる機器が異なるので注意してください。
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それではフロントパネルを見てみましょう。下のような GUI を確認できます。
フロントパネルとしては大きく分けて、左側が設定関連、右側が受信信号のグラフ表示になります。
Error out
エラーが発生したときに表示されます。
ベースバンドパワースペクトラムのグラフに受信結果が表示されます。
ブロックダイアグラムはこのような感じです。
左から①初期化設定→②受信→③終了という流れです。
初期化設定の部分
初期化設定の部分では 大きく8つの処理をしています。①USRPデバイスのオープン
Device Name への設定の仕方としてマスターを先に設定します。
開くことが出来たら、セッションハンドルを出力しますのでこの後の設定などはそのセッションハンドルを基に行います。
②チャネルの有効化・リファレンスソース設定
この部分は USRP のプロパティノードを使用しています。
使いたい チャネルの有効化をするプロパティと、リファレンスソース（タイムベースクロックとリファレンス周波数）の設定をしています。
いずれも GPS をフロントパネルから指定します。
③IQレート、RF設定
IQ レート、キャリア周波数、ゲイン、アクティブアンテナの設定をします。
④ GPSフィックス待機
GPS が正しくフィックスされるまで（同期が確立されるまで）待機する部分です。
コメントにあるように初回は 10分以上かかることもあります。
デフォルトは 600秒(=10分）ですが、私の経験則では 900秒(=15分)はかかる気がします。
⑤トータルでのサンプル数設定
number of samples is finite を T にして、トータルのサンプル数を指定しています。
⑥同期試行回数の設定
このサブVI は複数台の同期に使うのもので、PPS以外にも 内蔵GPS の PPSで同期させるときにも使用できるようです。
今回は内蔵GPS の PPSを使用し、マスターの繰り返しアルゴリズムを使っているようで、デフォルト20回繰り返し同期を試すようです。
このサブ VI はまた別途時間がある際に詳しく解析したいと思います。
⑦ 受信開始
受信が開始され、指定されたタイミングで取得した RF 信号が IQ データにダウンコンバートされてバッファに蓄えられていきますので、後段の②受信表示の部分でデータを PC に吸いあげます。
②受信の部分
②受信の部分では、USRP でRF 信号が IQ データにダウンコンバートされてバッファに蓄えられていきますので、データを PC に吸いあげる（フェッチする）ことが主な処理です。また取得データをグラフに表示する処理も行っています。
本サンプルの受信の処理ループは While ループで指定したトータルサンプル分受信したら終了する構造にしています。
① While Loop
外側の四角い枠が While Loop です。トータルサンプル分受信するか、エラーが発生したらループを停止する条件で実装されています。
② 受信データのフェッチ
この関数で USRP からIQ データをフェッチしてグラフ表示のほうに渡しています。この関数では 2D CDB という形式にしており、マルチチャネルに対応してデータを取得しています。
CDB は Complex Double なので倍精度複素数のデータですので 2次元の複素数配列が取得されます。
受信するサンプル数分データをフェッチします。
関数の下部にある選択できるリストから出力するデータフォーマットを変更することができます。もちろん変更した場合はそのあとの処理も対応する必要があります。
③グラフ表示
フェッチした 2D の複素である IQ データを、IQ グラフと、スペクトラムに変換しグラフに表示しています。
④タイムスタンプの表示
③終了処理
①USRP を停止
受信側でイニシエートしているので、受信側では USRP を停止します。
② USRP デバイスを閉じる
USRP のセッションを閉じて終了です。
実行してみる
今回使用する USRP は NI USRP 2954Rを使用します。
背面の GPS ANT に 5V の GPS アンテナを接続します。
アンテナは室内では衛星を補足できないので、窓から少しだします。
今回は USRP-2954を使用しているので、IP の代わりにデバイス名を Device Names に設定して実行します。
実行されると、Timestamp が現在時刻を表示し、スペクトラム無事に表示されました。
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